【原創】日本先進陶瓷何以稱霸世界？

2023-12-11
來源：中國粉體網山川

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[導讀] 日本并不是最早開發先進陶瓷的國家，但是最后卻在該領域獨領風騷，它是如何做到的？

中國粉體網訊 隨著現代高新技術產業的快速發展，先進陶瓷已逐步成為新材料的重要組成部分，成為許多高技術領域發展的關鍵材料。

據統計，先進陶瓷產業每年以8%左右的增長速度高速發展，全球先進陶瓷產業已達到萬億級的市場規模。但從陶瓷產業價值鏈來看，我國先進陶瓷許多企業和產品仍處于中低端，日、美、歐則占據了中高端市場。尤其是日本，在先進陶瓷的研制與應用領域居于巨大領先地位。

日本先進陶瓷發展現狀

首先，各個國家、部委、聯盟、協會、學會、智庫等對于先進陶瓷的定義及范圍都不同，我國一般對先進陶瓷定義是：采用高純度、超細人工合成或精選的無機化合物為原料，具有精確的化學組成、精密的制造加工技術和結構設計，并具有優異的力學、聲、光、熱、電、生物等特性的陶瓷，是由金屬元素（Al、Zr、Ca等）和非金屬元素（O、C、Si、B等）組成的氧化物或非氧化物，由離子鍵和共價鍵共同結合的陶瓷材料。

日本對于先進陶瓷的定義、分類和范圍與國內有所不同。先進陶瓷在日本最接近的定義叫做精細陶瓷（FineCeramic，FC），其將精細陶瓷分為原始粉末和部件材料，定義與應用與國內也存在一些差別。

日本于1982年在通商產業省（現為經濟產業省）下設立了FC室，并于同年成立了精細陶瓷協會（現為日本精細陶瓷協會，JFCA）。日本精細陶瓷的定義：經過嚴密組分、構造、形狀等控制工藝構成，在某個階段歷經高溫操作的無機非金屬產品以及原料中間體；精細陶瓷分為：原料粉末（FC原料）和部件材料（FC部材）；FC原料定義：對不定形原料（原料粉末、化學成分、粉體物性等作為指標構成交易對象）分別按其組分加以分類統計。但特定形態的原料（單晶體，纖維，晶須等物理形態構成主要交易賣點）不歸為此類。FC原料分為兩類：“氧化物材料”和“非氧化物材料”；FC部材：根據使用的領域，大致分為電磁、光學、機械、熱學、核電相關、化學、生命/生物及生活文化、通用和其他部材等。

整體來說，日本“精細陶瓷”與我國“先進陶瓷”的概念相通性極大，本文暫以“先進陶瓷”進行概述。

自20世紀80年代以來，日本在先進陶瓷材料科研、制備方面占有領先、突出的地位，在電子陶瓷、光導纖維、高韌性陶瓷等先進陶瓷材料方面，日本均處于領先地位。日本生產的先進陶瓷敏感元件已占據國際市場主要份額，包括熱敏、壓敏、磁敏、氣敏、光敏等在內的各種先進陶瓷產品壟斷著大部分市場；在泡沫陶瓷、超塑性陶瓷、塑膠復合陶瓷以及各種先進陶瓷材料與陶瓷部件研發，高性能陶瓷電池、陶瓷發動機等研發開發方面，也均處于領先地位。隨著多年來在先進陶瓷領域的技術積累，日本誕生了一大批在行業內擁有重要話語權的大型陶瓷企業，例如日本京瓷、村田、東芝、日本特殊陶業、NGK、昭和電工等等，特別是日本京瓷和村田等年銷售達千億級的先進陶瓷跨國公司在全球具有重要影響力。目前，日資企業在全球先進陶瓷領域市場份額達50%左右。

紡織設備陶瓷部件，來源：京瓷

日本的陶瓷粉體生產技術在全球范圍內也首屈一指，誕生了一批以生產陶瓷粉料聞名的企業，并牢牢占據了全球陶瓷粉體的高端市場。例如在許多高端的Al2O3陶瓷產品方面，晶粒細小、結構均勻、機電性能和耐磨性好Al2O3陶瓷零部件所使用的Al2O3粉末由日本企業把控；在高性能MLCC陶瓷粉體方面，日系廠商可以根據訂單要求，在100nm的鈦酸鋇基礎上改性，最終可制成小尺寸（0402、0201等）、大容量（10~100μF）的MLCC。此外，著名陶瓷粉體企業還有生產高性能Si3N4粉末的日本宇部興產株式會社，生產高導熱基板用AlN陶瓷粉的德山曹達，生產高分散性細粒度的高純氧化鋁的住友化學等等。

MLCC陶瓷粉體全球供應格局

相比之下，我國對陶瓷粉料的制備仍未引起足夠的重視，多種陶瓷粉料尚無專業化生產企業，許多企業不得不“自產自銷”，因此在粉料質量上仍存在較大的波動，同時，粉體的高效分散技術也存在較大差距。

除以上外，日本在陶瓷生產設備方面也有很強的實力，從而使日本的先進陶瓷全產業鏈發展的極為成熟、先進。

日本何以在先進陶瓷領域稱霸世界

先進陶瓷官方記錄的應用發展始于德國，其1905年率先開始氧化鋁刀具的研究，1912年首款氧化鋁刀具在英國誕生。日本并不是最早開發先進陶瓷的國家，但是最后卻在該領域獨領風騷，它是如何做到的？

1.政策大力支持

新材料產業被國際上認為是21世紀最具發展潛力并對未來發展有著巨大影響的產業，日本政府十分重視新材料技術的發展，重點把開發新材料列為國家高新技術的第二大目標。同時日本新材料政策把目標放到全球市場，因此，日本選擇的重點是市場潛力巨大和高附加值的新材料領域。

鑒于先進陶瓷作為新材料的重要分支及在工業發展中的特殊地位，日本將先進陶瓷的發展提到戰略高度來認識，并投入巨資制訂了專門的研究計劃來促進其發展，以保持其在先進陶瓷領域的全球領先地位。例如，日本通產省精細陶瓷研究與開發的“陽光計劃”、“通用技術計劃”等。

2.注重長期的國家科學技術基本計劃

以日本陶瓷協會電子材料部發布的日本電子陶瓷發展路線圖來看，其可以精準的將未來電子陶瓷的科學計劃和技術方向布局到未來25年。

日本電子陶瓷發展路線圖

3.重視基礎研究

日本十分重視新材料的基礎研究。日本為了給未來的科學技術進步打下基礎，以保證在之后的尖端技術中發揮其主導作用，日本認識到基礎研究的重要性，特別是新材料方面的研究。為此，日本建立大批新材料研究所，著重對電子、新材料、生物工程等方面開展研究活動。例如日本國立物質材料研究所（National Institute for Material Science，NIMS），由日本國家金屬研究所（成立于1956年）和國家無機材料研究所（成立于1966年），這兩個國家研究開發機構合并而來，作為獨立行政機構進行材料科學的基礎研究和開發。NIMS的使命是“從材料研究創造未來”，研究方向包括金屬、半導體、超導體、陶瓷、有機材料和納米材料等等，涵蓋電子、光學、涂料、燃料電池、催化劑、生物技術等范圍的應用。

4.較早實施高效的產官學研合作機制

在競爭劇烈的時代，日本很多企業認識到，為了縮短開發周期，為了企業的生存，應共同進行研究，共同生產。

因此，日本企業對新材料的開發較早的采取了產學結合或企業間合作的體制。產學結合就是企業與學校結合，例如1984年住友電氣公司和一所大學就開發新材料方面進行了合作研究，成功地開發出瞬時合成燒結精細陶瓷的方法。

5.可靠的情報調研

材料的情報工作是提高研發效率、節省時間、人力、資金、確定技術發展周期、規避已有技術設計、尋找關鍵技術空白、避免專利侵權，同時掌握競爭對手發展情況的手段。觀察國內的一些情報分析情況和國外相比，還是存在一定差距，包括日本在內的國外材料情報工作已經形成了體系和協作分工，很多情報調研都是由行業協會或者學會定期進行組織幾百位科學家、企業家、研究員等共同來完成，所以情報的可靠性、有效性、及時性等都比較好。