材料是制造业的基石，更是国家科技自强与产业安全的关键支撑。虽然我国先进材料方面已经得到重要发展，但高端材料仍面临“卡脖子”困境，部分关键领域依赖进口，产业风险突出。陶瓷基复合材料以其“轻、强、韧、耐高温”的卓越特性，成为打破困局、推动装备升级的战略性材料。从航空发动机热端部件到航天飞行器热防护系统，从卫星光机结构到新能源装备，其应用正不断突破极限、拓展边界。 近期钛资本投研社邀请王震博士进行分享，他是上海市青年岗位能手、上海市青年拔尖人才、浙江省科技创新领军人才、国家级科技创业领军人才。自2004年以来长期从事陶瓷基复合材料研究，2021年创立嘉兴睿创新材料有限公司开展陶瓷基复合材料产业化工作。作为项目负责人/课题负责人主持担国家重点研发计划、国家重大工程配套项目、上海市军民融合专项、浙江省领军团队项目等国家及省部级科研项目。在国内外权威学术期刊发表论文30 余篇，获授权专利40余项，参与制定国家标准5项。相关技术成果荣获 2017 年国家技术发明二等奖、2016年建筑材料科学奖（技术发明类）一等奖、2023年建筑材料科学技术奖（基础研究类）二等奖。 材料作为制造业的基石，对国家科技发展与产业安全具有至关重要的影响。习近平总书记早在2016年全国科技创新大会上就指出：“材料是制造业的基础，目前我国在先进高端材料研发和生产方面差距甚大，关键高端材料远未实现自主供给。”这一论述深刻揭示了我国在高端材料领域面临的严峻现实。据统计，在对信息显示、运载工具、能源动力、高档数控机床和机器人等领域的347种关键材料进行调查分析后发现，其中61种被国外禁运，156种依赖进口，新材料已成为我国“短板中的短板”，对产业安全与高技术发展构成重大风险。我国虽是材料大国，却远非材料强国。 在这一背景下，先进陶瓷作为现代材料三大支柱之一——无机非金属材料的重要组成部分，展现出不可替代的战略价值。先进陶瓷区别于传统日用陶瓷，其采用高度精选或合成的原料，具有精确控制的化学组成，并通过可控的制备技术实现结构设计与性能优化，具备轻质、高强、耐高温、耐腐蚀等优异特性，广泛应用于航空航天、交通运输、新能源、电子信息等高技术领域。 陶瓷基复合材料作为先进陶瓷的重要分支，继承了传统陶瓷硬度高、耐高温、抗氧化、耐腐蚀等优点，同时突破了传统陶瓷脆性大、易断裂的不足，实现了“敲不碎、摔不碎”的高可靠性，被誉为“摔不碎的陶瓷”。其微结构可针对纤维增强体、界面、基体和涂层四个维度进行精准调控，是一种典型的军民两用战略性新兴材料和工程材料，在航空航天、现代交通、新能源等领域具有迫切的应用需求和广阔的发展前景。 陶瓷基复合材料的发展始于20世纪70年代，历经50余年的研究，已成为世界各国竞相发展的战略性尖端材料。其制备过程的实质是通过一系列技术手段，实现陶瓷组分对纤维预制体中存在的束间孔隙和束内孔隙的填充，从而获得高致密、高性能的复合材料。 目前，陶瓷基复合材料的主要制备工艺包括化学气相渗透（CVI）、有机前驱体浸渍裂解（PIP）、反应熔渗（RMI）等，在实际生产中常采用多种工艺复合的方式，以发挥各自优势，实现材料性能的最优化。 化学气相渗透（CVI）工艺是陶瓷基复合材料规模化制备的里程碑技术。该工艺通过气态反应物在高温下分解，并以纤维表面为生长点原位形成陶瓷基体，逐步填充复合材料中的孔隙。20世纪80年代CVI技术的突破，使陶瓷基复合材料的批量化生产和应用成为可能。近年来，通过在纤维表面原位生长大长径比纳米增强相，可有效分割孔隙、增加生长附着点，可进一步提高致密化效率和提升材料性能。CVI工艺是陶瓷基复合材料制备过程中的一种最基本技术，纤维增强体表面的热结合界面层通常由CVI工艺制备。 有机前驱体浸渍裂解（PIP）工艺通过有机前驱体多次浸渍、裂解转化为陶瓷产物，形成类似层状结构的基体。该工艺适用于复杂构件的成型，且可通过前驱体分子设计调控基体组成与结构。近年来，新型PIP工艺在降低孔隙率、改善纤维与基体界面结合方面取得显著进展，制备出的复合材料孔隙率明显下降，纤维拔出长度更短、表面粗糙度更高，体现出更好的整体性能。 反应熔渗（RMI）工艺通过在高温下向复合材料预成型体中引入熔融流体，使其与碳基体反应生成SiC等陶瓷相。该工艺过程无气态产物产生，易获得高致密度材料，且游离硅含量可通过预制体微观结构调控进行控制。然而，该工艺需特别注意纤维预制体的保护，避免作为材料骨架的纤维被侵蚀，以确保材料的力学承载能力和非脆性断裂行为。RMI技术常被誉为一种高效低成本陶瓷基复合材料制备技术，在面向碳陶刹车盘等承载能力要求相对较低的领域RMI工艺确实是一种高效低成本制备技术，但在高性能工程材料及构件研制方面，RMI工艺更多的作为对其他制备工艺的有效补充，强化所制备材料特定方面的性能，是获得高性能材料及构件必不可少的一种手段。 总体而言，陶瓷基复合材料的制备技术并无绝对的优劣之分，关键在于根据不同应用需求，综合运用多种工艺，扬长避短，实现材料性能、成本与可靠性的最佳平衡。当前，复合工艺已成为主流发展方向，通过CVI、PIP、RMI等工艺的组合与优化，推动了陶瓷基复合材料从实验室走向工程化应用。 陶瓷基复合材料凭借其优异的综合性能，已在航空航天、国防军工、新能源等多个高技术领域实现重要应用，并持续向更广阔的场景拓展。 在航天热结构件领域，陶瓷基复合材料主要用于火箭发动机喷管、飞行器热结构、超燃冲压发动机等高温部件。这些部件面临严峻的气动热与燃气烧蚀环境，服役温度通常介于1000℃~2500℃，未来甚至将面临3000℃环境应用挑战。陶瓷基复合材料凭借其轻质、高温强度大、抗氧化与耐烧蚀等特性成为理想的选择。 针对更高温度环境（如1650℃以上SiC易发生主动氧化）的挑战，超高温陶瓷基复合材料（C/UHTCs）应运而生。该类材料通过引入ZrC、HfC、ZrB?、HfB?等超高温陶瓷组元，在服役过程中形成高熔点氧化物保护层，显著提升材料的耐超高温与耐烧蚀性能。我国在该领域起步较早，中国科学院上海硅酸盐研究所自2004年即开展C/UHTCs研究，相关成果于2008年在《美国陶瓷学会杂志》发表，引起国际广泛关注。目前，基于超高温陶瓷前驱体的浸渍裂解工艺已成为研制工程样件的主要手段，典型构件已通过2000℃以上高温燃气环境及2800℃高频等离子风洞考核，满足极端环境热防护系统的设计要求。 在空间光学遥感领域，陶瓷基复合材料光机构件承担着为光学组件提供安装界面、维持光机稳定性的关键功能。其结构稳定性直接决定相机的成像质量与在轨寿命。典型构件包括镜筒、主承力框架、次镜支架、反射镜背板、焦面基座等，共同构成空间遥感相机的主体结构。 我国在此领域取得突出成就，中国科学院上海硅酸盐研究所开发的整体结构C/SiC镜筒构件已成功应用于高分二号、高分七号等数十颗卫星，填补了国内陶瓷基复合材料在空间遥感领域的应用空白，有力支撑了国家高分专项的实施，相关成果“大型高稳定轻量化C/SiC整体结构成套制备技术及空间遥感应用”荣获2017年国家技术发明二等奖。相关技术成果秉承了董绍明院士提出的整体结构陶瓷基复合材料构件技术理念，在构件纤维预制体阶段通过纤维布层搭接的方式，实现了复杂构件的一体化整体成型。由于构件中纤维增强体处于连续态，可保证构件中不同区域载荷的快速传递，提升构件的承载可靠性。就跟以前绿皮车时代的铁轨可通过螺栓连接的方式铁轨安装，而到了冲击条件更为苛刻的高铁时代钢轨的安装采用了无缝连接，从而可承受更高的冲击载荷，具有更高的可靠性。 在此领域，嘉兴睿创新材料有限公司通过转化大型高稳定轻量化C/SiC整体结构成套制备技术及空间遥感应用技术成果，研发的超轻型C/SiC镜筒已应用于北京三号C星座及东方慧眼高分01星等5颗卫星；并通过二次技术开发，成为了国内超大尺寸整体结构陶瓷基复合材料光机构件的唯一供应商。预计2025–2026年C/SiC光机构件将实现批次化在轨应用，“十五五”期间将为多个卫星星座提供配套，展现出强大的产业化潜力。 在航空发动机领域，陶瓷基复合材料主要用于热端部件，如燃烧室、涡轮外环、导向叶片等，要求材料具备轻质、耐高温、抗疲劳、长时抗氧化等特性。SiC/SiC及SiC/Si(B)C复合材料在此表现出显著优势，其使用温度可达1650℃以上，且抗氧化性能优异，有望推动航空发动机向更高推重比、更低油耗方向发展。 SiC/SiC复合材料通过引入BN基界面层，利用碳化硅的抗氧化性能和含硼材料的自愈合性能，可实现高温环境的长寿命应用。其密度不到3 g/cm?，可实现结构减重50%–70%；耐温能力超过1300℃，比传统高温合金提升150℃以上；用于航空发动机燃烧室可提升燃烧温度与效率，降低燃油消耗约15%，减少NOx排放。研究表明，SiC/SiC复合材料已可替代镍基合金用于中低压涡轮及部分高压涡轮部件，被视为新一代航空发动机热端部件的首选材料。 在新能源领域，陶瓷基复合材料应用于光伏热场、核能结构件等场景。其耐高温、耐腐蚀、低膨胀的特性契合了能源装备对材料在极端环境下长寿命、高稳定性的要求。 随着陶瓷基复合材料在关键领域应用的不断深入，其产业化进程日益加速。我国已形成一批具有核心技术与产业化能力的公司与科研平台，推动陶瓷基复合材料从“实验室材料”走向“工程化材料”。 嘉兴睿创新材料有限公司（其全资子公司浙江航引新材料科技有限公司）是其中的代表公司。二者均入选国家高新技术公司与浙江省“专精特新”中小公司，具备面向航天等特种领域配套的全套资质。公司围绕空天领域迫切需求，开展陶瓷基复合材料制品及周边产物的研发与批量化制造，注重定制化与项目一体化解决方案，为客户提供从材料设计、工艺开发到批量制造的全流程服务。 在制备平台方面，已建成涵盖预制体设计与制备、热解碳沉积、CVI-SiC、PIP、CVD-SiC、CVD-HfC、复合材料构件加工与检测等完整工艺链的自主研制生产平台。通过掌握CVI、PIP、RMI等全套制备工艺，并结合多工艺复合技术，实现了制备过程的扬长避短与降本增效。 公司提出“让陶瓷基复合材料用得起、用得好、用得放心、放心地用”的产业化目标，致力于推动材料成本的下降与可靠性的提升。目前已开发出面向可重复使用火箭的集轻质防隔热功能于一体的第三代热防护系统，并通过了静热、热振（20次循环）、冲击及耐候性等系列试验验证，并在某可重复使用火箭发射任务中获得搭载应用。 此外，通过承担国家重大工程配套任务，公司已实现多种规格陶瓷基复合材料构件的批量供货，夯实了产业化基础。未来，公司将继续顺应国家政策与时代发展趋势，强化颠覆性低成本制备技术研发，进一步巩固在高端复合材料领域的竞争优势。 成本高企：尤其是超高温陶瓷前驱体产率低、制备周期长，导致改性陶瓷基复合材料成本居高不下，制约其在民用领域的推广。 未来，陶瓷基复合材料将继续作为支撑航空航天、国防军工、新能源等高端装备发展的关键材料，向着“更轻、更强、更耐高温、更可靠、更经济”的方向持续演进。通过技术创新与产业协同，我国有望在陶瓷基复合材料领域实现从跟跑到并跑乃至领跑的转变，为制造强国与科技强国建设提供坚实的材料基石。 A：公司当前在航天遥感领域主要提供非标定制产物，尚未实现大规模生产，因此良率虽较高但难以精确统计。随着2026至2027年部分产物进入批产阶段，相关数据将逐步可量化。他强调，为提升生产良率、推动产业化，公司正转变研发思路：从以往研究过程“做加法”——通过引入新工艺、新组分满足特定需求，转向产业化过程“做减法”——着力简化工艺、优化材料成分，使生产流程更稳定、更高效。这一策略核心是发展低成本制备技术，旨在缩短周期、降低成本，最终实现陶瓷基复合材料“用得起、用得好”的产业化目标。 A：我国在陶瓷基复合材料领域与国外存在一定差距，尤其在航空发动机方面。例如，美国GE公司已将该材料成熟应用于C919等民用客机，而我国仍处于攻关阶段。在航天领域，尽管因制度原因披露有限，但从技术发展看我国并不落后。然而，在规模化生产与产业化能力上，我国仍有提升空间。值得注意的是，在空间遥感领域，我国已实现全球领先——采用连续纤维研制的大尺寸卫星光机构件属国际首创，而国外公开报道的最大尺寸仅为200毫米量级。这标志着我国在该特定应用方向上形成了独特优势。 Q3：陶瓷基的复合材料，听你讲了有了很多的这样的一些应用，那如果说让你去排个顺序的话，在未来的三到五年里面，哪些领域里边就是由高到低的话，能给出来三到五个这样的领域吗？ A:未来几年陶瓷基复合材料在多个领域将迎来市场爆发。空天遥感与航天动力领域预计增长显著，尤其随着国内外众多商业航天公司（包括火箭、发动机及热防护系统研制公司）的兴起。同时，体制内单位正逐步转向商业化运作模式，例如传统航天院所转化为商业火箭、商业卫星公司，进一步推动了行业市场化进程。尽管具体应用领域因制度原因不便详述，但“十五五”期间该材料市场将实现重大突破，产业生态在体制机构转型与初创公司创新的双重驱动下正迅速形成。
