2023年全球與中國陶瓷型芯、特種陶瓷行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展格局研究預(yù)測及市場規(guī)模競爭戰(zhàn)略預(yù)測咨詢

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（1）陶瓷型芯產(chǎn)業(yè)鏈分析：陶瓷型芯產(chǎn)業(yè)的上游是石英等原材料供應(yīng)商，下游為熔模鑄造企業(yè)，其產(chǎn)品主要用于航空發(fā)動機、燃氣輪機的生產(chǎn)制造。

目前，陶瓷型芯產(chǎn)品的主要應(yīng)用領(lǐng)域為航空發(fā)動機和燃氣輪機空心部件的研發(fā)與生產(chǎn)，主要包括渦輪葉片、機匣、尾噴口、殼體等。該類部件主要采用高溫合金熔模鑄造技術(shù)生產(chǎn)，以實現(xiàn)其復(fù)雜異型空腔結(jié)構(gòu)。

（2）熔模鑄造行業(yè)概述：熔模鑄造又稱失蠟鑄造，是一種少切削、無切削的特種鑄造方法，形成的鑄件的工作面無需機械加工或只需局部打磨，即可達到類似拋光鑄件的尺寸精度和表面粗糙度。熔模鑄造的典型特征是不開型取模，利用熔化、溶解或燒失等方法脫除母模，獲得鑄型空腔，鑄型可加熱后澆入金屬。熔模鑄造形成的產(chǎn)品精密、復(fù)雜，接近于零件最終的形狀，可不加工或很少加工即直接使用，是一種近凈形成形的先進工藝。

在熔模鑄造中，采用常規(guī)的涂料涂掛、撒砂等傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝無法實現(xiàn)復(fù)雜狹窄的鑄件內(nèi)腔。航空發(fā)動機、燃氣輪機空心渦輪葉片的冷卻通道迂回曲折，必須采用陶瓷型芯形成空腔。渦輪葉片的形狀尺寸、組織結(jié)構(gòu)和性能直接影響飛機和發(fā)動機的性能、結(jié)構(gòu)重量系數(shù)、壽命和制造成本等各種重要指標(biāo)。因此熔模鑄造技術(shù)是先進航空裝備和民用航空產(chǎn)品向輕量化、精確化、長壽命、低成本方向發(fā)展的重要技術(shù)基礎(chǔ)。

20世紀40年代熔模鑄造開始用于工業(yè)生產(chǎn)，廣泛應(yīng)用于航空、軍工、化工、能源、交通運輸?shù)刃袠I(yè)。熔模鑄造有如下優(yōu)勢：①鑄件表面光潔度高；②鑄件尺寸精度高；③材料利用率高（70%-90%)；④幾乎不受合金種類限制，并可鑄造各種結(jié)構(gòu)復(fù)雜的鑄件。尤其是20世紀70年代末，熱等靜壓（HIP）技術(shù)被廣泛應(yīng)用于鑄件的后處理，使得某些鑄造缺陷得以被消除，從而有效改善了鑄件的力學(xué)性能及穩(wěn)定性。2018年全球熔模鑄造產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值142億美元，中國占全球熔模鑄造行業(yè)產(chǎn)值月30億元。全球熔模鑄造產(chǎn)業(yè)中，支撐其增長率的主要行業(yè)為航空產(chǎn)業(yè)。

中金企信國際咨詢公布的《全球及中國陶瓷型芯市場運行格局分析及投資規(guī)劃指導(dǎo)可行性預(yù)測報告（2023版）》

（3）特種陶瓷行業(yè)發(fā)展情況：特種陶瓷，又稱先進陶瓷、高性能陶瓷，是指具有特殊力學(xué)、物理或化學(xué)性能的陶瓷。特種陶瓷以無機非金屬材料為基礎(chǔ)原料，以特定比例混配其他化合物，經(jīng)成型、燒成等工藝制備而成。

按化學(xué)成分，特種陶瓷可分為氧化物陶瓷、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，特種陶瓷可分為結(jié)構(gòu)陶瓷和功能陶瓷兩大類。結(jié)構(gòu)陶瓷主要基于材料的力學(xué)和結(jié)構(gòu)用途，具有高強度、高硬度、耐高溫、耐腐蝕、抗氧化等特點，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。功能陶瓷主要基于材料的特殊功能，具有電氣性能、磁性、生物特性、熱敏性和光學(xué)特性等特點，主要包括絕緣和介質(zhì)陶瓷、鐵電陶瓷、壓電陶瓷、半導(dǎo)體及其敏感陶瓷等。

我國特種陶瓷研究始于20世紀50年代，隨著國際上特種陶瓷跨越式的發(fā)展，20世紀70年代以來國內(nèi)諸多高校和科研院所開始重視特種陶瓷材料研究，我國特種陶瓷產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，精密小尺寸產(chǎn)品、大尺寸陶瓷器件的成型、燒成技術(shù)、低成本規(guī)?；苽浼夹g(shù)、陶瓷加工系統(tǒng)等領(lǐng)域不斷取得創(chuàng)新性成果。

（4）陶瓷型芯行業(yè)發(fā)展情況：

1、技術(shù)發(fā)展歷程及趨勢：

①陶瓷型芯技術(shù)發(fā)展歷程：提高渦輪燃氣溫度一直是航空發(fā)動機、燃氣輪機研究的重點?，F(xiàn)階段，提高渦輪燃氣溫度主要通過三種手段：一是開發(fā)新的高溫合金材料，以不斷提升葉片的承溫能力，二是研制新型的熱障涂層，三是改善渦輪葉片的氣冷結(jié)構(gòu)，提高葉片的冷卻效率。

渦輪葉片的制造過程中，傳統(tǒng)的鍛造、機加等手段不能成形復(fù)雜的葉片內(nèi)腔形狀，只能采用熔模鑄造工藝生產(chǎn)。熔模鑄造中，形成空心鑄件內(nèi)腔形狀的陶瓷型芯，其性能和質(zhì)量對鑄件生產(chǎn)的質(zhì)量和合格率起到重要影響。我國對陶瓷型芯的研制，始于20世紀70年代中期。經(jīng)有關(guān)研究院所、高等院校和企業(yè)的共同努力，自80年代以來，已研制成功XD-1硅基陶瓷型芯和AC-1、AC-2鋁基陶瓷型芯等多種陶瓷型芯，滿足了研制新型航空發(fā)動機的需要。進入21世紀以來，盡管研制陶瓷型芯的單位數(shù)量有所增加，但產(chǎn)品品類齊全、具備量產(chǎn)能力、穩(wěn)定供應(yīng)的陶瓷型芯生產(chǎn)企業(yè)相對較少。

陶瓷型芯經(jīng)過多年發(fā)展，產(chǎn)品種類不斷豐富，行業(yè)內(nèi)一般按化學(xué)組成、成型方法等的不同進行區(qū)分。

I、硅基陶瓷型芯：硅基陶瓷型芯的主體材料為石英玻璃。石英玻璃是熔融石英經(jīng)高溫熔融、快速冷卻而形成的無定形物質(zhì)。石英玻璃具有各向同性、高粘度、熱膨脹系數(shù)小等特征，長期以來一直是國內(nèi)外陶瓷型芯的主要基體材料。硅基陶瓷型芯的最大特點在于：在1,100～1,250℃的溫度范圍內(nèi)，部分石英玻璃會發(fā)生相變，析出方石英晶體。由于晶體比玻璃體的蠕變小幾個數(shù)量級，所以當(dāng)陶瓷型芯中含有一定量的方石英時，陶瓷型芯的高溫抗變形能力較好。但是析晶過程的體積效應(yīng)導(dǎo)致的內(nèi)應(yīng)力會使陶瓷型芯中出現(xiàn)網(wǎng)狀裂紋，從而降低陶瓷型芯的強度。因此，方石英的析出規(guī)律及其對陶瓷型芯性能的影響是硅基陶瓷型芯的技術(shù)難點，合理控制陶瓷型芯在制備及使用過程中方石英的含量是硅基陶瓷型芯制備技術(shù)的關(guān)鍵。

II、鋁基陶瓷型芯：歐洲國家自20世紀70年代起就將鋁基陶瓷型芯應(yīng)用于生產(chǎn)單晶葉片，在鋁基陶瓷型芯的研究和應(yīng)用方面世界領(lǐng)先。中國鋁基陶瓷型芯的研制起步于20世紀90年代后期，起步較晚。

鋁基陶瓷型芯的主體材料是α-Al2O3粉體。與硅基陶瓷型芯相比，α-Al2O3具有較好的熱強性、較高的化學(xué)穩(wěn)定性、優(yōu)異的耐高溫性能，且在焙燒和使用過程中無晶型轉(zhuǎn)變，更適用于定向凝固柱晶及單晶葉片的鑄造。隨著單晶高溫合金鑄造的進一步發(fā)展，渦輪葉片的澆鑄溫度進一步提升，對陶瓷型芯的耐高溫性能和高溫化學(xué)穩(wěn)定性的要求更高。鋁基陶瓷型芯存在以下缺陷：一是其燒成通常在高于1,600℃的溫度下進行，燒成性相對較差；二是α-Al2O3難溶于酸和堿，與硅基陶瓷型芯相比，鋁基陶瓷型芯使用后脫芯相對困難。因此，解決燒成難和脫芯難的問題是鋁基陶瓷型芯生產(chǎn)及使用過程中的兩大技術(shù)難點。

中金企信國際咨詢公布的《全球與中國特種陶瓷市場競爭格局分析及投資戰(zhàn)略可行性評估預(yù)測報告（2023版）》

2）按成型方法分類：按成型方法和工藝特點，陶瓷型芯可分為熱壓注、傳遞成形、灌漿成形、凝膠注模成型、3D打印成型陶瓷型芯等。目前國內(nèi)外仍以熱壓注陶瓷型芯為主。

②陶瓷型芯技術(shù)發(fā)展趨勢：隨著現(xiàn)代熔模鑄造朝著“優(yōu)質(zhì)、精密、大型、薄壁、無余量”方向的發(fā)展，對陶瓷型芯的性能及工程可靠性提出了新的需求，陶瓷型芯制備技術(shù)的發(fā)展也正面臨著新的機遇。

1）承溫性能不斷提升：隨著高溫合金由鐵基合金、鈷基合金和鎳基合金向定向共晶合金及金屬間化合物的發(fā)展，渦輪葉片由等軸晶向定向凝固柱晶及單晶的發(fā)展，高溫合金澆鑄溫度不斷提高，澆鑄過程時間不斷延長，進而對陶瓷型芯的承溫能力要求不斷提高。

2）形狀結(jié)構(gòu)復(fù)雜化、精細化：渦輪葉片氣冷結(jié)構(gòu)由傳統(tǒng)的對流、回流、氣膜冷卻向發(fā)散冷卻、層板冷卻方式的改進，要求陶瓷型芯的形狀及結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜精細。

3）組分多元化：合金材質(zhì)的改進及合金種類的增加，要求陶瓷型芯的化學(xué)穩(wěn)定性更高，適用面更寬。陶瓷型芯組分已在常用的氧化硅、氧化鋁的基礎(chǔ)不斷擴展。

4）材料復(fù)合化：隨著對陶瓷型芯使用要求的不斷提高，單一材料已難以同時滿足陶瓷型芯制備工藝與使用性能的要求，不同陶瓷型芯材料之間的復(fù)合，不同材質(zhì)陶瓷型芯件之間的復(fù)合，已成為發(fā)展趨勢之一。

（2）市場現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢：目前陶瓷型芯的主要應(yīng)用領(lǐng)域為航空發(fā)動機和燃氣輪機的渦輪葉片制造。隨著發(fā)動機對推重比等性能指標(biāo)要求的持續(xù)提升，渦輪溫度不斷增加，導(dǎo)致渦輪葉片的空心氣冷結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜精密。在我國國防預(yù)算不斷提升、軍用飛機升級換代需求迫切和訓(xùn)練量不斷加大的背景下，軍用航空發(fā)動機市場呈現(xiàn)穩(wěn)步增長態(tài)勢，新戰(zhàn)機的大量裝備部隊，以及新發(fā)動機的不斷定型、量產(chǎn)，為陶瓷型芯行業(yè)市場規(guī)模的穩(wěn)定增長態(tài)勢奠定了堅實的基礎(chǔ)。隨著國產(chǎn)C919、C929、ARJ21等商用飛機研發(fā)試制進度的不斷推進，對CJ-500、CJ-1000、CJ-2000等長江系列國產(chǎn)商用航空發(fā)動機的研發(fā)量產(chǎn)進度提出了明確要求，相關(guān)發(fā)動機型號定型量產(chǎn)交付，將極大地拓展陶瓷型芯的市場空間。燃氣輪機方面，中國各類軍用艦船生產(chǎn)及更新?lián)Q代需求，以及“雙碳”背景下預(yù)期燃氣發(fā)電占比持續(xù)提升，將明顯促進軍用及民用市場對各功率級別國產(chǎn)燃氣輪機的需求，進而為陶瓷型芯行業(yè)發(fā)展和市場規(guī)模增長提供新的增長點。此外，其他熔模鑄造領(lǐng)域的發(fā)展，也將帶動陶瓷型芯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

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