制造業的根基在于材料,而高端材料的自主供給能力更是國家科技實力與產業安全的重要標志。盡管我國在先進材料領域已取得顯著進展,但部分關鍵領域仍依賴進口,高端材料“卡脖子”問題突出。陶瓷基復合材料憑借其輕質、高強、耐高溫等特性,成為突破技術封鎖、推動裝備升級的戰略性材料,其應用范圍從航空發動機到航天飛行器,從衛星光機結構到新能源裝備,不斷拓展邊界。
近期,鈦資本投研社邀請長期從事陶瓷基復合材料研究的王震博士進行分享。他自2004年起深耕該領域,2021年創立嘉興睿創新材料有限公司,推動產業化落地。作為國家級科技創業領軍人才,他主持了多項國家及省部級科研項目,發表30余篇學術論文,獲40余項專利授權,并參與制定5項國家標準。其技術成果多次榮獲國家級獎項,包括2017年國家技術發明二等獎等。
材料短板直接影響產業安全。據統計,我國在信息顯示、運載工具等領域的347種關鍵材料中,61種被國外禁運,156種依賴進口。先進陶瓷作為無機非金屬材料的核心分支,通過精確控制化學組成與制備工藝,實現了結構設計與性能優化,廣泛應用于高技術領域。陶瓷基復合材料作為其重要分支,突破了傳統陶瓷脆性大的局限,成為軍民兩用的戰略性材料。
陶瓷基復合材料的制備技術歷經50余年發展,已形成化學氣相滲透(CVI)、有機前驅體浸漬裂解(PIP)、反應熔滲(RMI)等主流工藝。CVI技術通過氣態反應物在高溫下分解形成陶瓷基體,是規模化制備的里程碑;PIP工藝通過有機前驅體轉化實現復雜構件成型;RMI技術則通過熔融流體反應生成高致密度材料。當前,復合工藝成為主流,通過組合優化實現性能、成本與可靠性的平衡。
在航天領域,陶瓷基復合材料主要用于火箭發動機噴管、飛行器熱結構等高溫部件,服役溫度可達3000℃。針對超高溫環境,我國研發的超高溫陶瓷基復合材料(C/UHTCs)通過引入ZrC、HfC等組元,顯著提升耐燒蝕性能。在空間光學遙感領域,中國科學院上海硅酸鹽研究所開發的C/SiC鏡筒構件已應用于高分系列衛星,填補國內空白。嘉興睿創新材料有限公司通過技術轉化,成為國內超大尺寸整體結構陶瓷基復合材料光機構件的唯一供應商。
航空發動機與新能源領域是另一重要應用方向。SiC/SiC復合材料因其輕質、耐高溫特性,成為新一代航空發動機熱端部件的首選材料,可實現結構減重50%-70%,降低燃油消耗約15%。在新能源領域,該材料應用于光伏熱場、核能結構件等場景,滿足極端環境下的長壽命、高穩定性需求。
我國陶瓷基復合材料產業化進程加速,已形成一批具備核心技術與產業化能力的企業。嘉興睿創新材料有限公司圍繞空天領域需求,建成覆蓋預制體設計、熱解碳沉積等完整工藝鏈的生產平臺,掌握全套制備工藝。公司開發的第三代熱防護系統已通過多項試驗驗證,并在可重復使用火箭發射任務中獲得應用。通過承擔國家重大工程配套任務,企業實現了多種規格構件的批量供貨。
盡管取得顯著進展,但陶瓷基復合材料仍面臨成本高、工藝復雜等挑戰。超高溫陶瓷前驅體產率低、制備周期長,導致成本居高不下;多工藝復合增加了質量控制難度;極端環境下的長時服役行為仍需更多試驗驗證。標準化與評價體系尚不完善,制約了產業化推廣。
針對這些挑戰,行業正聚焦低成本化制備技術、結構功能一體化設計等方向。通過開發新型前驅體、優化工藝參數、實現自動化生產,降低材料成本;發揮復合材料可設計性強的優勢,集成承載、防熱、透波等功能;從納米到宏觀尺度統籌設計,提升材料性能。同時,產學研用深度融合成為趨勢,高校、科研院所、企業與用戶協同創新,形成技術共研、成果共享的聯盟機制。
在問答環節,王震博士透露,公司當前在航天遙感領域提供非標定制產品,良率較高但尚未大規模生產。隨著2026至2027年部分產品進入批產階段,相關數據將逐步量化。為提升良率,公司正簡化工藝、優化材料成分,發展低成本制備技術。針對國內外差距,他指出,我國在航空發動機領域仍落后于美國,但在空間遙感領域已實現全球領先,采用連續纖維研制的大尺寸衛星光機構件屬國際首創。未來三到五年,空天遙感與航天動力領域預計增長顯著,商業航天公司的興起將推動市場爆發。













