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几种陶瓷产品的市场情况

来源:未知 发布日期:2019-07-09 03:36 浏览:

  几种陶瓷产品的市场情况_销售/营销_经管营销_专业资料。关于在国内组建工业陶瓷产业园的前景 一、半导体行业陶瓷产品情况 半导体设备的全球市场 2006 年约为 400 亿美元,目前 全球半导体设备主要由几家大公司所垄断,最大制造商有: 美国应用材料公司 (

  关于在国内组建工业陶瓷产业园的前景 一、半导体行业陶瓷产品情况 半导体设备的全球市场 2006 年约为 400 亿美元,目前 ★△◁◁▽▼全球半导体设备主要由几家大公司所垄断,最大制造商有: 美国应用材料公司 (APPLIED MATERIALS) NOVELLUS SYSTEMS ; INCORPORATED; EATON; VARIAN 等。其中属美国应用材料公 司最大。 在半导体设备中,精密陶瓷元件的价值约占 3%左右, 全球市场约为 12 亿美元,半导体设备陶瓷元件的生产,由 于涉及 OEM 厂家认证问题,所以属于独占性高门槛行业。就 美国应用材料公司而言,其代工厂主要集中在美国本土、日 本、台湾、韩国等。 我国半导体生产行业最近几年的发展速度非常快,目前 全国已经有上百家半导体的设计或生产工厂 (FAB) 见图 1) ( , 目前这些公司主要从设备厂家直接购买陶瓷元件耗材。但无 论从成本考虑还是从长远资源配套考虑,半导体设备中陶瓷 元件必将实现本土采购。 图 1、中国大陆半导体加工厂家分布图 详情参见附件《中国半导体加工厂商》 ,其中包括大陆 地区半导体制造也发展趋势及各厂家明细。 由于以下几个原因,国产半导体设备用精密陶瓷将 有良好的市场前景, 1,半导体设备制造是我国重点鼓励发展的产业,现在我 国已能提供 4 至 8 英寸大部分的半导体生产设备,急 需国内精密陶瓷部件配套。 2,由于竞争的压力,半导体设备的价格一直在下降,而 精密陶瓷部件一般为小批量,机械加工成本很高,国 外半导体设备陶瓷也在中国寻找半导体陶瓷生产的代 工厂家。 3,我国大部分半导体生产厂家都使用国外二手半导体, 而这些二手设备的陶瓷配件很难得到原厂家的配套服 务,他们急需国产陶瓷配件配套。 国内外陶瓷企业情况: 目前全球能从事半导体设备陶瓷元件加工的厂家,除国 际上最大的两家公司 Kyocera、Coorstek 之外,在大陆、台 湾地区及韩国主要有还有如下厂家: 美商应陶股份有限公司( Ceramic)及在台湾分公司。 1. 美商应陶股份有限公司(Applied Ceramic)及在台湾分公司。 美商应陶股份有限公司(ACT)总部设于美国加州,为一 专业半导体设备零件供应商,专精于陶瓷、石英、硅及蓝宝 石等备品的制作与开发。 2. 台湾棕茂科技及昆山智贸科技 昆山智贸科技设备有限公司是台湾棕茂科技在国内的分公 司,CTC 主要是由“台湾天龙集团”与 日本合气集团合资 成立的公司 (Coalition Technology Co.,Ltd) 简称 CTC, 主要从事“精密陶瓷”的生产和销售,为您提供原厂的质量 与服务 OEM、ODM 的价格! 上海摩根美超技术陶瓷有限公司(Mogan) 3.上海摩根美超技术陶瓷有限公司(Mogan) 上海摩根美超是英国在上海的工厂,生产 99.5%及 95%氧化铝精加工陶瓷。主要应用于晶园生产设备,医疗, 激光以及电子行业。公司配备先进的 CNC 磨床,CNC 加工中 心,三维测量仪和抛光设备。 4.杭州大和热磁电子有限公司(ferrotec) 4.杭州大和热磁电子有限公司(ferrotec)(杭州先进陶瓷材料有限 杭州大和热磁电子有限公司 公司) 公司) 杭州先进陶瓷材料有△▪▲□△限公司是日本和美国的合资厂,专 业从事应用于精密半导体及电子加工设备的高纯度陶瓷材 料与产品的开发、生产及销售。产品主要采用精制的高纯、 超细无机化合物为原料,利用先进的工艺技术加工而成。根 据工程技术对产品使用性能的要求,制造出的产品具有高 强、高韧、高硬、耐磨、耐腐蚀、耐高温、高热导、绝热及 良好生物相容等优异性能。 公司的所有生产技术均来自美国和日本。公司拥有磨削 中心、加工中心、平面磨床、外圆/内圆磨床、立式铣床、 数控车床和电气烧结炉等数十台加工设备。其中大部分来自 美国和日本的高精度数控设备。 随着公司的成立,在借助 杭州大和热磁电子有限公司和 LTD Ceramics,Inc.位于全球 各地的营销网络,预计先进陶瓷材料产品的年销售额将从成 立之初的不足一千万元跃升至 2007 年的一亿元人民币以上。 至此产品将广泛销售往包括台湾在内的中国各地区,以及欧 美、日本、新加坡、韩国等国家,并势必会越来越引起业界 和消费者的瞩目。rstek 5.coorstek 韩国陶瓷工厂 CoorsTek 公司是 1910 年成立的高技术企业,其总部位于美 国科罗拉多丹佛,专门生产陶瓷元件及工程塑料为主的高性 能金属等特殊材料和元件,年销售额达六亿美元。其中半导 体设备陶瓷占其总销售额的 22%。 2003 年 CoorsTek 公司在韩国分两个阶段,共投资两千万美 元,建立工厂专门生产用于半导体设备的精密氧化铝陶瓷。 6.台湾晟鼎工业股份有限公司 6.台湾晟鼎工业股份有限公司 1987 年开始生产精密陶瓷部件, 现在主要生产半导体设 , 备陶瓷。 半导体设备用高纯、零气孔率氧化铝陶瓷及部件制备的研究 半导体设备用高纯、零气孔率氧化铝陶瓷及部件制备的研究 氧化铝陶瓷 由于高技术陶瓷材料具有高硬度、高强度、耐高温、耐 腐蚀、耐磨损、低热膨胀、高弹性模量等良好优点,以及极 低的潮解度(≤0.01%) 、抗酸、碱性能以及抗卤族元素等离 子体侵蚀性能,广泛应用在半导体生产设备的陶瓷零部件。 半导体设备的全球市场 2006 年约为 400 亿美元,目前 全球半导体设备主要由几家大公司所垄断,最大制造商有: 美国应用材料公司 (APPLIED MATERIALS) NOVELLUS SYSTEMS ; INCORPORATED; EATON; 和 VARIAN 等。 其中属美国应用材料 公司最大。 我国半导体生产行业最近几年的发展速度非常快,目前 全国已经有上百家半导体的设计或生产工厂(FAB) ,但是半 导体设备一直依赖国外进口,大大制约了我国微电子和半导 体行业的发展。随着我国经济的发展,半导体设备的国产化 是必由之路。也被列为国家中长期发展规划中。 精密陶瓷元件的价值约占半导体整体设备的 16%左右, 全球市场约为 54 亿美元,半导体设备陶瓷元件的生产,由 于涉及 OEM 厂家认证问题,所以属于独占性高门槛行业。 就美国应用材料公司而言,其代工厂主要集中在美国本土、 日本、台湾、韩国等。国际高精度曝光机(数十纳米精度) 一直是对我国禁运设备在半导体设备中,目前半导体零部件 生产公司主要从国外设备厂家直接购买陶瓷元件耗材。但无 论从成本考虑还是从长远资源配套考虑,半导体设备中陶瓷 零部件必将实现本土采购。 1. 半导体加工设备制造是我国中长期发展规划重点鼓 励发展的产业,现在我国已能提供 4 至 8 英寸大部分的半导 体生产设备,但是高精密度加工(100nm 以下)的加工设备一 直依赖进口。 2. 半导体加工设备中需要大量精密陶瓷部件。由于陶 瓷(氧化铝,氮化硅,氮化铝,碳化硅等)高硬度,高弹性 模量,耐腐蚀,耐磨损,高绝缘,低热膨胀等优点,具有其 他材料不可取代的地位。 3. 主要采用精制的高纯、超细无机化合物为原料,利 用先进的工艺技术加工而成。根据工程技术对产品使用性能 的要求,制造出的产品具有高强、高韧、高硬、耐磨、耐腐 蚀、耐高温、高热导、绝热及良好生物相容等优异性能的半 导体设备关键部件。 在此方面的应用主要有: 等离子体刻蚀与清洗部件; CVD 沉积器件的部件;用于晶圆抛光的真空研磨盘片;晶圆的机 械传送手臂以及其它等离子喷头、工艺腔部件等。此外,它 还应用在平板显示方面(FPD) 。 总体来讲,国内目前在氧化铝基片的生产方面已经能够 满足国内需求并能出口海内外,但基片的性能和国外产品有 一定的差●距。而在半导体生产设备中的使用的氧化铝陶瓷部 件,尤其是一些大型的、异型的零部件,至今还是空白,完 全依赖于进口。因此,为配合我国半导体行业发展,实现半 导体设备和部件的国产化,需要国家投入高▼▲性能陶瓷材料在 半导体设备应用方面的研发与产业化。 应用举例: 机械手臂、真空夹▲●…△盘、等离子喷头、工艺腔部件、光刻部件 陶瓷气体过滤气介质 用于提高半导体生产设备中使用的气体的纯度和洁净 度。 真空阀过滤器 用于控制气体能以可以控制的速度进入反应室。 高纯半透明氧化铝陶瓷 与半透明的氧化铝单晶材料类似,半透明的氧化铝陶瓷 可以允许部分的可见光谱透过,可以用作高压钠灯的光学元 件,因为它具有极好的对卤◇=△▲族元素气体的抗侵蚀性能。在半 导体器件也具有一些新的用途。日本东芝陶瓷公司已经能够 制备出一些大尺寸以及异型部件,并且已经用于半导体行 业,这在以前看来是不可能实现的。 高纯度氧化铝陶瓷 由于具有极低的吸潮性、良好的绝缘性能、高强度和耐 磨性能, 同时还具有抗酸、 碱以及卤素等离子体的侵蚀性能, 应用于半导体和平板显示工业中的部件和夹具。 解决的技术关键: 1. 高纯、高刚度、高绝缘、高致密度(理论密度 100%) 无气孔陶瓷(氧化铝为主)的成型与烧结技术. 2. 大块陶瓷部件的成型与特种烧结技术 3. 高精度、纳米级平整度光洁平面陶瓷零部件的加工技 术 4. 防静电陶瓷材料及部件成型烧结技术 真空开关管属于真空电子器件中的无源真空器件,是真 空开关的核心部件。国外发达国家早在上世纪 60 年代就开 始研制线 年代制成真空接触器和断路器,投入 市场,推广应用。我国上世纪 80 年代初开始自行研制,在 “七五”期间,国家投资 5220 万元,为锦州华光、陕西•●宝 光、甘肃虹光、成都国光,从美国、德国、波兰引进了 42 台套关键设备和技术软件,为我国真空开关管的发展奠定了 基础。1990 年,我国的○▲-•■□线 万只, 开始进入真空开关管的推广应用阶段。 目前,我国从事真空开关管研发与生产的企业有 30 多 家,线 万只以上,据业内专家预测 今后五年内,线%的速度增长。真空开 关管行业的发展,促进了与之配套的陶瓷管壳等企业的发 展,我国生产陶瓷管壳的企业有十几家,但形成规模的企业 不多,难以满足国内制管的需要,在产品的外观与内在质量 上与国外发达国家相比还有差距,超高压真空开关管的产品 还是空白,尚需进口。随着国民经济的迅猛发展,使用真空 开关管制成的真空开关设备己广泛地应用于能源、交通、冶 金、航空航★◇▽▼•□◁天、船舶、建筑等各个领域,尤其是我国电力工 业、铁路电气化的快速发展为我国真空开关管的发展提供了 难得机遇。 该项目的研究成果将直接应用▪•★于无锡爱思特电子元器 件有限公司进行陶瓷真空管壳的批量生产,对于促进我国相 关行业的技术进步具有重要的意义。 刀具市场分析: 刀具市场分析: 美国加州出版的《世界机械工具切削市场》预测,2006 年世界金属加工工具总量将达到 230 亿美元,而硬质合金工 业市场容量将达到 130 亿美元。随着世界制造中心往中国转 移,中国硬质合金工模具市场容量将突破 100 亿,其中硬质 合金材料占 50%以上。同时,随着制造水平的提高,出口量 也有望达到 1.5~2.0 亿美元。从硬质合金产量看,国外总处 理和国内总产量基本相当,约为 1 万吨,但国外销售收入是 国内产值的十几倍。从产品种类看,我国 85%为焊接刀片, 数控刀片的 85%为进口,国外全部是可转位刀片。 随着加工工业的科技进步和机械制造业水平进一步提 高,自动化程度很高的大型切削设备和计算机辅助控制加工 中心对硬质合金切削刀具的性能提出了更高的要求。其次随 着精密铸造、模锻和新的粉末冶金成形技术的发展,高速精 加工、半精加工、以车代磨切削加工工艺日益受到重视。高 速切削是实现高效率制造的核心技术,工序的集约化和设备 的通用化使之具有很高的生产效率。可以说,高速切削加工 是一种不增加设备数量而大幅度提高加工效率所必不可少 的技术。一般高速切削的切削速度为普通切削的 5~10 倍, 达 15~50m/min。显然,机加工所面临的问题是要尽量减少 切削深度而提高切削速度,这就需要更加锋利的刀刃,传统 硬质合金越来越满足不了这一要求。 在刀具原材料供应方面,作为硬质合金主体材料采用的 是稀有金属 W 和 Co。由于中国钨资源的过渡开发,钨精矿 价格成倍增长。 在国际上是重要的战略物资, Co 其价格和供 应极不稳定。有人预测,二十年后这两种资源都会枯竭。可 见,用“无 Co 或少 Co、无 W 或少 W”的材料代替部分传 统硬质合金是一个迫在眉睫的问题。金属陶瓷正是在这一背 景下得到迅速的发展。 “金属陶瓷” 一词, 英语是 “Cermet” 它是陶瓷(Cerramic) , 和金属(Metal)两个词头的组合。是指由一个或几个陶瓷相与 金属或合金组成的非均质复合材料。复合材料是继金属材 料、高分子材料和无机非金属材料之后出现的一类新型材 料。在新材料设计上,新概念、新观念、层出不穷,利用复 合材料的乘积效应和加和效应,可开发设计出性能更加优异 的新型材料。实际上,金属陶瓷是一类极其广泛的材料,包 括氧化物-金属、碳化物-金属、氮化物-金属等等。因此, WC 基硬质合金也属于金属陶瓷范围, 但在工具材料领域中, 人们习惯于把“金属陶瓷”一词专供 TiC 基和 Ti(CN)基工具 材料使用,以区别于 WC 基硬质合金,而且这一术语已被国 际学术界普遍接受。目前习惯上,把 WC 基工具材料称为硬 质合金,TiC 基和 Ti(CN)基工具材料称为金属陶瓷。 图 刀具材料的发展与切削加工高速化的关系 从图刀具材料的发展与切削加工高速化的关系可以看 出,Ti(CN)基金属陶瓷刀具的性能和加工范围在硬质合金和 陶瓷刀具材料之间,与硬质合金涂◇•■★▼层材料接近。 随着中国人均 GDP 迈入一千美金门槛,近五年来在中国 汽车市场上汽车的产销量是按让人眼红心跳的两位数在增 长,而数控机床与刀具的迅猛发展则是在中国国民经济持续 向上发展和世界各主要工业大国将生产基地陆续迁入中国 的大环境下发生的。 2004 年 1-7 月我国进口机床和刀具是 33 亿美金,同比去年增长 58%,根据国际金属加工研究中心调 查报告指出, 2003 年世界工具市场销售额在 130 亿美元左右, 而全球年增长率却仅仅大约是 3%。刀具在制造业中所占比 重较少但却是一个非常活跃的领域。刀具的新材料,新技术 层出不穷。 在中国现今的刀具市场上,国外各厂家通常按年销售额 的概念分成三个集团,分别是 3 个亿以上、1-3 个亿和 1 个 亿以下(指人民币) 。全球刀具行业的“巨无霸”瑞典山特维克 集团的可乐满(Sandvik Coromant)当仁不让地处在第一集团, 可乐满 2001 年在华销售额是 2.2 亿人民币, 2002 年是 2.8 个 亿,而 2003 全年在华销售了 3.5 亿人民币刀具。可乐满 Coromant 拥有全系列超过 25000 种各类刀具产品,并且还 以每年开发超过 1500 种新产品的速度在持续着它的“王朝霸 业”; 全球销量第二的肯纳集团(Kennametal)在华年销售 额 1.8 亿人民币,处于第二集团领头羊的位置,紧随其后处 在第二集团的是台湾兴合上海公司(主要代理德国 KOMET、 MAPAL 以及日本三菱、NT 等进口刀具品牌) ,年销售额 1.6 个亿;瓦尔特(Walter)通过出色的造势和营销管理,加上 工具磨床在内大约有 1.2 个亿;伊斯卡(ISCAR)在成功收购 了美国英格索尔(Ingersoll)的切削刀具部后在华也达到了 1.1 亿的良好销售业绩;同样,山高(Seco)携收购的法国 EPB、 荷兰 Jabro 一同也把在中国的销售额做过了亿元门槛从 而挤入第二集团。 处第二集团的进口刀具代理商还有北京 金万众(主要代理日本 BIG 大昭和、住友电工、OSG 和京瓷等 日本刀具以及瑞士 PWB、德国 Kelch 对刀仪)、北京京以(主 要代理意大利丹德瑞刀柄和镗刀系统以及日本京瓷刀具) 等,各家在华年销售额都在亿元人民币上下。 国内厂商则以我们株洲钻石、成量、成都英格、哈一工、 哈量、上海机床附件二厂等为主。不论是从销售额还是产品 种类和质量上比较,我们株洲钻石无疑是龙头老大,如果仅 仅从年销售额和市场分额上排位,在整个国内刀具市场上我 们甚至能替代肯纳金属集团成为第二集团的领头羊。国内刀 具行业面临的状态是刀具行业起步晚,先进的数控刀具仅仅 是随着近年来数控机床的发展而发展,因此数控刀具产品发 展速度缓慢,基础比较薄◆■弱,竞争力不高。 为什么国外刀具厂商能抢滩中国的市场?主要原因是他 们的产品档次高、品种全、性能好,而且技术服务和销售管 理更是国内厂家所难以望其项背的。可以说,目前国内各刀 具厂商与国外相比,其差距是全方位的。 从传统意义上讲,进口刀具在中国市场上主要分四大主 流派系:① 山特维克系,山特维克集团公司在全球的控股 子公司众多。包括可乐满(Coromant)、万耐特(Valenite) 、山 高(Seco)、 蒂泰克斯 (Titex) 瓦尔特(Walter)和斗马 、 (DORMER) 等。② 肯纳系,肯纳金属(Kennametal)1938 年成立于美国, 它是与美国强大的航空航天以及军工企业一起发展起来的。 2003 年全球销量 20 亿美金,是排名山特维克集团之后全球 第二大的刀具制造集团。依靠德国 Widia 公司在铣刀和车拉 刀、德国 Hertel 公司在车刀上强大的研发制造能力和以色列 Hanita 公司,大大巩固了肯纳集团在汽车行业的地位。③欧 洲系,以德国系和以色列系为主,包括德国的蓝帜(LMT) 、 KOMET、 MAPAL、 (Guehring) 雄克 钴领 、 (SCHUNK) EMUGE、 、 TBT、HAIMER;以色列的伊斯卡(ISCAR)、瓦格丝(Vargus);瑞 士的 ETM 等。 以伊斯卡(ISCAR, 以色列系)为主体的 IMC(Iscar Metal Cutting group) 集团已经成为继山特维克集团和肯纳金 属集团之后第三大刀具供应商。ISCAR 以在割槽刀领域的“霸 王刀”崛起和享誉全球的,收购美国英格索尔的刀具子公司 (Ingersoll Cutting Tool Company) OEM 欧洲一流的意大利丹 , 德瑞公司的刀柄和镗刀系统,收购韩国大韩金属特固克 (Taegutec) ,IMC 集团在 2004 年销售额达到 10 亿美金,它 的目▪▲□◁标是在尽短的时间里全面超越肯纳金属集团。④ 日韩 系,2003 年,日本机床产值占全球总产值的 21.7%,排名世 界第一,拥大昭和精机业已成为了日系刀具的☆△◆▲■领头羊,它在 中国市场上保守估计有近 1 个亿人民币的销量。以特殊陶瓷 涂 层 CBN 、 金 刚 石 烧 结 体 PCD 为 主 经 营 的 住 友 电 工 (SUMITOMO) ;以高硬度镗杆、magic 钻头、金属陶瓷刀片 闻名的京瓷尚乐特(Kyocera CERATIP) ;在汽车与航空发动机 方面被称为“拉刀王”的不二越 NACHI;全球丝锥产销大王 OSG(与德国瓦尔特 Walter“技术提携”,将 Walter 全系列的 模具铣刀引入了日本市场)拥有 BEAM 整体烧结体金刚石铣 ; 刀和钻头“绝活”的黛杰工业(DIJET) 。另外还有东芝钨业 (TOSHIBA Tungaloy) 、日立工具(HITACHI TOOL) 、弥满和制 作所(YAMAWA) 、MMC 神钢工具、日本特殊陶业(NTK) 、 日进工具、田野井制作所、东京石工业、旭金刚石工业、荣 工舍、大志技研等众多品牌,他们规模不大但各有所长,大 都靠自己一到两种拿手“绝活”驰骋刀具市场。 在现今中国的机械加工领域,航空航天,汽车工业、模 具制造,电子工业等四个行业是数控机床和刀具比较集中的 地方。 。 1、航空航天 不锈钢、高温合金以及铝镁合金是航空航天和汽轮机零 件所采用的主要材质,而其中又以航空发动机和汽轮机所常 采用的高温合金(包括 Fe 基、Ni 基和 Co 基三种)与钛合金 材料的加工最让人头痛。高温合金和钛合金在 540°C 以上 的高温状态下仍能保持很高的强韧性和低的导热性,被称为 耐热“超强▼▼▽●▽●合金”。 由于耐热“超强合金”的成分和组织的特性, 其切削性能很差。 行业内做了个比较,如果以 45 钢的切削性能作为基准 1,那 么 Ni 基高温合金的相对加工性仅为 0.05-0.2;钛合金根据含 碳量不同 (含碳量大于 0.2%时会形成硬的碳化物使切削性能 下降) ,其相对加工性也仅为 0.2-0.3。对于耐热“超强合金” 的加工,从技术和可加工性的层面上分析,用陶瓷、金刚石 烧结体(PCD)和 PVD 涂层硬质合金等超硬材料加工是最理 想的(某些钛合金加工不适用) 。 PVD(物理气相沉积)涂层被国外最先证明是最有效加工 高温合金的涂层而 TiN(氮化钛)CVD 涂层是最早使用的而 且现在仍然很受欢迎的涂层,占所有涂层刀具的 80%,但氮 铝化钛(TiAlN)在连续高温切削时它的各项性能超过 TiN 三 倍,所以对于耐热“超强合金”的加工大量采用的是氮铝化钛 (TiAlN)PVD 涂层。 美国是当今世界最强的航空航天大国,Kennametal 在耐 热“超强合金”加工领域处于领先地位。住友电工 SUMITOMO 在 CBN 和金刚石烧结体(PCD)研制方面全球领先,同时, 它也是在世界上首次将纳米技术和薄膜技术实用化的厂家, SUMITOMO 新型 “ZX”的 PVD 涂层由每层 1 纳米(十亿分之 一米)的 TiN 和 AlN 超薄膜交互重叠约 2000 层进行蒸着累 积而成,硬度远比一般的 PVD 涂层要硬,已经接近烧结体 CBN 的硬度。 2、汽车行业 铸铁由于其坚硬性和很高的抗压强度,并且能成铸成很复杂 的形状,所以一直是用于交通行业的发动机箱体及其它主要 零件的材料。球墨铸铁加工性能差,球墨铸铁的珠光体含量 越高,它的耐磨性越好而且它的可加工性越差,球墨铸铁的 多孔性导致断续切削,这更加降低寿命。像耐热“超强合金” 的加工一样,从技术和可加工性的层面上分析,用 CBN 和金 刚石烧结体 PCD 等超硬材料加工是最理想的, 但目前在中国 市场上,大部分进口或国产厂商还是将精力主要放在涂层硬 质合金方面。 减少重合金的◆▼用量以达到减少油耗与增强刚性是目前全 球在轻型运载工具如家用小汽车方面普遍的思路。 1980 年按 照美国铸造协会规定,家用小汽车的铸铁用量控制在 600 磅 /辆以下,到 1999 年下降了近一半,平均达 325 磅/辆,预计 2006 年能降到 230 磅/辆。另一方面,汽车铝件的应用在 5 年内将上升 50%, 2000 年的 250 磅/辆, 2005 年将达到 从 到 380 磅/辆。 2000 年又开发出 TiAlN 基特殊陶瓷涂层 CBN(BNC 系列) , 与不涂层相比,使用寿命与加工精度均显著提高,甚至可以 “以车代磨”地完成高硬度材料的加工。 3、模具制造 据统计, 我国模具厂家目前约有两万家, 2003 年产值 360 亿人民币,进口 2 亿美元。2004 年达到 500 亿元。主要是汽 车加工模具、家电模具、建材模具、电子通讯产品模具等。 模具制造行业使用最多的刀具是模具铣刀,集中在▷•●地处长江 三角洲和珠江三角洲地区。 4、电子工业 曾经专门有一篇文章专门谈到日本的刀具厂商在保证日 本国内需求的同时, 均在大力开展向海外市场扩展 IT 产业刀 具的销售战略,其中特别看好中国 IT 产业对刀具的需求。随 着中国 IT 产业的飞速发展, 日本工具厂商已增产满足中国 IT 产业急需的各种切削工具。 东芝 Tungaloy 公司,三菱综合材料公司、旭金刚石工业 公司和富士精工公司 Ti(CN)基金属陶瓷工具材料发展概况: 基金属陶瓷工具材料发展概况: 基金属陶瓷工具材料发展概况 Ti(CN)基金属陶瓷于1931年问世,但直到Kieffer等人在 1968~1970年间开展系统研究之后,对其研究和生产的热潮 才真正开始。在TiC-Mo-Ni系金属陶瓷中添加TiN,不仅可显 著细化硬质相晶粒,改善金属陶瓷的室温和高温力学性能, 而且还可大幅度地提高金属陶瓷的高温耐腐蚀和抗氧化性 能。与TiC基金属陶瓷相比,Ti(CN)基金属陶瓷在高温下的硬 度和抗弯强度(TRS)更高,抗氧化性能和高温抗蠕变能力 更好。Ti(CN)基金属陶瓷切削性能优异,已成为主要的切削 刀具材料,并逐步取代TiC基金属陶瓷,被广泛用于碳钢、不 锈钢和铸铁的高速铣削、精加工和半精加工。同时,Ti(CN) 基金属陶瓷因其具有稳定的高温强度、良好的摩擦性能和耐 酸碱腐蚀性能还应用于发动机的高温部件、石化和化纤等多 种行业和领域。因此,国外科研机构和生产厂家对Ti(CN)基 金属陶瓷逐步重视,并进行深入系统的研究。自20世纪80年 代以来,Ti(CN)基金属陶瓷获得了迅速的发展,世界各国硬 质合金生产厂家先后推出了系列的Ti(CN)基金属陶瓷刀具。 在日本, 近年来Ti(CN)基金属陶瓷材料已占可转位刀片的30% 以上。我国在“八五”期间也研制成功多种牌号的Ti(CN)基 金属陶瓷刀具,并批量上市,但性能不很稳定。 1、表面梯度结构 Ti(CN)基金属陶瓷的研究 、 基金属陶瓷的研究 通过设计刀具材料的化学成分和烧结气氛来控制相应 的冶金反应过程、碳氮化钛固溶体的分解行为和碳化物在粘 结相中的析出,在压坯表面形成所需的结构,可以获得不同 性能的材料。(1) 表面无立方相的涂层基体材料;(2) 不同的 内韧外硬的材料;(3) 有不同成分的表面多层材料;(4) TiN 自润滑材料。因为,WC在Ti(CN)中的固溶度决定于N含量,N 含量越高,WC在Ti(CN)中固溶度越低。由于Ti与N的亲和力远 大于W和N的亲和力,金属陶瓷在真空中烧结,氮原子通过 空隙向表面迁移,(Ti,W)(C,N)脱N,在表面形成贫N层。通过 气氛反应烧结,在混合料压坯(压坯的成分可以是含N的, 也可以是不含N的)或烧结后合金的表面原位形成一层相或 成分变化的多层区域,改变其应力分布而提高耐磨性。 原子在粘结相中比在碳氮化物中扩散快得多,粘结相相 当于原子扩散媒介。由于氮在粘结相中很低的溶解度,它的 迁移速度受到限制,而其它金属元素的迁移速度受到低的扩 散系数的限制。在烧结过程中,通入一定压力的氮气后,由 于表面和内部N的活度不同(内部,0.0195 bar1/2),表面区域 的高N活性是Ti在钴镍粘结相中往外迁移和W往内迁移的驱 动力。N活度的增加(氮气压力增大)导致碳氮化物相在粘 结相中溶解和析出新相,促进环形结构中富W相的溶解。Ti 往表面扩散的驱动力明显大于W往内扩散的驱动力。如果氮 的活度超过一定的压力, 在超饱和的粘结相中, WC析出而颗 粒长大,生长被环形碳氮化物颗粒所限制。在N气氛烧结过 程中,不规则形状富N的碳氮化钛从粘结相中析出,在材料 表面形成富Ti和N的区域, 在已经存在的碳氮化物颗粒上形成 包裹层,通过阻碍颗粒边界的滑移,从而改善切削过程中抗 塑性变形能力。 在一定的N2分压、温度和化学成分下, (Ti,W)(CN)可分解 成两个面心立方相δ1、δ2和WC。δ1-(Tix,W1-x)(Cx′,N1- x′),富 Ti和N;δ2-(Tiy,W1-y)(Cy′,N1- y′),富W和C。Ti(CN)基金属陶瓷 的烧结过程中,在硬质相中C和N原子根据N2分压大小可以相 互替换; 碳氮化物的成分受N2分压和温度的影响, 2分压高, N 碳氮化物中N的含量高,温度高,N含量就低。Mo2C、NbC 与N的反应程度不大,而TaC、WC在高的N2分压下仍很稳定。 Ti在液相中溶解度增大;可能会产生金属间化合物Ni3Ti。N2 还影响WC在 (Ti,W)C中的溶解度。 因此, 烧结工艺根据成分、 温度、N2分压进行调整。 由于扩散和迁移、溶解和析出,硬质相和粘结相的分布 发生变化,由于表面层下富粘结相层的存在,阻止表面层硬 化层中裂纹向内扩展,使得梯度金属陶瓷的抗弯强度和断裂 韧性没有下降。原位形成梯度金属陶瓷刀片,切削过程中形 成应力,在三维刀片中的耗散,不像普通刀片应力在两维界 面尖端集中。 2、超细 Ti(CN)基金属陶瓷的研究现状 、 基金属陶瓷的研究现状 超细Ti(CN)基金属陶瓷的研究近年来引起了很大的关注。 白万杰专利是一种利用等离子体化学气相合成法制备纳米 及亚微米级陶瓷材料的工艺。以可控的直流电弧等离子体为 热源,以N2或Ar为载体,携带金属卤化物为原料,以NH3或 液化气为氮或碳源,进入反应器,瞬时被加热至高温,发生 反应, 急速冷却获得超细陶瓷粉体材料。 通过控制反应时间、 可以调整粉体的粒度,通过控制NH3和液化气的流量,调整 C/N比;通过调整原料配方可生产多种碳化物、氮化物和碳 氮化物粉体材料。 将纳米TiN+10%C在流动的A△▪▲□△r中,1430℃,保温3小时, 固态合成超细Ti(CN)粉末,粉末形状规则,团聚少,C/(C+N) 比在0.4~0.6。 用机械合金化,使各种氧化物的混合物原料粉末达到原 子级的混合,1200~1300℃低温碳热还原和氮化方法,制备 了低氧含量、晶粒度为30 nm左右、比商用微米原料粉末纯 度更高的纳米晶(Ti,M)(CN)–Ni和(Ti,M1,M2)(CN)–Ni粉末。 用0.7~0.95亚微米Ti(CN)+0.4微米的WC进行试验,由于 超细Ti(CN)和WC大的比表面积, 在粘结相中的溶解速度很高, 抑制了Ti(CN)的溶解,形成的环形相体积比也大。由于WC相 对Ti(CN)具有更高的溶解速度和稳定的高W含量环形相, 随着 WC含量的增加, 抑制了颗粒粗化的趋势, 环形结构的外环相 变薄。 高的WC含量引起环形结构芯环界面的不连续。 由于W、 Ta、Mo或Ni的扩散,使其晶格常数发生明显的变化。随着 WC含量的增加, 粘结相的体积比增加。 细颗粒金属陶瓷随着 WC含量的增加,耐磨性增大;粗颗粒金属陶瓷随着WC颗粒 的增加,耐磨性降低。对耐磨性起主要作用的是硬质相颗粒 尺寸和分布,而不是相的比例。与较粗Ti(CN)基金属陶瓷相 比,超细Ti(CN)基金属陶瓷表现更加均匀的结构。 超细Ti(CN)、 WC的位错密度比传统尺寸原料粉末颗粒低, 没有夹杂。 在粘结相中具有更高的W含量和C含量, 增加了粘 结相的体积比。超细Ti(CN)、WC 颗粒不论在固体烧结,还是 在液相烧结,在冷却过程中稳定了FCC钴,钴中具有更高的 FCC/HCP比例,强化了粘结相。粘结相中并有无定型钴相存 在,无定型钴中W含量比结晶钴中W含量更高。硬度随着粘 结相中位错的平均自由程的减小而减小。粘结相的存在使得 WC、TaC、Mo2C等在较低的温度下与Ti(CN)形成固溶体。与 传统颗粒金属陶瓷合金相比,超细结构金属陶瓷控制韧化的 机理不同。 随着 Ti(CN)颗粒的减小,含有 Ti(CN)芯的颗粒数量减少; 当 Ti(CN)颗粒的尺寸达到 0.3μm 时,很多晶粒没有芯部;获 得的显微结构更加均匀。但是粉末颗粒越细,氧含量越高, 合金致密化越困难,一般需要经过热等静压处理以后强度和 硬度都会有所上升。 在超细原料粉末体系中可以固溶更多的WC(50%),形成 细的晶粒结构和高体积分数的环形相。WC比Ti(CN)的溶解速 度快,随着WC含量的增加,粘结相的数量增加,环形相的内 环厚度增加,外环相减少,直至消失,这一点与微米Ti(CN) 基金属陶瓷不同。内环形相中的最大W含量(饱和点)可达 45%, 是微米Ti(CN)基金属陶瓷内环形相中的最大W含量的两 倍,这样既强化了环形相也强化了粘结相。 以氧化物为原料,合成晶粒度为30~100nm,(Ti,W)(CN)–Ni 预合金纳米晶粒复合粉末;1510℃保温1小时,获得均匀无 核晶,粒度为0.5~1.0μm的超细金属陶瓷。在结构中很多小 颗粒的环形结构为“白芯黑环”或者没有明显的环形结构; 一些小的颗粒镶嵌在大颗粒的环形结构中,保持部分共格而 牢固结合,强化和韧化了金属陶瓷,其断裂韧性为 11–14MPam1/2。 用小于0.2μm的超细TiC0.7N0.3粉末制备了晶粒 度小于0.5μm的Ti(CN)基金属陶瓷,由于结构均匀和细化,它 的强度和硬度均高于传统粉末的金属陶瓷。其硬质相的相成 分为(Ti, Mo, Ta, W) (C, N)固溶体,在硬质相固溶体中存在位 错和孪晶;在粘结相中出现非常细的沉淀析出相。目前,超 细粉末原料的纯度比较低,其合金的孔隙比较高,制备工艺 有待改进。 3、Ti(CN)基金属陶瓷产业化现状及发展方向 、 基金属陶瓷产业化现状及发展方向 目前,Ti(CN)基金属陶瓷的发展已到了一个新的阶段, 性能上,一方面向高韧性方向发展,即与涂层合金竞争,另 一方面向高耐磨性方向发展,即与陶瓷材料相竞争。正是在 这种要求的推动下,进入二十世纪 90 年代后,超细金属陶 瓷、超韧金属陶瓷和涂层金属陶瓷相继问世,其应用范围日 益扩大。目前,在 Ti(CN)基金属陶瓷的研发和商业化应用方 面,日本处于世界领先水平;在日本的金属切削领域中,金 属陶瓷刀片已占可转位刀片总数的 30%,并且仍在扩大其应 用范围。美国和欧洲等也占了约 5~10%,并且处在快速增 长中。表 1~表 4 列出了日本东芝钨公司、日本住友公司、 日本黛杰公司和瑞典 Sandvik 等国外公司生产的 Ti(CN)基金 属陶瓷商用牌号。我国 Ti(CN)基金属陶瓷的研究和产业化尚▲=○▼ 处于起步阶段,株洲硬质合金厂及四川自贡硬质合金厂相继 有 TN 和 NT 系列金属陶瓷的试生产, 5 为国内厂家生产的 表 Ti(CN)基金属陶瓷牌号及性能。表 6 为国外主要厂商生产的 最新产品及性能。 表 1 日本东芝钨公司金属陶瓷牌号及性能 牌 号 组 成 密度 (g/cm3 硬度 (HRA) 抗弯强度 备注 (MPa) ) N3 02 X4 07 N3 08 N3 10 TiC(C,N)-WC-Ta C 系 TiC(C,N)-WC-Ta C 系 7.0 7.0 7.0 TiC(C,N)-WC-Ta C系 TiC-TaC 系 6.5 6.4 93.0~94. 1300~150 0 0* 91.0~92. 1500~170 0 0* 91.0~92. 1600~180 0 0* 91.0~92. 1700~190 0 0* N3 (Ti,W,Ta)(C,N) 系 50 注: “*”表示厂方提供。 91.5~92. 1700~190 5 0* 表 2 日本住友公司金属陶瓷牌号及性能 牌号 组成 密度 (g/cm3) T110A TiC-TiN 系 T250A TiC-TiN 系 CN8000(梯 度) TiC-TiN 系 8.48 91.0 2500* 7.03 90.0 2100* 6.86 硬度 (HRA) 92.3 抗弯强度 (MPa) 1600* 表 3 日本黛杰公司金属陶瓷牌号及性能 牌号 组成 密度 (g/cm3) CX10 TiC-TiN 系 NIT TiC-TiN 系 NAT TiC-TiN 系 CX TiC-TiN 系 6.9 91.6 2500* 7.4 92.0 1900* 7.0 92.5 1800* 6.7 硬度 (HRA) 93.4 抗弯强度 (MPa) 1500* 表 4 瑞典 Sandvik 公司金属陶瓷牌号及性能 牌号 组成 密度 (g/cm3) CT525 TiC-TiN 系 CT5015 TiC-TiN 系 CT530 TiC-TiN 系 7.25 91.5 No 6.56 92.1 No 6.98 硬度 (HRA) 92.5 抗弯强度 (MPa) No 注: “no”表示未检测。 表 5 国内 Ti(CN)基金属陶瓷牌号及性能 生产单 位 牌号 组 成 硬度 (HRA) TiC-TiN TN30 系 TiC-TiN TN20 系 TiC-TiN TN10 系 TiC-TiN TN05 系 TiC-TiN NT2 系 TiC-TiN NT3 系 TiC-TiN NT4 系 TiC-TiN NT5 系 ≥91.0 抗弯强度 (MPa) ≥1600 密度 (g/cm3) 6.50~7.50 株洲硬 质合金 厂 ≥91.5 ≥1400 6.50~7.00 ≥92.0 ≥1300 6.20~6.70 ≥93.0 ≥1100 6.00~6.50 ≥92.5 ≥1350 6.05~6.15 自贡硬 质 合金厂 ≥91.5 ≥1550 6.40~6.45 ≥91.0 ≥1650 6.30~6.40 ≥93.0 ≥1350 6.40~6.50 TiC-TiN NT6 系 ≥92.0 ≥1350 6.20~6.60 比较表 1~表 6 可见,我国 Ti(CN)基金属陶瓷产品的性能 与国外存在不小的差距,并且生产中质量波动较大。另外从 国内的市场分析,Ti(CN)基金属陶瓷的应用未得到推广,所 占市场份额仍然很低,大约只有 1%;国内使用的绝大部分 是国外的金属陶瓷产品。从前面所述国外金属陶瓷刀片的市 场份额来看,我国金属陶瓷刀片的市场空间将是十分广阔 的。针对目前我国金属陶瓷产品的现状,开发出新型高性能 Ti(CN)基金属陶瓷产品意义深远。 表 6 国外最新 Ti(CN)基金属陶瓷牌号及性能 生产商 牌号 密度 (g/cm3) 矫顽磁 力 (KA/m) Sandvik 东芝 525 GT530 NS520 NS530 NS740 黛杰 京瓷 LN10 PV60 6.97 7.29 6.72 7.3 6.98 7.21 6.56 9.3 6.7 12.6 7.6 6.9 10.6 8.9 5.5 3.6 4.2 4.0 4.0 5.9 5.2 1570 1480 1600 1500 1490 1660 1510 2500﹡ 1700﹡ 钴磁 硬度 抗弯强度 (MPa) (Co-%) (Hv) PV90 TN60 TN6020 三菱 NX55 NX2525 住友 T1200A T2000Z 6.51 6.53 6.37 7.16 6.63 8.08 6.6 12.6 5.0 24.6 8.4 9.7 12.9 13.1 9.7 3.5 12.6 7.1 4.1 5.5 6.9 1410 1550 1550 1550 1710 1550 1540 2100﹡ 2200﹡ 5、研究目的和意义 、 (1) Ti(CN)基金属陶瓷刀具材料的优越性能 由于 Ti(CN)基金属陶瓷刀具与被加工材料之间有较高的 化学稳定性,致使在切削过程中的摩擦减弱,切削刃的温度 降低,从而有效阻止了刀具与工件材料间原子的相互扩散, 抗粘结磨损性能显著提高。 因此,在高速切削条件下, Ti(CN) 基金属陶瓷合金显示出很好的红硬性和优异的抗月牙洼磨 损能力,是钢材高速加工和半精加工较为理想的刀具材料, 其高温强度比 WC-Co 硬质合金高,而韧性又比 Al2O3、Si3N4 陶瓷刀具好,填补了 WC 基硬质合金与 Al2O3、Si3N4 陶瓷在 高速精加工和★-●=•▽半精加工领域之间的空挡。 (2) Ti(CN)基金属陶瓷刀具材料优越的性价比 由于钨资源的过度开发和匮乏,硬质合金的原料成本成 倍上涨,钨精矿从一年期的 2 万/吨,涨到现在的 13 万/吨, 使硬质合金的价格也大幅飙升,不远的将来将面临钨资源的 枯竭。Ti(CN)基金属陶瓷原料成本只有钨钴硬质合金原料的 30~40%,若按片计算只有钨钴硬质合金原料的 15~20%;性 价比优势非常显著。 (3) Ti(CN)基金属陶瓷刀具材料研究的难度 Ti(CN)基金属陶瓷的原料组成比一般硬质合金的成分复 杂,由 Ti(CN)、TiC、Mo2C(Mo) 、WC、(Ta-Ti-W)C、(Ta-Ti)C、 (Ta-Ti)N、Ni、Co 等成分组成,甚至还加入 Cr3C2、VC 等,其 中的固溶体的成分变化大,而这些成分在烧结过程中又发生 复杂的冶金反应和变化,有的还采用不同的烧结气氛,从而 研究的难度大。目前,Ti(CN)基金属陶瓷刀具材料成分、工 艺参数、组织结构和性能关系的研究不全面、不深入、不透 彻。我国对金属陶瓷的研究和商品化生产尚处于起步阶段, 产品性能较低且质量波动很大。 (4) 良好的市场前景 Ti(CN)基金属陶瓷在日本得到了广泛的应用,日本销售的 可转位刀片中,Ti(CN)基金属陶瓷刀具已占其所有刀具材料 市场分额的 30%~40%,并且用量还在逐年递增。尽管如此, Ti(CN)基金属陶瓷的研究工作仍在不断进行,开发高性能的 Ti(CN)基金属陶瓷。在我国金属陶瓷的用量只占切削刀具的 1%;随着世界制造中心向中国转移和我国制造业水平的提 高,数控机床的大量使用和加工精度要求的不断提高,对金 属陶瓷刀具的需求会有一个很大的增加。 (5) 与国外先进水平的差距 Ti(CN)基金属陶瓷的研究和商业化生产以日本最为先 进,以京瓷公司的产品性能最好,最近又推出几个性能更好 的金陶切削牌号,它们的强度达到 2500MPa。因此,我们应 该乘势而上,继续加大科研力量和科研经费投入,使 Ti(CN) 基金属陶瓷切削牌号的性能赶上世界先进水平。

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