高性能结构陶瓷项目可行性研究报告.doc
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1、高性能结构陶瓷项目可行性研究报告一、 概述1、项目提出的依据和背景 高性能结构材料是支撑航空航天、交通运输、电子信息、能源动力以及国家重大基础工程建设等领域的重要物质基础,是目前国际上竞争最激烈的高技术新材料领域之一,其进步不仅对国家支柱产业的发展和国家安全的保障起着关键性的作用,而且还可影响和带动一大批基础材料和传统产业的升级改造;其主要发展方向是轻质、高强高韧、耐高温、耐腐蚀、耐磨损、低成本、结构功能一体化。本项目产品高性能结构陶瓷,是一种以稳定性氧化锆为主原料的高性能结构材料,具有高的断裂韧性、强度、硬度和耐磨性等特点,显示出优良的机械性能和塑性,被誉为21世纪最有发展前景的新型高性能结
2、构材料。本项目充分利用我司已有技术优势和资源优势,发展具有自主知识产权的高性能结构材料及其先进制备、成形与加工技术,为我司产业的跨越式发展、改造升级创造条件。2、国内外同类项目的应用情况高性能结构陶瓷具有多种优良特性,其应用和发展正引起各国,尤其是发达国家的高度重视,成为十分活跃的研究课题和投资热点,如日、美等国均投人了可观的经费,开展了大量的课题研究和产业化工作,取得了较好成果,走在该领域的前沿;国内对此也非常重视,将其列为国家863计划、“十五”科技攻关引导计划的重点支持对象;上海硅酸盐研究所、清华大学精细陶瓷和功能陶瓷研究所及山东大学功能陶瓷实验室等,近年开展了相关课题的研究,取得了一定
3、的成绩。3、项目的主要内容(包括项目主要的创新内容、技术水平指标介绍及主要用途与应用范围)3.1项目的主要内容本项目采用公司自己生产的氧化锆进行稳定性氧化锆粉体和结构陶瓷产品生产的工艺研究。氧化锆有三种晶型:单斜、四方、立方。纯的氧化锆在常温下属单斜晶型,当加热到一定温度(约1150)时,向四方晶型转变,继续加温(约2370)转变成立方晶型。在降温的过程中,发生立方晶型转变成四方晶型再转变成单斜晶型的相变。相变过程中,由于晶型的晶格参数不一样,导致体积发生相应变化,破坏氧化锆的烧制品。通过添加稳定剂,可使晶型稳定在立方或四方晶型,获得稳定性氧化锆。稳定性氧化锆根据添加稳定剂的不同,分为钇稳定氧
4、化锆、铈稳定氧化锆、镁稳定氧化锆、钙稳定氧化锆等,其中最常用的是钇稳定氧化锆;根据稳定晶型的不同,可分为部分稳定氧化锆(稳定四方晶型)和全稳定氧化锆(稳定立方晶型)。对于钇稳定氧化锆来说,部分稳定氧化锆为含钇3mol%,全稳定氧化锆为含钇8mol%。主要用于结构陶瓷、电子陶瓷、敏感陶瓷、生物陶瓷、高级耐火材料、机械部件、切削工具、表壳、光纤接头、固体燃料电池等。本项目生产的高性能结构陶瓷,主要用钇3mol%的部分稳定氧化锆,经成形、烧结、整形等加工而成球形或柱形的研磨介质,属增韧陶瓷。3.2项目的技术创新性目前制备高性能结构陶瓷的方法有干压、等静压、挤出法、原位注射法等工艺。应用较多的是干压和
5、等静压工艺,原位注射法仍处于研发阶段;国内外多采用单一工艺路线,存在优点发挥不充分,缺点难以克服等问题。本项目的创新处在于,采用干压等静压联合工艺,能进行优势互补,取长补短,提高产品质量,降低生产成本。3.3产品的主要用途和应用范围高性能结构陶瓷可广泛用于球磨、振动磨、行星磨和搅拌磨等磨机中的研磨介质,磨损率极小,不沾污物料,使用寿命长,研磨效率高,综合运行成本低。用其研磨电子结构陶瓷浆料,因浆料细度的提高和介质含量的减少,降低了瓷片的烧成温度,可提高产品质量;用其介代替钢球研磨硅酸锆微粉,可省去酸洗工序,减少对环境的污染,提高产品质量。用其代替氧化铝球研磨硅酸锆微粉,因氧化铝球的磨损量为氧化
6、锆结构陶瓷磨介的1520倍,可降低硅酸锆微粉的研磨成本及杂质的带入,提高产品质量。应用范围:高强度、高韧性产品、磁性材料、压电结构陶瓷、介电结构陶瓷;防止医药、食品、化妆品等污染;耐磨损、耐腐蚀产品,如涂料、纺织、颜料、印染产品;结构陶瓷:如电子结构陶瓷、耐火结构陶瓷、结构陶瓷等。二、申报单位概况1、申报单位基本情况我公司成立于1988年,前身是安义化工厂,是一家集科研、开发、生产新材料和新能源为一体的高新技术股份制企业,占地面积270多亩。现有氧氯化锆等锆系列、球形氢氧化镍等系列电池材料、氢镍电池三大类十几个品种的产品,其中氧氯化锆、氧化锆、碳酸锆、硫酸锆、球形氢氧化镍、镍氢电池等品种已经规
7、模化生产,年产值2.6亿元,利税2000多万元;年创汇近1000 万美元。2000年12月“江西省股份制改革和股票发行联审小组”批准为“江西晶安高科技股份有限公司”;已列入江西省人民政府、南昌市人民政府重点扶持上市单位。十多年来,公司先后获得“国家级火炬计划重点高新技术企业”、“江西省优秀高新技术企业”、“江西省企业100强”、南昌市“青年科技创新示范基地”、“科技示范企业”、“出口创汇十强”、“特级纳税信誉单位”、“安义环保先进单位”等荣誉称号;取得了国家经贸委、外经贸委自营进出口权,是同行业的龙头企业,连续多年被南昌市工商银行评为AAA级信誉单位。法定地址:南昌市安义县万埠镇八宝路37号;
8、注册时间:2001年3月(1988年成立,1997年改制为有限责任公司,2000年12月被批准为股份有限公司);注册资金:3600万元;注册类型:股份有限公司;主管部门:江西有色地质勘查局。2、单位人员开发能力论述2.1法定代表人的基本情况刘新国,男,1963出生,大学本科,中共党员,江西晶安高科技股份有限公司董事长。2.2 主要负责人及项目负责人基本情况 公司总经理罗方承,本项目负责人,1968年出生,湖南浏阳人,博士研究生,教授级高工。1989年7月毕业于中南工业大学,分配到江西晶体公司安义化工厂,历任技术负责人、厂长助理、副厂长、厂长、副总经理,总工程师,1998年起任公司董事、总经理兼
9、研究院院长至今;主要从事锆系列化合物、球形氢氧化镍电池材料、二次充电电池产品的研究和产业化推广工作,具有很强的创新意识和开拓能力。十多年来,他发扬艰苦奋斗的创业精神,在技术和管理工作中敢于开拓、勇于创新,经过努力,使一个名不见经传、年产值不足200万元的小厂在数年中成为锆材料生产的龙头企业,年产值超过2亿元;公司三大类产品的生产规模和销售量在国内同行中占有较大份额,前两类处于前三名的地位;主持完成了三次体制改革,研发了六项国家级重点新产品、五项省级重点新产品;主持承担原国家经贸委、国家有色金属工业局、科技部及江西省重点科研专题项目10多项,参与国家和湖南省自然科技基金资助的科研项目二项;在国际
10、、国内学术会议、期刊上发表论文二十余篇,出版专著四部;享受国务院政府特殊津贴,获第五届中国青年科技创新奖、江西省十大杰出青年、江西省五一劳动奖、五四青年奖、江铃青年科技奖,2001年被列为江西省主要学科学术和技术带头人培养计划,2004年被评为江西省首届杰出青年科学家,兼任全国稀有金属冶金学会委员会委员、钛锆铪专业委员会副主任委员、化工进展编委会委员、中国青年企业家协会理事、江西省高新技术产业协会理事、江西省稀土学会、金属学会理事。2.3企业人员情况 公司现有职工398人,其中,博士生1人,硕士生6人,高级职称12人,中级职称39人,大中专以上毕业生158人;中层以上管理人员36 人,销售人员
11、45人,企业员工包括管理人员,年龄最大的不到45岁,最小的刚20出头;大部分在30岁左右,具有较强的开拓能力、创新意识和较高的敬业精神。2.4科技力量、资金投入与新品开发能力本公司拥有一支52人组成的专门从事锆材料和电池材料研究工作的研究院,包括1名博士、3名硕士及近30名中高级技术人员在内,开拓能力及创新意识较好。多年来,在总经理罗方承的带领下,开发出以氧氯化锆、碳酸锆等锆系列化合物为主体,球形氢氧化镍电池材料、氢镍电池为两翼的三大类高新技术产品十多个;开发了多项国家级和省级重点新产品,积累了丰富的新产品开发经验,每年均能开发23个新产品,并创造条件迅速产业化;2004年被批准为国家高技术发
12、展(863)计划成果产业化基地,产业化能力得到科技部的认可。技术人员由此得到很好锻炼并成长,罗方承同志本人亦成长为江西省主要学科学术和技术带头人。公司每年均投入大量资金开展课题研究及新产品开发,超过销售收入的5%;2004年为1079万元,达6.0%,为科研工作的顺利进行提供了资金、物资和人力资源保障。3、企业财务状况2004年实现产值2.3亿元,销售收入1.798亿元,完成利润1532万元,上缴税收1450万元;总资产14387万元、总负债7053万元、固定资产总额5958万元、流动比率1.42、速动比率1.09、总资产报酬率16.61%,资产负债率49.02%。4、企业管理情况本公司是一家
13、高新技术股份制企业,产权明晰。自1997年建立了一套目标责任管理体系以来,经过多年的积累和完善,已经形成以公司总目标为核心,分解落实四个层次300多项管理目标,并且责任明确、权利清晰、高效的激励与约束管理机制,该套管理体制已经获得中国有色金属学会管理成果三等奖,同时公司于1999年通过了ISO9000质量管理体系认证,2003年又通过了ISO14001环境管理体系认证,使公司质量管理和环境管理更加严谨、规范、有效。5、企业发展思路目前已形成以锆材料和能源新材料两个系列为主的产业格局,作为国内锆材料生产的龙头企业,将进一步把做大产业、做强企业、做精主业为总目标,以发展高新技术产业为主方向,特别是
14、高性能结构材料、高技术含量、高附加值产品的开发及产业化工作。从今年起,将重点抓好高性能结构陶瓷、年产1000吨核级海绵锆及锆系列产品产业化及MH-Ni动力电池用新型正极材料产业化等项目建设,力争在今后5-10年内,利用我国自有技术的优势和强大的成本优势,将锆系列产品规模扩大到产值约30亿元/年,利税5-6亿元/年的目标,占领全球20-30%的市场份额,成为全球一流的锆材料专业生产厂家,将电池材料产品生产规模扩大到6亿元以上的规模,为我国高新技术材料的发展作出应有的贡献。三、项目技术可行性分析1、项目的技术创新性论述1.1项目的主要技术内容及基础原理本项目的主要内容是研究用氧化锆产品进行稳定性氧
15、化锆粉体及高性能结构陶瓷的生产;稳定性氧化锆粉体是在氧化锆生产过程中加入能起稳定作用的离子,使氧化锆不再发生相变;用高性能结构陶瓷制备的研磨介质,其增韧原理是应力诱导增韧和微裂纹增韧。应力诱导增韧是在受到外力的作用下,部分四方晶型转变为单斜晶型,从而消弱应力。此相变的过程属马氏体相变,是可逆的,外力消失,又由单斜晶型转变为四方晶型。微裂纹增韧是当产生一个大裂纹时,四方晶型转变为单斜晶型,并将裂纹化解成许多散开微裂纹,从而阻碍大裂纹扩展。1.2项目的创新点本项目吸取了国内外通常采用的干压、等静压、挤出法工艺技术的优点,创造性地提出联合工艺,采取干压等静压工艺联用,有机地吸取了干压工艺设备简单,产
16、品成形度好,压制不易变形及等静压工艺压制时各个方向受力均匀,能较好的解决毛坯密度分布不均匀问题,降低产品烧结温度,提高产品烧结密度和质量等优点,克服了干压工艺压制时易因受力不均而引起毛坯密度分布不一,使烧结后的产品达不到较高的烧结密度和质量要求及等静压工艺压制时因使用的橡胶磨具易变形而使产品成形度较差,需要较繁琐的后续加工等缺点,提高了产品质量,降低了生产成本。技术创新处是,采用联合工艺解决产品成形度差,毛坯密度分布不均匀,烧结密度低等问题;不需后续加工或只需很少的后续加工,大幅度降低了生产成本。1.3工艺路线稳定性氧化锆粉生产工艺流程图ZrOCl28H2O,Y2O3 溶 解(ZrO2、Y2O
17、3) 过 滤中和沉淀(PH)压 滤 洗 涤 烘 干(H2O) 煅 烧(BET) 球 磨(粒度) 造 粒(松、H2O)造粒粉 结构陶瓷磨介生产工艺流程图真空包装橡胶模干压成型(装粉量) 等 静 压 烧 结(、吸红) 整 形 去 环 抛 光 着 色 挑 选(吸红、色泽) 等静压生坯加工(尺寸)烧 结(、吸红)机 加 工(尺寸)结构件(成品检测)结构件(成品检测 )磨介配 料(可见杂物)造 粒 粉1.3项目产品的主要技术指标稳定性氧化锆粉技术指标见表3-1表3-1项 目指 标OZ-3YAGOZ-3YG1二氧化锆(ZrO2)和二氧化铪(HfO2)合量,% 94.1594.152氧化钇(Y2O3)含量,
18、% 5.250.255.250.253氧化铝(Al2O3)含量,% 0.230.020.014氧化铁(Fe2O3)含量,% 0.010.0055二氧化硅(SiO2)含量,% 0.0200.0206二氧化钛(TiO2)含量,% 0.010.017氧化钠(Na2O)含量,% 0.010.018氯化物(以Cl计)含量,% 0.030.039灼烧减量,% 1.01.010松装密度,g/cm3 1.01.011比表面积,m2/g10,20,3010,20,3012中位粒径,m1.50.51.50.5注:氧化钇(Y2O3)含量,氧化铝(Al2O3)含量,比表面积,中位粒径可根据客户要求控制。高性能结构陶瓷
19、磨介技术指标 物理性能应符合表3-2要求:表3-2规格型号物理性能指标磨耗率106/hrs,密度g/cm3,形状色泽乳白色或乳黄色TZP优等球形S316.00圆滑无棱,无裂纹均一,无杂色S5S1216.00圆滑无棱,无裂纹均一,无杂色S15106.00圆滑无棱,无裂纹均一,无杂色柱 形106.00圆滑无棱,无裂纹均一,无杂色合格球形S3105.95无裂纹允许杂色S5S12105.95无裂纹允许杂色S15605.95无裂纹允许杂色柱 形605.95无裂纹允许杂色222磨介尺寸公差见表3-3表3-3产 品 规 格尺 寸 公 差,mm球形磨介(直径)S10.2S20.3S30.4S50.3S70.4
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