淄博市先进陶瓷产业现状分析研究

宋 涛,于宏林,张晓丽,楚 玮,汪 霞

(山东工业陶瓷研究设计院有限公司,山东 淄博 255000)

先进陶瓷,又称为高性能陶瓷、精细陶瓷、高技术陶瓷等,是指采用高纯度、超细人工合成或精选的无机化合物为原料,具有精确的化学组成、精密的制造加工技术和结构设计,并具有优异的力学、声、光、热、电、生物等特性的陶瓷。先进陶瓷在航空航天、核能、电子信息等高精尖应用领域有着不可替代的作用,已逐步成为新材料的重要组成部分,有着十分广阔的市场前景和极为重要的战略意义。

先进陶瓷按化学成分,可分为氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、硼化物陶瓷、硅化物陶瓷、氟化物陶瓷、硫化物陶瓷等。按性能和用途,可分为功能陶瓷和结构陶瓷两大类(见表1)[1]。功能陶瓷主要基于材料的特殊功能,具有电气性能、磁性、生物特性、热敏性和光学特性等特点,主要包括绝缘和介质陶瓷、铁电陶瓷、压电陶瓷、半导体及其敏感陶瓷等;结构陶瓷主要基于材料的力学和结构用途,具有高强度、高硬度、耐高温、耐腐蚀、抗氧化等特点[2],主要包括氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、硼化物陶瓷等。

表1 先进陶瓷应用性能分类

一、国内外先进陶瓷产业发展现状

目前,全球范围内先进陶瓷技术快速进步、应用领域拓宽及市场稳定增长的发展趋势明显。根据市场研究机构Research and Markets的预测,到2024年全球先进陶瓷市场规模将达1 346亿美元,年复合增长率超过8%。美国、日本、德国、法国等在先进陶瓷研制开发及应用领域居领先地位。其中,美国已在航空航天用高温结构陶瓷、纳米陶瓷、生物医学陶瓷和光电陶瓷等确立了领先地位;日本利用其先进的制造设备,优良的产品稳定性逐步成为国际市场的引导者,特别是功能陶瓷领域、高精度结构陶瓷领域等逐步垄断国际市场。此外,欧盟各国,特别是德国、法国对发电装备、新能源材料和发动机用陶瓷部件进行重点研发并实现突破,垄断着国际市场的主要份额[3]。

我国从上世纪50年代初以研究氧化铝陶瓷刀具为切入点,开始从事先进陶瓷材料的研究。历经60余年的发展,我国先进陶瓷产业从曾经蹒跚学步到如今羽翼渐丰,核心技术不断突破,并取得了跨越式发展,对关键应用领域的支撑作用和绿色发展日益凸显,产业规模逐年扩大,以每年不低于10%的速度增长。2019年国内先进陶瓷行业产值约600亿元。

目前我国先进陶瓷产业主要集中在山东、广东、江苏以及湖南、浙江、江西、河南、辽宁等地,其中山东、广东、江苏、江西、湖南五省的产业集中度较高,在技术和产品方面具有较强的竞争力[4]。

二、淄博市先进陶瓷发展现状

淄博市作为国内先进陶瓷主要集聚区,近年来坚持内生增长和高端引进相结合、产学研用相结合,立足于高端产品和高端应用,走上了产业链延伸的发展路线。其创新成果不断涌现,一批龙头企业和领军人才不断成长,产业集群正在孕育形成(见图1)。2020 年淄博市陶瓷产业产值近800亿元,其中先进陶瓷产业产值100亿元左右,产业技术水平和规模位居国内前列。

图1 淄博先进陶瓷产业产品门类及骨干企业

(一)产业基础雄厚。作为国家火炬计划先进陶瓷特色产业基地,目前淄博市先进陶瓷门类齐全,拥有耐磨氧化物陶瓷、氮化硅陶瓷、陶瓷膜、造纸机用陶瓷部件、脱硝环保陶瓷、石油工业用陶瓷缸套和球阀、熔融石英陶瓷等结构陶瓷产品和压电陶瓷、亚敏陶瓷、散热基板等功能陶瓷产品。某些产品在技术水平上处于国内先进或领先水平。中材高新材料股份有限公司研发生产的超、特高压瓷支柱绝缘子综合技术性能达到了国际领先水平,特高压瓷支柱绝缘子市场占有率达80%;山东工陶院建有国内唯一的氮化硼纤维中试生产线,同时已建成国内最大的透波材料科研生产基地,为我国的武器研制解决了关键材料的配套问题;中材高新氮化物公司研制的氮化硅陶瓷轴承球主要性能达到了日本东芝、美国酷斯泰克同等水平,通过了世界最大轴承生产商SKF公司的认证;硅元新材料的造纸机脱水部件获山东省科技进步奖,打破国外技术垄断,是国内第一品牌;鹏程陶瓷是国内唯一能够生产大规格氮化硼陶瓷蒸发舟的企业,彻底打破了国外垄断,已发展为世界三大陶瓷蒸发舟生产商之一,占据国内近40%的市场份额;鲁阳节能具备年产各类陶瓷纤维制品40万吨、玄武岩纤维制品20万吨的生产能力,跻身世界陶瓷纤维业三强。多晶硅用石英陶瓷坩埚、陶瓷膜及装备、氮化硅轴承球、耐高温陶瓷天线罩、热防护材料等新产品已成功应用于我国战略性新兴产业及国防军工等领域。

(二)产业链条基本完善。淄博市先进陶瓷产业基本形成了较为完善的产业链上下游配套体系,拥有基础原材料(特种陶瓷纤维、粉体)、陶瓷机械装备、先进陶瓷制品及应用的完整产业链,形成了以高性能基础原辅材料为基础,以耐磨陶瓷、电子陶瓷、高温陶瓷、环保陶瓷、生物陶瓷等细分领域的产业集群。在原料制备方面,中铝山东新材料有限公司是目前国内规模最大、品种最全、研发实力最强的专业氧化铝系列产品研发生产企业;新阜康是国内六方氮化硼粉体规模最大的生产企业;山东工陶院是国内唯一能够批量生产连续氮化硼纤维的单位;淄博市陶瓷机械装备制造能力强,原料处理设备、成型设备、烧成设备、深加工设备可为先进陶瓷生产企业进行专业配套;电子陶瓷领域,宇海电子陶瓷有限公司是全国最早生产敏感元件与传感器的专业厂商之一,同时拥有中材高新、硅苑新材料、中领电子等重点企业;高温陶瓷领域,拥有熔融石英陶瓷托辊、镁铁铝尖晶石砖、致密锆英石溢流砖等主导产品,以及淄博工陶、圣川陶瓷等一批龙头企业;节能环保工程陶瓷领域,以多孔蜂窝陶瓷、高性能陶瓷纤维的制备为主导,广泛应用于高温过滤材料、催化剂载体等,工陶院研发生产的高温气体净化用陶瓷膜、水处理用平板膜等多个产品打破国外技术垄断,走在了世界前列。

(三)创新体系较为完备,科研支撑能力不断增强。淄博市拥有我省首家国家级工程技术研究中心,也是全国工业陶瓷领域唯一的国家级工程技术研究中心——国家工业陶瓷工程技术研究中心。同时,还拥有国家地方联合工程研究中心2家、国家工程研究中心2家、省级以上各类研发平台近40 家。通过人才培训、交流、合作,与清华大学、哈尔滨工业大学、武汉理工大学、中科院过程所、中科院化学所等国内一流专业院所等建立密切联系。由武汉理工大学、山东工业陶瓷研究设计院三方共同组建了淄博高新技术产业开发区先进陶瓷研究院,为整合校企优势创新资源,探索科技成果转移转化新模式提供了有益经验。成立以来,研究院累计孵化企业11家,转化项目30余项,为行业300余家企业提供科技服务500余次,培养硕士及以上专业人才20余人,带动行业企业产生经济效益近600 万元。拥有工程技术研究中心、院士工作站、“千人计划”专家工作站等一大批省级企业研发平台。同时与日本、德国、奥地利、澳大利亚、丹麦、新加坡等国家先进陶瓷领域知名高校、科研院所、企业建立了实质性合作关系。

(四)创新创业孵化体系较为完备,创新创业环境不断优化。按照“孵化器＋加速器”模式,建设了先进陶瓷产业创新园,创新园被评为国家级科技企业孵化器;投资近亿元建设了无机非金属材料公共技术服务平台,可为先进陶瓷、功能玻璃、高性能耐火材料等材料项目和企业提供研发、实验、检测、中试、标准及信息等公共技术服务。截至目前,平台共为1 000余家企业提供了3万余项检验检测及质量评价服务;为行业80余家企业提供标准化咨询及业务指导服务;为20余家企业提供工程设计、咨询及总承包业务50余项。截至2020 年,先进陶瓷产业创新园入驻企业98家,员工2 056人,入驻企业营业收入11亿元,税收3 798万元,累计授权专利317件,培育高新技术企业12家。

(五)创新创业共同体、产业联盟建设成效初显,协同创新能力不断提升。为发挥淄博市产业基础优势,促进企业间技术交流合作,提升协同创新能力,淄博市持续推动产业技术创新联盟建设,以产业联盟带动产业发展,带动产业链协同创新。2013年,以打造高新技术产业创新链及创新集群、提升产业技术创新能力和核心竞争力为目标,以企业为主体,构建产业技术创新战略联盟。在先进陶瓷领域,由中材高新材料股份有限公司牵头,发起成立先进陶瓷产业技术创新战略联盟,联合国家工业陶瓷工程技术研究中心、淄博高新技术产业开发区先进陶瓷研究院等技术支撑单位和20余家业内骨干企业,共同打造先进陶瓷产业创新链。近年来,省市对先进陶瓷创新型产业集群进行连续扶持,联盟全体成员在创新交流活动开展、创新项目实施等方面取得显著成绩。以此为基础,2020年1月获批山东省先进陶瓷创新创业共同体。

三、淄博市先进陶瓷产业存在的问题

尽管近年来淄博市先进陶瓷产业取得了显著成绩,在国内已具有一定影响力,但其产业整体实力与国际先进水平相比还有明显差距,存在产品低水平同质化竞争、创新资源小而散、科技服务与金融对科技支撑能力不足等问题。具体表现在:

(一)先进陶瓷产业结构亟待优化升级

中低端产品为主的供给结构尚未得到根本改善,低水平同质化竞争现象严重。整体产业仍处于先进陶瓷产业全球价值链的中低端(见图2)。

图2 先进陶瓷产业全球价值链

高性能先进陶瓷基础原材料以及具有高竞争技术壁垒的高端陶瓷制品仍被国外垄断,如高性能陶瓷粉体/纤维、大功率器件IGBT 用高导热氮化物陶瓷基板、半导体产业用大尺寸高纯陶瓷部件、高端装备用氮化硅陶瓷轴承、耐高温陶瓷天线罩、高性能微波介质陶瓷及高频微波介质板等基础原材料和产品的受制于人,成为我国电子信息、高端装备制造、生物医疗、航空航天等领域落后于国外先进水平的关键因素之一。

(二)科研创新平台小而散

虽然淄博市先进陶瓷行业研发平台众多,但是小而散,且大多集中于高校、科研院所和行业领军科技型企业。小而散的科研创新平台一定程度上分散了创新资源,一方面导致了创新能力不强,尤其是原始创新能力较弱;另一方面不能很好地进行创新协同,难以发挥协同创新的合力;三是各方面难以吸引高层次创新创业人才,而人才是原始创新的关键,高层次创新创业人才的缺乏直接影响了重大原创标志性成果的培育和产出。

(三)科技服务与金融对科技支撑能力不足

面向科技的金融服务产品相对不足,企业融资难、融资贵问题依然存在,直接融资占比较低。创投资金一般集中投入企业成熟期,缺少天使投资和种子资金。金融对科技的服务作用没有充分发挥,科技保险、科技担保、专利质押等科技金融服务能力有待提升。

四、淄博市先进陶瓷材料产业发展建议

(一)打造国内一流、具有国际影响力的先进陶瓷创新中心

充分集聚国家工业陶瓷工程技术研究中心、工程陶瓷制备技术国家地方联合工程研究中心、山东省陶瓷基复合材料工程技术研究中心、山东省透波功能陶瓷材料重点实验室等近40个省部级研发平台科研资源,优化资源配置,组建先进陶瓷技术创新中心,克服分散、低效、重复的弊端,发挥团队优势,吸引和培育领军人才,产出一流成果,形成引领先进陶瓷材料产业应用创新发展的策源地。

(二)强化产学研深度融合一体化发展

政府发挥“牵引机”的作用。应完善产学研合作发展规划,与淄博市四强产业发展规划相衔接,明确产学研合作发展中长期目标,确立产学研各方在财政扶持和税收方面所应享有的优惠政策。围绕淄博市四强产业,根据企业的项目和技术需求,组织科研力量联合攻关,实现人才与项目紧密对接,产学研高度融合。

企业发挥“主力军”的作用。突出企业在产学研深度融合中的主体地位和主导作用,让企业既当好科研项目的“出题人”,又成为合作项目的管理者,负责决定研究方向和参与成员,独立自主地组织开展创新活动。

高校、科研院所发挥“技术员”的作用。支持企业积极对接高校和科研院所,为产学研合作提供人才技术保障。鼓励高校专家学者以企业的需求和市场为导向,使科研成果更接近生产一线需求实际,为企业发展提供先进的技术支持。

各类金融机构发挥“催化剂”的作用。发挥金融在创新发展中的作用,形成“政产学研金”融通发展生态,促进“政产学研金”创新要素有效集聚、优化配置,全面提升科技创新供给能力,为经济高质量发展提供源头活水。

科技服务中介发挥“加速器”的作用。建立科技信息网络平台和科技中介服务机构,在科技成果交易、信息咨询、知识产权等方面为企业和高校院所提供中介服务。鼓励科技中介机构协调好产学研各方利益,将高校的先进技术及时推荐给企业,同时把企业所急需的技术及时反映给高校院所,以企业和市场的需求作为高校院所的研究导向,发挥科技中介机构在产学研一体化发展中的重要作用。

(三)加强企业整体管理水平

企业管理水平的提高是先进陶瓷产业发展的有力保证,要践行“组织精健化、管理精细化和经营精益化”三精管理思想,进一步在创新管理理念、创新管理内容、创新管理方法三个“创新”上下功夫。突出抓好企业战略管理、企业节能管理、企业研发管理、质量管理和品牌建设、企业管理信息化、企业基础管理等6项重点工作[5]。

(四)加强跨领域的技术协同,推动融合创新

现代技术中的各个领域间都有很多可相互借鉴或互相渗透的东西,一个领域的发展也受其它领域的影响和制约。通过跨领域的交流与渗透,打破本领域的界限,拓展视野,有利于技术发展和成果转化以及新产品市场的开拓。先进陶瓷与其他诸多领域的跨界融合正成为趋势,其必将成为推进各个领域迈向高端的内生动力。

(五)提高先进陶瓷粉体批次稳定性

目前,国内诸多单位开展了先进陶瓷粉体的研制和生产,解决了粉体的设计、合成等关键技术问题,但仍存在纯度不够、粒度不均匀等技术问题,尤其是工程化、产业化能力不足,粉体的批次稳定性和一致性较差,高端粉体绝大部分依赖于进口。高性能先进陶瓷的制备离不开高性能的陶瓷粉料,因此急需突破高端陶瓷粉体的批量化稳定制备技术,以满足先进陶瓷及其复合材料的应用需求。