高性能碳化物先進陶瓷材料發(fā)展順應(yīng)了《“十三五”國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》的核心要求，廣泛應(yīng)用于飛機剎車片、反射鏡、吸波材料、防彈裝甲、核燃料、機械密封件、軸承等。我國對高性能碳化物陶瓷材料的研究雖已取得一定進展，但因其生產(chǎn)工藝和燒成環(huán)境十分苛刻，對生產(chǎn)裝備、加工技術(shù)要求較高，導(dǎo)致我國尚未能實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，絕大多數(shù)產(chǎn)品仍停留在實驗室階段。國家知識產(chǎn)權(quán)局專利分析普及推廣項目高性能碳化物先進陶瓷材料課題組站位專利視角進行了系統(tǒng)且全面的技術(shù)挖掘分析，希望能為行業(yè)提供一定參考。
申請分布情況
截至2019年6月30日，全球范圍內(nèi)提交的高性能碳化物先進陶瓷材料專利申請總量為4.9815萬件，其中在華申請量為8011件，占比16.08%。美國、日本、德國在該領(lǐng)域的研究起步較早，我國起步較晚，但近年來提交的專利申請量增長迅速，已實現(xiàn)反超位居首位。（如圖1）在全球高性能碳化物先進陶瓷材料專利申請量排名前二十的申請人中，日本企業(yè)占據(jù)8席，美國企業(yè)有4席，法國企業(yè)有2席。從平均被引次數(shù)和活躍度來看，排名前五的企業(yè)分別是日本礙子、日本揖斐電、美國通用電氣、法國圣戈班和日本三菱。
1.美國通用電氣公司
美國通用電氣公司提交的高性能碳化物先進陶瓷材料專利總量為877件。1974年之前，該公司在這一領(lǐng)域的專利申請不足10件，主要專利布局在美國本土。隨著通用電氣公司逐漸在全球24個國家建立起113家分廠，專利布局轉(zhuǎn)戰(zhàn)歐洲和亞洲，歐洲、美國和日本成為當(dāng)前通用電氣公司主要的專利布局市場。
從技術(shù)構(gòu)成來看，通用電氣公司高性能碳化物先進陶瓷材料技術(shù)主要集中在燃氣渦輪機部件、涂層，其中燃氣渦輪發(fā)動機用碳化物復(fù)合材料是通用電氣公司近年的研究重點。
2.日本礙子公司
日本礙子公司提交的高性能碳化物先進陶瓷材料專利申請總量為1399件，在華專利申請僅62件，專利布局主要集中在日本本土、美國和歐洲市場。
從技術(shù)構(gòu)成來看，日本礙子公司高性能碳化物先進陶瓷材料技術(shù)主要集中在汽車尾氣凈化催化劑載體和產(chǎn)業(yè)工程產(chǎn)品及裝置技術(shù)上。
3.中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所
中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所提交的高性能碳化物先進陶瓷材料專利申請總量為175件，在中外文期刊發(fā)表研究文獻400篇。上海硅酸鹽研究所自上世紀(jì)70年代開始開展碳化物陶瓷材料研究，早在1978年研究員江東亮發(fā)表了第一篇科技論文，但直到1991年上海硅酸鹽研究所才提交了第一件專利申請。隨著新材料的發(fā)展，上海硅酸鹽研究所陸續(xù)在碳化硅陶瓷反射鏡、纖維增強碳化物陶瓷基復(fù)合材料等方面有突破性進展。（如圖2）
重點技術(shù)分析
1.成型技術(shù)
全球高性能碳化物先進陶瓷材料成型技術(shù)專利申請總量為4485件，成型技術(shù)原創(chuàng)國家和地區(qū)及目標(biāo)國家和地區(qū)主要是中國、日本、美國和歐洲。上世紀(jì)50年代末開始有碳化物陶瓷材料成型技術(shù)專利布局，90年代之后，成型技術(shù)專利數(shù)量快速增長。當(dāng)前高性能碳化物先進陶瓷材料模壓成型技術(shù)因其成本低、易操作以及較強的適用性等特點占據(jù)主力地位，凝膠注模成型和3D打印成型近5年處于活躍期，是未來技術(shù)發(fā)展的重要方向。
2.燒結(jié)技術(shù)
全球高性能碳化物先進陶瓷材料燒結(jié)技術(shù)專利申請總量為3890件，燒結(jié)技術(shù)創(chuàng)新主體以日本、美國和中國企業(yè)及科研單位為主。初期美國Carborundum公司開始進行常壓燒結(jié)技術(shù)專利布局，40至60年代陸續(xù)出現(xiàn)反應(yīng)燒結(jié)、熱壓燒結(jié)、氣氛燒結(jié)等，70至90年代碳化物自蔓延燒結(jié)、熱等靜壓燒結(jié)、微波燒結(jié)、放電等離子燒結(jié)、激光燒結(jié)等新興燒結(jié)技術(shù)開始發(fā)展。技術(shù)改進方面，技術(shù)人員可在基體、制備工藝、燒結(jié)助劑等方面著手改進，進一步提高強度、致密度和斷裂韌性，降低成本。
3.航天航空用碳化物先進陶瓷材料
全球范圍內(nèi)提交的航天航空用碳化物陶瓷材料專利申請總量為1837件，其中碳化物陶瓷復(fù)合材料領(lǐng)域申請最多，占總量的43.08%，C/SiC復(fù)合材料和SiC/SiC復(fù)合材料則是航天航空用碳化物陶瓷材料研發(fā)熱點。中國、美國、日本和歐洲是航天航空用碳化物陶瓷材料的主要技術(shù)原創(chuàng)國家和地區(qū)以及市場目標(biāo)國家和地區(qū)。國外研發(fā)力量比較集中，以美國通用電氣公司、美國聯(lián)合技術(shù)公司、法國賽峰集團等大型企業(yè)為主；國內(nèi)以中國人民解放軍國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)、上海硅酸鹽研究所、哈爾濱工業(yè)大學(xué)等高校和科研院所為主。技術(shù)改進方面，提高航天航空用C/SiC復(fù)合材料的抗氧化性能、力學(xué)性能、耐高溫性能，以及降低航天航空用SiC/SiC復(fù)合材料成本、提高其抗氧化性能和力學(xué)性能等是研究重點。
4.防彈裝甲用碳化物先進陶瓷材料
全球范圍內(nèi)提交的防彈裝甲用碳化物陶瓷材料專利申請總量為368件，其中在華專利申請最多，有168件。從全球創(chuàng)新情況來看，可重點關(guān)注浙江立泰復(fù)合材料股份有限公司的碳化硼人體防彈板、防彈盾牌、陶瓷防彈頭盔和車用防彈板等技術(shù)，寧波榮溢化纖科技有限公司的碳化硅復(fù)合防彈板、防彈衣及雙曲面碳化硅防彈插板等技術(shù)，M·丘比德技術(shù)公司的碳化硅、碳化硼裝甲陶瓷技術(shù)，佐治亞科技研究公司的碳化硼基材料、防彈裝甲的封裝等技術(shù)。（國家知識產(chǎn)權(quán)局專利分析普及推廣項目高性能碳化物先進陶瓷材料課題組）
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