年产5000吨低成本高可靠性纳米微晶陶瓷产业化技术可行性研究报告样本.doc

年产5000吨低成本高可靠性纳米微晶陶瓷

产业化技术可行性研究汇报

湖南大学材料科学和工程学院

10月

总论

（一）项目概述

本项目以天然矿物和冶金工业废渣为关键原料，经过材料设计方法，采取高温溶胶－凝胶工艺和原位受控晶化技术，在高性能低成本纳米陶瓷制备技术方面取得了突破，是一项属于中国首创制备纳米陶瓷制品新工艺、新技术，含有很好产业化前景。

用该项技术制备高耐磨纳米微晶陶瓷结构均匀致密，抗弯强度可达300MPa，显微硬度10~12GPa，密度2.7~2.8g/cm3，自磨损率不到氧化铝陶瓷20％，可机加工性和耐腐蚀好，可广泛用作含有高附加值耐磨结构材料，如研磨体、陶瓷轴承、机械密封件、纺织瓷件、管道、阀门等。

为将该项目技术推向产业化，现已投资110万元，在湖南大学建成了一条年产200吨纳米微晶陶瓷中试生产线。该中试生产线工艺步骤及关键设备设计和5000吨产业化生产线基础相同，可同时或单独使用电和液化气两种能源，工艺参数调整范围大，以适应不一样产品对工艺条件需要。现在用该中试生产线已成功制备了多种规格研磨球和耐磨衬片。该技术另一关键特点是：用一套玻璃熔制和微晶化设备可同时制备多个纳米微晶陶瓷制品，产品品种可依市场需求灵活调整，市场应变能力强。纳米微晶陶瓷制品制造成本不到氧化铝陶瓷30％，另外，可利用工业废渣，有利于环境保护和社会经济可连续发展。

建设一条年产5000吨纳米微晶陶瓷生产线，项目总投资需3660万元（含25％技术无形资产），建成后可实现年产值10500万元，年利税3420万元，投资回收期约1.7年（不含建设期）。可生产关键产品为高性能耐磨结构陶瓷系列产品，如研磨体、耐磨衬片、纺织瓷件、阀门芯片、轴承、机械密封件等。

（二）立项意义及必需性

纳米材料因为含有很多独特优异性能而成为现代材料科学研究热点。现在在纳米粉末制备技术方面取得了很大进展，多种纳米粉末已开始工业化生产并取得日益广泛应用。然而，用纳米粉末来制备纳米陶瓷时，因为纳米粉末活性很高，高温烧结时晶粒生长很快，绝大多数情况下取得不是纳米陶瓷，而是亚微米甚至微米陶瓷。只有采取热压、热等静压烧结或小试样快速等温烧结，才可能取得致密烧结块体纳米陶瓷。在这种工艺条件下，一是对烧成设备技术要求很高，二是极难制备复杂形状和大尺寸纳米陶瓷制品。所以，开发一个高性能低成本纳米陶瓷制备新技术，是使纳米陶瓷制品实现产业化并取得广泛应用关键。

本项目所开发纳米陶瓷制品是一个较理想高温自润滑耐磨材料，可在高温、腐蚀、无润滑等恶劣环境下用作耐磨结构材料，如研磨体、陶瓷轴承、机械密封件、纺织瓷件、管道、阀门、耐磨衬板等，对提升传统耐磨结构材料可靠性和技术含量，推进机械制造、化工、轻纺等相关产业技术进步有主动意义。另外，本项目可利用工业废渣来制备纳米陶瓷，是一项集新材料研制、固体废弃物再生利用和环境保护于一体含有显著社会经济效益和推广应用价值课题，对提升冶金工业废渣利用率和附加值，降低其对环境污染压力含相关键意义。

（三）项目标技术特点及水平

本项目利用材料设计理论，采取高温溶胶－凝胶工艺和原位受控晶化技术，以天然矿物和冶金工业废渣为关键原料，先将粗颗粒原料熔制为均质玻璃体，然后从玻璃中原位析出晶相含量达90％以上，晶粒为50~200nm纳米级晶粒。经过大量试验和理论分析，现在已成功地开发了多个纳米微晶陶瓷制品，并能从组成和微晶化工艺方面来有效控制晶相组成、晶粒大小及晶相含量，测试了该材料力学性能和摩擦学性能，卓有成效地开展了很多含有原创性研发工作，技术水平属国际首创，为高性能低成本纳米微晶陶瓷产业化奠定了坚实基础。

本项目开发纳米微晶陶瓷达成以下技术质量指标：

抗压强度：＞1200MPa；

显微硬度：＞10GPa；

体积密度：＞2.7g/cm3

自磨损率：以国产最高质量玻璃微珠作参考物，磨损率小于同规格玻璃微珠50％。

（四）项目实施产业化优势和风险

本项目在国家自然科学基金和湖南省中青年人才基金资助下，开展了较系统和深入基础研究，取得了含有很好产业化前景试验研究结果。在国家高效磨削工程技术研究中心产业化投资基金支持下，已完成了中试研究和部分产品开发，试制产品经投入市场实际应用，用户对其耐磨损和耐腐蚀性能十分满意，达成了预期效果。本项目实施产业化优势在于：

1、采取高温溶胶－凝胶工艺和原位受控晶化技术来制备纳米微晶陶瓷新工艺属国际首创，技术含量高，含有技术优异优势；

2、采取天然矿物和工业废渣为关键原料，廉价易得，含有原材料成本低优势；

3、高温溶胶－凝胶工艺源于玻璃制备工艺，自动化程度高，成熟可靠；而原位受控晶化技术则借鉴了微晶玻璃制备工艺，关键在析晶速度和晶粒大小控制方面取得了突破性结果，是微晶玻璃制备技术提升和进步，所以，采取工艺技术路线含有