一个大有希望的产业正向我们招手

你听说过“石头”赛过合金钢的故事吗？你看见过防腐、耐磨、耐高温、光洁度堪比合金钢的“石头”吗？这里，笔者所说的“石头”，学名叫氮化硅（Si3N4，一下简称SiN），是一种高性能结构陶瓷，是由地球上储量最大、“价格”最低的两种元素——地壳岩石中含量25.7﹪的硅（Si）和大气中的含量78.16﹪的氮（N）形成的共价化合物，通过超细粉碎、高压成型、高温烧结、超硬加工而成的新型材料。这种新材料的面世，能给我们带来无穷的科技魅力。笔者试从四个方面说明研发SiN陶瓷产品的可行性与紧迫性。

从SiN陶瓷的特性看研发产品的显著优势

SiN陶瓷产品的特性主要表现在以下9个方面：

超高强度。氮化硅陶瓷比一般陶瓷具有突出的高强度。室温抗压强度达200~600Mpa，直到1200℃的高温下强度无显著下降，这是任何金属材料难以达到的。

极好的耐高温性。氮化硅陶瓷分解温度高达1900℃，热膨胀系数仅为2.35×10-6/℃，在高温下不仅能长时间稳定工作，而且由高温（加热至800℃）急剧冷却也不会开裂。

突出的耐磨性。氮化硅陶瓷硬度达HRA80～90,并有较好的自润滑性，在无润滑液的条件下高速干摩擦，是一种非常出色的耐磨材料。

出色的化学稳定性和抗熔有色金属的侵蚀性。氮化硅陶瓷的抗氧化温度达1400℃，除氢氟酸外，不与其他无机酸反应，即使在沸腾条件下硫酸、盐酸、硝酸、醋酸以至王水和30﹪烧碱溶液都不腐蚀。氮化硅陶瓷不受铝、锡、锌、金、银、黄镍邓有色金属的侵蚀。

良好的绝缘性。氮化硅陶瓷的室温电阻率为1.1×1014欧姆·厘米，它是一种同时具有耐温、耐磨、耐腐、可加工性好的良好绝缘材料。

重量轻。氮化硅陶瓷的比重为2.6～3.2g/cm3，同样的产品重量约为钢铁的三分之一。

可加工性好，无收缩性。氮化硅陶瓷在烧结硬化前，可利用一般普通的金属切削机床和刀具加工成型。烧结硬化后几乎无变形，可制作几何形状比较复杂、精度要求较高的组件。

制作安全，无污染。制粉工序是采用全封闭破碎、粉磨、风选、连续自动出料的制粉设备，不仅对室内无污染，并可回收超细原料；制胚工序是采用封闭的超高冷等静压和封闭模具干压的工艺和装备，操作安全，原料节省；预烧和高温烧结工序是采用新型的封闭真空、高温、高纯氮气，电加热炉烧结，不仅工作环境安全洁净，且制品材质高纯；超硬加工（包括精磨、研磨、抛光）全部采用金刚石超硬加工，清水冷却和调膏工艺及装备，不仅工作环境洁净，而且制品精密美观。

原材料广泛，取之不尽。生产氮化硅陶瓷所需要的两种主要原料—氮和硅，是大气和地壳中含量最多、价格最廉的元素。只要地球和它周围的大气层存在，氮和硅这两种元素是取之不尽的。说得通俗些，氮化硅陶瓷的主要原料是“石头加空气。”尤其在目前在这个我们已紧迫地感到原材料和能源紧缺的时代，氮化硅陶瓷这一特性就更为重要。

从sin陶瓷的应用范围看研发产品的广阔前景

由于sin陶瓷兼有多方面的优良特性，所以它能在工业中有越来越广泛应用，一下该要地介绍8个方面：

在矿山、石油方向的应用。泥浆泵、污浆泵、砂浆泵、高压喷裂泵、抽油泵的缸套和柱塞是地质、煤田勘探、矿山、建筑、环卫工程以及石油钻井、采油不可缺少的重要配套设备。由于工作介质恶劣，含沙量大，腐蚀性强，尤其是石油钻井泥浆泵和采油的抽油泵，长期在高压状况下运转，即使采用较好的钢材，并经硬化处理，甚至电镀硬铬，其使用寿命往往也不能满足使用要求。以地质钻探用泥浆泵为例，缸套和柱塞材料改用氮化硅陶瓷后，使用寿命可提高4～5倍，并使配套的橡胶活塞的使用寿命也延长2～3倍，从而显著地提高了钻进效率，减轻了钻工的体力支出，降低了钻进成本。

在精密轴承和高温轴承上的应用。由于氮化硅陶瓷超硬耐磨、自润滑性能好，所以用他制作的轴承（包括滑动滚动轴承），比传统的轴承合金和轴承钢显著地提高食用寿命。同时，由于氮化硅陶瓷的热膨胀系数极小，因此可缩小轴承的装配间隙，从而适用于超 精密轴承和高温轴承，并且由于氮化硅陶瓷耐强腐蚀，所以还适用在强腐蚀介质中工作的特殊轴承。

在高温防腐阀门和管道方面的应用。在石油、化工、电力、化肥、印染、制药、盐业、海运、舰船等作业中，数量可观的传统阀门和管道是用不锈钢、尼龙、塑料、铸铁等材料制作的，由于耐温、耐腐、耐磨性不够而经常出现跑、冒、滴、漏等现象，严重影响流程的正常运输功率。如采用SiN，能大大延长使用寿命，节省管道维修，降低生产成本。

在化工用陶衬耐腐泵方面的应用。在各种酸、碱、盐邓强腐蚀性产品生产工艺中必用的输送泵，为了确保一定的使用寿命，常采用不锈钢甚至钛泵，价格非常昂贵，但效果并不理想，而采用氮化硅陶瓷衬泵就将彻底改观。

在陶瓷发动机方面的应用。现代的发动机（指汽油机和柴油机），由于受到材料耐温、耐磨性的限制，將发动机的缸体铸造成双层空心水套或致密的散热片，再配合水泵、水箱、风扇风罩进行冷却，不仅使发动机结构复杂，造成成本高，更重要的是冷却过程带走大量热能，因而显著降低了发动机的热效率。而氮化硅陶瓷能在高达1350℃的温度下持久工作，并有良好的耐磨、耐腐蚀性及高温下几乎无变形，因此，用它制作发动机及其废弃涡轮增压器，不仅能省去水套、水箱、水泵、风扇等冷却系统、大幅度简化结构，缩小体积，减轻重量、节省钢材，更能显著提高热效率，降低燃料消耗30～40﹪，还可使用较低质的燃料。在国际上，美、日、德等国家已投巨资于这项工程研究，在国内，也逐渐被人们所重视。这将是发动机的一次重大革命。

在燃气轮机叶片方面的应用。燃气轮机的工作温度越高，其效率就越高，但提高工作温度却受到叶片材料的限制，即使是镍基“超级合金”最高也只能耐1150﹪。由于SiN陶瓷制作燃气轮机叶片，不仅能提高热效率，还可降低能耗，节省大量的镍、钻、铬等贵重金属材料，这是国际上研究SiN陶瓷的主要目的之一。美国国防部曾用一千五百万美元请福特公司试制两台SiN陶瓷叶片燃气轮机，该项目目前已用于生产。日本的SiN陶瓷叶片燃气轮机也已问世，而国内尚为空白，有待开发。

在冶金工业上的应用。由于SiN陶瓷具有耐有色金属侵蚀和耐高温特性，所以可用于制作测铝液温度的热电偶护管、铁水分离环及流量计盖板、锌流量计、铝液电磁泵、真空铝坩锅等特殊元件。由于SiN陶瓷具有超硬耐磨、自润滑、耐高温、抗热震、耐高温蠕变邓综合特性，因此，可用于冷轧热轧钢板、型钢的滚轮、导轨，以及热轧无缝钢管的顶头等重要高温结构元件。

早军事工业的方面应用。由于SiN陶瓷在超高温下具有超硬、耐磨、耐腐、绝缘、隔热、热膨胀小、抗热震性好、重量轻、易成型等综合兼备的特性，所以在军事工业领域，对很苛刻、恶劣、非常的工况有极重要的使用价值。飞机、舰艇、坦克、枪炮射管、导弹雷达的天线罩等等，都可以大力开发SiN陶瓷产品。

从SiN陶瓷的市场需求看研发产品的丰厚利润

一种新材料的诞生和应用，往往在提高关键元件性能的同时，促进整台设备及有关生产工艺产生飞跃性的技术革命，促进整台机械设备在结构、性能参数等方面产生一个飞跃。国外陶瓷发动机的问世即为一个典例。北京有位专家研制的“全陶衬球阀”、“长寿可再生陶衬抽油泵”、“石油泥浆泵陶衬缸套”，就是在制成氮化硅阀球和抽油泵衬套的基础上设计和研究成功的。近几年来已引起国内外相关大型企业的浓厚兴趣，需求量之大，售价之高出乎意外。直径50毫米全套衬球阀的国际市场售价竟高达3000马克，这一售价将是国内预计生产成本的数倍。“全陶衬球阀”比不锈钢球阀和四氟球阀的耐磨、耐腐、耐高温有大幅度的提高，不仅延长使用寿命，减少管道系统的停、换、修时间，并且还将促使整个化学反应过程，向耐强腐蚀、耐强磨、超高温的方向发展。“长寿可再生陶衬抽油泵”的应用可促使油田采油工艺产生一个飞跃性变革——即采油工人多年来盼望的“不提管采油工艺”变为现实，因此，延长检泵期，提高采油率，降低采油成本，其经济效益是相当可观的。据石油部门有关方面介绍，从美国引进一个高陶衬泥浆泵缸套价格高达1600美元，相当国内现用双金属缸套的12倍。随着高陶元件在油田泥浆泵上的应用，由于关键易损件耐磨、耐腐性能的显著提高必将促使整台设备结构上的变革。无曲轴连杆的旋转活塞发动机（即转子发动机），其关键元件若用高性能陶瓷如虎添翼，是节能降耗的重大举措。概括来说，开发生产含陶元件的机电设备，不仅科学技术水平和社会生产力将生产一个飞跃， 而且将企业的产值和利润提高数倍甚至数十倍。

从世界经济的发展趋势和国家开发新技术新产品的部署看SiN陶瓷产品研发的可行性、紧迫性

综上所述，由于SiN陶瓷产品同时兼备很多贵重金属合金、非金属、高分子材料所不具备的超硬耐磨、耐高温、耐强腐、隔热、绝缘、绝磁、抗热震、耐高温蠕变、自润滑、自重轻等优异性能，同时又具有原料充足的先天优势，他不仅能替代在高温、强腐蚀、强磨损等恶劣工况下工作的昂贵的合金钢和超级合金材料，并且在超高温和超强腐蚀性能方面还远超过这些材料，SiN陶瓷产品打破了传统上对合金钢和超级合金的依赖，引发了世界新材料领域的一项革命。

在国际上，美、日、德等国家正不惜花巨额资金，用于SiN陶瓷产品的研究开发。日本把高性能陶瓷的开发和利用，作为工业战略的一部分。目前，日本有2000多名科学家和工程技术人员从事高性能陶瓷研究，其在单项陶瓷产品的研究开发处于世界领先地位，如用高性能陶瓷制造的燃气轮机已经问世。德国专门建立了一个陶瓷研究中心，一年拨款数千万马克，组织科技人员从事机械工程领域现代陶瓷的应用研究。德国许多公司也纷纷投资，加紧进行高性能陶瓷的研究开发。在国内，近些年，也有专家对SiN陶瓷的研发作了有益的尝试。以中国新技术新产品理事会常务理事、高级工程师王德庆先生为代表的科技工作者，经多年的努力，研制成功了Ф700×1000大型SiN陶瓷的反应结炉，给SiN陶瓷产业化生产打下了基础。还成功地研制出“全陶衬球阀”、“耐磨耐腐陶衬抽油泵”、“长寿可再生陶衬抽油泵”、“油田钻井泥浆泵陶耐用抽油泵”、“一种复合钢筒”、“具有复合层的往复泵组件”、“嵌陶耐用抽油泵”等产品，先后获得了7项国家专利、一项美国发明专利，分别在“第二届北京国际博览会”和国家科委在广州召开的“第三届全国新技术新产品展销会”上获得了金奖。

2010年时实施“十一五”规划的收官之年，这5年在我国历史上是不平凡的5年，经济发展超越了历史上任何年代，年均增长上了两位数，民生大为改善，社会和谐稳定，人民安居乐业。未来5年是应对国际金融危机冲击，努力保持经济平稳较快发展的关键时期，“十二五”规划将围绕经济增长方式的转变，促进经济结构与产业结构以及城乡区域结构的调整。最近，温家宝总理主持召开国务院常务会议，原则通过了《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》，确定了战略性新兴产业发展的重点方向、主要任务和扶持政策。明确从我国国情和科技、产业基础出发，现阶段选择节能环保、新一代信息技术、生物、高端装备制造、新能源、新材料和新能源汽车七个产业，在重点领域集中力量，加速推進。从明确“新材料”的开发和利用是7个产业的一个重要方面来看，抓住机遇，大力开发和利用SiN陶瓷这一新产品，必将对全省全市的经济发展起着无可比拟的巨大作用。

特别应该指出，我们浙江是经济大省，资源小省。省委书记赵洪祝同志最近在金华市调研时指出：我省长期积累的结构性、素质性矛盾依然存在，产业层次低、科技创新能力不强、资源环境约束加剧等问题还十分突出，加快经济转型升级仍然是“十二五”时期的主要任务。要把握主题主线和目标要求，全面把握“十二五”时期我省经济和社会发展的主要任务，加快产业结构优化升级。

据我们了解，浙江在SiN陶瓷的开发利用上目前还是一张白纸，具有很广泛的发展空间。倘若我们能用SiN陶瓷替代合金钢，那么遍布全省的“阀门之乡”、“齿轮之乡”、“汽配之乡”的产品必将产生新的质的飞跃。试想随着产品的转型升级，将会逐渐减少对钢铁业的依赖，众多钢铁企业可以改变在国际上铁矿石进口谈判中的被动地位。研发SiN陶瓷产品，既符合国家产业政策和省有关文件精神，也顺应市场需求，可谓上合“天意”，下顺民心。

笔者建议：一是各级领导能够统一认识，改变目前抓产业结构调整不知从何着手，重复建设，遍地开花，各类补贴名目繁多毛毛细雨的状况，将SiN陶瓷的产品研发，列入重大新材料产业项目来抓，在政策上给予重点倾斜。

二是借鉴日本、德国、美国等发达国家的经验，组建SiN陶瓷研究机构，拨出一定的科研经费，组织专业的科技人员，让他们集思广益，研究开发的SiN陶瓷产品。

三是切实鼓励相关企业，组织科技人员攻关。可以选择相对成熟的SiN陶瓷产品进行批量生产，并在财政政策上加大扶持力度。

笔者相信，经过几年几十年的努力，一种新型的“材料”,一类升级的产品，一个转型的产业，必将在浙江大地上结出丰硕的果实。

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