2023年全球與中國陶瓷型芯、特種陶瓷行業產業鏈發展格局研究預測及市場規模競爭戰略預測咨詢

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（1）陶瓷型芯產業鏈分析：陶瓷型芯產業的上游是石英等原材料供應商，下游為熔模鑄造企業，其產品主要用于航空發動機、燃氣輪機的生產制造。

目前，陶瓷型芯產品的主要應用領域為航空發動機和燃氣輪機空心部件的研發與生產，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生產，以實現其復雜異型空腔結構。

（2）熔模鑄造行業概述：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。熔模鑄造形成的產品精密、復雜，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，采用常規的涂料涂掛、撒砂等傳統生產工藝無法實現復雜狹窄的鑄件內腔。航空發動機、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、組織結構和性能直接影響飛機和發動機的性能、結構重量系數、壽命和制造成本等各種重要指標。因此熔模鑄造技術是先進航空裝備和民用航空產品向輕量化、精確化、長壽命、低成本方向發展的重要技術基礎。

20世紀40年代熔模鑄造開始用于工業生產，廣泛應用于航空、軍工、化工、能源、交通運輸等行業。熔模鑄造有如下優勢：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，并可鑄造各種結構復雜的鑄件。尤其是20世紀70年代末，熱等靜壓（HIP）技術被廣泛應用于鑄件的后處理，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性能及穩定性。2018年全球熔模鑄造產業總產值142億美元，中國占全球熔模鑄造行業產值月30億元。全球熔模鑄造產業中，支撐其增長率的主要行業為航空產業。

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劃指導可行性預測報告（2023版）》

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

按化學成分，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，特種陶瓷可分為結構陶瓷和功能陶瓷兩大類。結構陶瓷主要基于材料的力學和結構用途，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、熱敏性和光學特性等特點，主要包括絕緣和介質陶瓷、鐵電陶瓷、壓電陶瓷、半導體及其敏感陶瓷等。

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展，20世紀70年代以來國內諸多高校和科研院所開始重視特種陶瓷材料研究，我國特種陶瓷產業快速發展，精密小尺寸產品、大尺寸陶瓷器件的成型、燒成技術、低成本規模化制備技術、陶瓷加工系統等領域不斷取得創新性成果。

（4）陶瓷型芯行業發展情況：

1、技術發展歷程及趨勢：

①陶瓷型芯技術發展歷程：提高渦輪燃氣溫度一直是航空發動機、燃氣輪機研究的重點。現階段，提高渦輪燃氣溫度主要通過三種手段：一是開發新的高溫合金材料，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構，提高葉片的冷卻效率。

渦輪葉片的制造過程中，傳統的鍛造、機加等手段不能成形復雜的葉片內腔形狀，只能采用熔模鑄造工藝生產。熔模鑄造中，形成空心鑄件內腔形狀的陶瓷型芯，其性能和質量對鑄件生產的質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。經有關研究院所、高等院校和企業的共同努力，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動機的需要。進入21世紀以來，盡管研制陶瓷型芯的單位數量有所增加，但產品品類齊全、具備量產能力、穩定供應的陶瓷型芯生產企業相對較少。

陶瓷型芯經過多年發展，產品種類不斷豐富，行業內一般按化學組成、成型方法等的不同進行區分。

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高溫熔融、快速冷卻而形成的無定形物質。石英玻璃具有各向同性、高粘度、熱膨脹系數小等特征，長期以來一直是國內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，部分石英玻璃會發生相變，析出方石英晶體。由于晶體比玻璃體的蠕變小幾個數量級，所以當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導致的內應力會使陶瓷型芯中出現網狀裂紋，從而降低陶瓷型芯的強度。因此，方石英的析出規律及其對陶瓷型芯性能的影響是硅基陶瓷型芯的技術難點，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的關鍵。

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用于生產單晶葉片，在鋁基陶瓷型芯的研究和應用方面世界領先。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、較高的化學穩定性、優異的耐高溫性能，且在焙燒和使用過程中無晶型轉變，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穩定性的要求更高。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及使用過程中的兩大技術難點。

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略可行性評估預測報告（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。目前國內外仍以熱壓注陶瓷型芯為主。

②陶瓷型芯技術發展趨勢：隨著現代熔模鑄造朝著“優質、精密、大型、薄壁、無余量”方向的發展，對陶瓷型芯的性能及工程可靠性提出了新的需求，陶瓷型芯制備技術的發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展，渦輪葉片由等軸晶向定向凝固柱晶及單晶的發展，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）形狀結構復雜化、精細化：渦輪葉片氣冷結構由傳統的對流、回流、氣膜冷卻向發散冷卻、層板冷卻方式的改進，要求陶瓷型芯的形狀及結構更加復雜精細。

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

4）材料復合化：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合，不同材質陶瓷型芯件之間的復合，已成為發展趨勢之一。

（2）市場現狀與發展趨勢：目前陶瓷型芯的主要應用領域為航空發動機和燃氣輪機的渦輪葉片制造。隨著發動機對推重比等性能指標要求的持續提升，渦輪溫度不斷增加，導致渦輪葉片的空心氣冷結構日趨復雜精密。在我國國防預算不斷提升、軍用飛機升級換代需求迫切和訓練量不斷加大的背景下，軍用航空發動機市場呈現穩步增長態勢，新戰機的大量裝備部隊，以及新發動機的不斷定型、量產，為陶瓷型芯行業市場規模的穩定增長態勢奠定了堅實的基礎。隨著國產C919、C929、ARJ21等商用飛機研發試制進度的不斷推進，對CJ-500、CJ-1000、CJ-2000等長江系列國產商用航空發動機的研發量產進度提出了明確要求，相關發動機型號定型量產交付，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及更新換代需求，以及“雙碳”背景下預期燃氣發電占比持續提升，將明顯促進軍用及民用市場對各功率級別國產燃氣輪機的需求，進而為陶瓷型芯行業發展和市場規模增長提供新的增長點。此外，其他熔模鑄造領域的發展，也將帶動陶瓷型芯產業的發展。

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