第一节 金属陶瓷产品定义及基本属性

一、产品定义、性能

1、产品定义

金属陶瓷是由陶瓷和粘接金属组成的非均质的复合材料。为了使陶瓷既可以耐高温又不容易破碎，人们在制作陶瓷的粘土里加了些金属粉，因此制成了金属陶瓷。

2、产品分类

根据各组成相所占百分比不同，金属陶瓷分为以陶瓷为基质和以金属为基质两类。

1）陶瓷基金属陶瓷主要有：

氧化物基金属陶瓷。以氧化铝、氧化锆、氧化镁、氧化铍等为基体，与金属钨、铬或钴复合而成，具有耐高温、抗化学腐蚀、导热性好、机械强度高等特点，可用作导弹喷管衬套、熔炼金属的坩埚和金属切削刀具。

碳化物基金属陶瓷。以碳化钛、碳化硅、碳化钨等为基体，与金属钴、镍、铬、钨、钼等金属复合而成，具有高硬度、高耐磨性、耐高温等特点，用于制造切削刀具、高温轴承、密封环、捡丝模套及透平叶片。

氮化物基金属陶瓷。以氮化钛、氮化硼、氮化硅和氮化钽为基体，具有超硬性、抗热振性和良好的高温蠕变性，应用较少。

2）金属基金属陶瓷是在金属基体中加入氧化物细粉制得，又称弥散增强材料。

主要有烧结铝(铝-氧化铝)、烧结铍（铍-氧化铍）、TD镍（镍-氧化钍）等。烧结铝中的氧化铝含量约5％～15％，与合金铝比，其高温强度高、密度小、易加工、耐腐蚀、导热性好。常用于制造飞机和导弹的结构件、发动机活塞、化工机械零件等。

3、产品性能

金属陶瓷兼有金属和陶瓷的优点，它密度小、硬度高、耐磨、导热性好，不会因为骤冷或骤热而脆裂。另外，在金属表面涂一层气密性好、熔点高、传热性能很差的陶瓷涂层，也能防止金属或合金在高温下氧化或腐蚀。金属陶瓷既具有金属的韧性、高导热性和良好的热稳定性，又具有陶瓷的耐高温、耐腐蚀和耐磨损等特性。

二、产品所属行业界定

根据国家统计局国民经济行业分类目录规定，金属陶瓷属于陶瓷制品制造中特种陶瓷制品制造行业。

陶瓷制品制造——指专为工业、农业、实验室等领域的各种特定用途和要求，采用特殊生产工艺制造陶瓷制品的生产活动。

近年来，为了改善陶瓷的脆性，在陶瓷基体中添加了金属，如氧化物基金属陶瓷，碳化物基金属陶瓷，硼化物基金属陶瓷等，是现代陶瓷中的重要品种之一，是陶瓷家族中最年轻但却是最有发展前途的一个分支。

第二节 金属陶瓷产品应用概况

一、产品主要应用领域

1、航空工业

金属陶瓷广泛地应用于火箭、导弹、超音速飞机的外壳、燃烧室的火焰喷口等地方。

2、化工机械

金属陶瓷是以TiC（陶瓷）为基体，添加TiN、或TiCN等为主要成份，通过添加异种碳化物使其抗弯强度达到硬质合金的水平。金属陶瓷作为精加工刀具材料，广泛用于钢的高速加工、铸铁的精加工等。

二、产品应用成熟度分析

金属陶瓷是一种适用于精加工的刀具材料，广泛应用于各个领域。金属陶瓷主要应用于诸如低碳钢等软钢加工，长比屑，而已趋于研制组合刀刃用来加工铸铁与不锈钢。我国金属陶瓷具有一定的应用成熟度。

近年来，为了增加金属陶瓷材料的韧性，很多学者都进行了相关的研究，并取得了一定的成效，从而使金属陶瓷刀具的应用前景更加广阔。在航空工业中，金属陶瓷刀具可用于调质钢件的加工，若刀具表面有TiAlN涂层，也可用于加工高温合金零件。略……

第三节 金属陶瓷行业产业链概述

金属陶瓷行业产业链简图

第四节 金属陶瓷上游行业发展状况分析

一、上游原材料生产情况分析

（一）主要原材料产量情况

1、氧化铝的产量增长情况

2、电解镍的产量增长情况

二、上游原材料需求情况分析

（一）主要原材料应用概况

1、氧化铝应用情况

建筑、交通运输行业占国内氧化铝需求的50%以上，我国建筑业逐渐加大对铝的需求。近年来，阳极氧化铝幕墙铝板作为一种新兴的幕墙材料，正在国内幕墙业内流行起来。中央电视台大楼、广州亚运会演艺中心等大型地标式建筑，均不约而同的采用了阳极氧化铝幕墙。

2、镍金属应用情况

镍不仅是制造镍合金的基础材料，更是其它合金(铁、铜、铝基等合金)中的合金元素。目前，镍及其合金用于特殊用途的零部件、仪器制造、机器制造，火箭技术装备中，原子反应堆，用于生产碱性蓄电池，多孔过滤器，催化剂，以及零部件与半制品的防蚀电镀层等，镍被视为国民经济建设的重要战略物质，其资源的有效开发和综合利用一直为各国所重视。

（二）主要原材料应用领域需求情况

1、氧化铝应用领域需求情况

我国氧化铝基本消费结构

2、镍应用领域需求情况

镍的应用是由镍的抗腐蚀性能决定的，合金中添加镍可增强镍的抗腐蚀性能。不锈钢与合金生产领域是对镍需求量最大的领域。略……

第五节 金属陶瓷下游行业发展情况分析

一、下游主要行业发展情况分析

（一）下游主要行业发展概述

1、航空工业

自20世纪50年代以来，中国航空航天器制造业从无到有、从小到大，取得了举世瞩目的成就。中国航空器制造业研制生产了数十型、万余架各类军用飞机和民用飞机，并出口了数百架飞机和众多配套的发动机、机载设备及生产线，一个专业门类比较齐全，科研、试验、生产手段基本配套的航空器制造业体系已经形成。

在国际市场上，1979年以来，中国制造的航空产品陆续进入国际市场，民用飞机也先后向18个国家和地区成批出口，并承揽了美国波音公司、加拿大航空公司、德国航空公司、欧洲空中客车公司和法国宇航公司等外国公司的转包生产业务。2004年中国经过国际竞争与埃及签订了出口80架K8E飞机及生产线的合同，首次以技术转让形式出口，实现了从单纯出口航空产品到出口技术含量更高的飞机生产线的跨越。目前我国飞机出口主要有以下几种机型：新舟60MA60型飞机，以可靠性、经济性和舒适性使其在国际航空支线运营上具有强大的竞争力，曾出口到老挝、毛里塔尼亚等国；运八中型飞机，目前已出口到苏丹、斯里兰卡、伊郎等国家，受到使用者的广泛好评；运十二型系列飞机，已出口到亚非拉、中东等几十个国家，主要用于海洋监测、油田、旅游等多种用途。在民用飞机零部件出口方面，波音737每十架当中有七架的飞机垂尾等重要配件是由我国生产的。

中国航天器制造业自1979年4月24日成功发射第一颗人造卫星以来，已初步形成了系列化、平台化发展的应用卫星体系。在国际市场上，中国空间技术研究院于2002年6月与法国阿尔卡特宇航公司就卫星推进系统过滤器出口签订了正式合同，从而实现了中国卫星零部件产品出口零的突破。近年来，以载人航天技术实现历史性突破为标志，我国航天事业迎来了发展速度最快、技术跨越最大、成果最丰硕的历史时期。在2003年神舟五号载人飞船的成功发射和回收，标志着中国成为世界第三个实现载人航天的国家，中国已成为世界上少数独立掌握空间技术的大国之一。

2、机械制造

金属陶瓷具有耐磨损性、耐冲击性，用于制造刀具，广泛用于金属切削机床制造。

我国金属切削机床近年来发展很快，据不完全统计，2009年我国上规模金属切削机床生产企业达近750家，比2006年的520家，增长了44.23%。而2000年，上规模的企业仅有363家。

我国机床行业正处在快速成长的阶段，并且受到国家政策重点支持。机床行业未来发展判断：下游行业，如汽车、普通机械、军工和高新技术行业增长与企业更新换代保证了国内机床消费的增长，预计机床消费增速保持15%左右，其中数控机床消费增速在20%左右；进口替代空间更巨大（数控机床目前有70%左右为进口，行业收入增速将高于国内机床消费增速，预计行业收入增速在20%左右，数控机床收入增速在30%左右，预计优势企业增长将高于行业平均水平；重组并购造就有竞争力的企业，看好行业内的沈阳机床集团、大连机床集团、秦川发展集团。

目前，国产普及型数控机床市场占有率还不高，国产普及型数控车床和加工中心技术相对比较成熟，基本得到了用户的广泛认可，急需加快其产业化进程，通过加快产业化步伐提高国产数控机床的性价比、质量稳定性和可靠性，提高市场竞争力和市场占有率，实现国产数控机床的快速发展。

二、下游主要行业对金属陶瓷的应用现状分析

1、航空工业

金属陶瓷具有很高的机械强度和硬度，有良好的化学稳定性，又有好的导热性和导电性，而且比重小，常用于制造飞机和导弹的结构件等航空工业。

飞机等重载刹车条件下使用的金属陶瓷摩擦材料，已广泛应用的有铁基和铜基两大类。铜基摩擦材料主要应用于西方国家的军民用飞机。铁的熔点较高，其强度、硬度、塑性、耐热强度和抗氧化性等可通过添加合金元素加以调整，在俄罗斯等国的军、民用飞机上广泛应用。铁基摩擦材料成本较低，经济性较好，在飞机等重载刹车装置上具有广泛的应用前景。

2、机械制造

在机械加工中，刀具材料的切削性能是决定加工效率、加工质量和加工成本的关键因素之一，尽管金属陶瓷的成分要比传统硬质合金更为复杂，但是它作为一种刀具材料，具有特定的性能，在用于精加工时具有许多优点。

目前，TiCN基金属陶瓷已基本替代了TiC基金属陶瓷，得到了广泛应用。金属陶瓷刀具主要用于正火与调质钢料的半精加工和精加工。

第六节 上、下游行业对金属陶瓷行业发展的影响分析

金属陶瓷产业链是围绕满足金属陶瓷企业生产过程所涉及到的一系列具有上下游关系的企业集合。钱纳里和渡边经彦对美国、日本、挪威和意大利4国的29个产业部门进行了数据分析。金属陶瓷是特种陶瓷，属于非金属矿物制品制造业，是最终需求型制造业，其特点是前向关联效应小，后向关联效应较大。

2008年，受美国金融风暴以及全球经济衰退影响，镍价大幅下跌。各国镍生产企业纷纷减产或停产。镍市于2009年基本恢复了平静，进入3月份，镍价出现明显触底反弹迹象。氧化铝等金属陶瓷的原材料价格都有一定波动，对金属陶瓷产业的影响主要体现在产品成本上。

金属陶瓷兼有金属和陶瓷的优点，大量用于精细加工刀具材料，常用于制造飞机和导弹的结构件、发动机活塞、化工机械零件等。下游对金属陶瓷的应用不断扩大，从而带动金属陶瓷行业的发展。略……

第七节 金属陶瓷基本生产技术、工艺或流程

金属陶瓷是由陶瓷和粘接金属组成的非均质的复合材料。陶瓷主要是氧化铝、氧化锆等耐高温氧化物或它们的固溶体，粘接金属主要是铬、钼、钨、钛等高熔点金属。将陶瓷和粘接金属研磨混合均匀，成型后在不活泼气氛中烧结，就可制得金属陶瓷。

制备金属陶瓷常见方法有粉末冶金法、浸渗法、粉末燃烧合成法以及原位扩散法等。很多情况下，为了获得结构致密的金属陶瓷，常需要将上述两种甚至多种方法结合起来。

1、固相烧结法

固相烧结是早期制备金属陶瓷的常用方法，烧结材料的孔隙率较高，后来发展了热压烧结和热等静压烧结使这种状况得到大大改善。由于传统的固相烧结工艺制备均质材料的周期长，所得烧结体的致密度低，该方法已逐渐被液相烧结和其他烧结方法所取代。

2、液相烧结法

液相烧结可以在较短的时间内使组织致密化，用这种方法制备金属陶瓷的周期短、成本低。

粉末燃烧合成以及近些年发展起来的放电等离子烧结都属于特殊的液相烧结工艺。采用这些工艺制备金属陶瓷时，烧结过程可以控制在很短的时间内完成，因而坯体的原始梯度结构能较完整地保存下来。

3、原位扩散法

碳和氮的含量对TiC、Ti(CN)基金属陶瓷的显微组织和性能具有显著影响，渗碳和渗氮以及它们的反过程——脱碳和脱氮均属于原位扩散过程，其中渗碳、渗氮已经被用来制备金属陶瓷；而脱氮、脱碳则常作为制备涂层材料的预处理步骤，其目的是提高基体表层的韧性，阻止裂纹向基体内部扩展。

4、浸渗法

在液相烧结制备金属陶瓷时，由于对流以及元素在液相中较快的扩散速率，梯度结构很容易因均匀化过程而消失。浸渗方法可以较好地解决这一问题，即先制取一具有多孔特征的难熔相预制块，随后将易熔相熔化后浸入该预制块，并填充满预制块的孔隙，形成致密体。通常需要将预制块进行预烧结，先获得一定的强度，以维持其自重以及抵抗在液相浸入时引起的收缩，防止由于液体内部扩散或对流运动使难熔相出现均匀化的倾。

在制备功能梯度TiC基金属陶瓷时，还有一种十分巧妙的方法：首先制备出孔隙率处处相同而碳含量呈梯度变化的TiCx预制块，随后将其浸入到Fe-.8%C合金液中，此时低碳区非化学计量比的TiCx与液相中的游离碳结合形成更稳定的TiC，使得这些区域的粘结相成分从奥氏体区逐渐向珠光体和铁素体区转变，对其进行淬火处理后，可以得到粘结相从铁素体向马氏体渐变的梯度材料。虽然这种方法所适用的材料范围较窄，却为用相变方法制备功能梯度材料提供了可能性。

第八节 金属陶瓷新技术研发、应用情况

1、超细金属陶瓷研究与应用情况

近年来，国内外制备超细金属陶瓷的研究取得了不少成果。

日本在金属陶瓷切削刀具的开发研制方面居世界领先地位，其金属陶瓷刀具占全部刀具生产量的30%。日本三菱公司报道了超细金属陶瓷的研发进展并推出了商品牌号NX2525和NX1010超细金属陶瓷。这两种超细金属陶瓷的典型特征是硬质相的平均晶粒度小于1μm，综合性能非常优异。

据分析，三菱公司NX2525和NX1010超细金属陶瓷的制备方法是：优质超细Ti(CN)粉或TiC+TiN粉+Ni、Co、Mo2C、TaC、NbC、WC细粉→湿磨→选粒→压制→气氛烧结→热等静压→成品。

2、金属陶瓷材料粉末冶金技术的新技术和新工艺及新装备

为适应硬质合金提高产品质量和增加产品品种的需要，在进一步改进与完善硬质合金的生产工艺与装备同时，也开发出新技术和新工艺及新装备。如高温自蔓延合成技术、等离子体制粉技术、流化床制粒技术、注射成形技术及其他的新型成形技术、等离子体烧结技术、微波烧结技术、各种新型化学和物理气相沉积技术及各种强化处理技术等。略……

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