浅析高性能碳化物先进陶瓷材料专利布局

国家知识产权局专利分析普及推广项目高性能碳化物先进陶瓷材料课题组

高性能碳化物先进陶瓷材料发展顺应了《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》的核心要求，广泛应用于飞机刹车片、反射镜、吸波材料、防弹装甲、核燃料、机械密封件、轴承等。我国对高性能碳化物陶瓷材料的研究虽已取得一定进展，但因其生产工艺和烧成环境十分苛刻，对生产装备、加工技术要求较高，导致我国尚未能实现大规模生产，绝大多数产品仍停留在实验室阶段。国家知识产权局专利分析普及推广项目高性能碳化物先进陶瓷材料课题组站位专利视角进行了系统且全面的技术挖掘分析，希望能为行业提供一定参考。

申请分布情况

截至2019年6月30日，全球范围内提交的高性能碳化物先进陶瓷材料专利申请总量为4.9815万件，其中在华申请量为8011件，占比16.08%。美国、日本、德国在该领域的研究起步较早，我国起步较晚，但近年来提交的专利申请量增长迅速，已实现反超位居首位。（如图1）在全球高性能碳化物先进陶瓷材料专利申请量排名前二十的申请人中，日本企业占据8席，美国企业有4席，法国企业有2席。从平均被引次数和活跃度来看，排名前五的企业分别是日本碍子、日本揖斐电、美国通用电气、法国圣戈班和日本三菱。

1.美国通用电气公司

美国通用电气公司提交的高性能碳化物先进陶瓷材料专利总量为877件。1974年之前，该公司在这一领域的专利申请不足10件，主要专利布局在美国本土。随着通用电气公司逐渐在全球24个国家建立起113家分厂，专利布局转战欧洲和亚洲，欧洲、美国和日本成为当前通用电气公司主要的专利布局市场。

从技术构成来看，通用电气公司高性能碳化物先进陶瓷材料技术主要集中在燃气涡轮机部件、涂层，其中燃气涡轮发动机用碳化物复合材料是通用电气公司近年的研究重点。

2.日本碍子公司

日本碍子公司提交的高性能碳化物先进陶瓷材料专利申请总量为1399件，在华专利申请仅62件，专利布局主要集中在日本本土、美国和欧洲市场。

从技术构成来看，日本碍子公司高性能碳化物先进陶瓷材料技术主要集中在汽车尾气净化催化剂载体和产业工程产品及装置技术上。

3.中国科学院上海硅酸盐研究所

中国科学院上海硅酸盐研究所提交的高性能碳化物先进陶瓷材料专利申请总量为175件，在中外文期刊发表研究文献400篇。上海硅酸盐研究所自上世纪70年代开始开展碳化物陶瓷材料研究，早在1978年研究员江东亮发表了第一篇科技论文，但直到1991年上海硅酸盐研究所才提交了第一件专利申请。随着新材料的发展，上海硅酸盐研究所陆续在碳化硅陶瓷反射镜、纤维增强碳化物陶瓷基复合材料等方面有突破性进展。（如图2）

重点技术分析

1.成型技术

全球高性能碳化物先进陶瓷材料成型技术专利申请总量为4485件，成型技术原创国家和地区及目标国家和地区主要是中国、日本、美国和欧洲。上世纪50年代末开始有碳化物陶瓷材料成型技术专利布局，90年代之后，成型技术专利数量快速增长。当前高性能碳化物先进陶瓷材料模压成型技术因其成本低、易操作以及较强的适用性等特点占据主力地位，凝胶注模成型和3D打印成型近5年处于活跃期，是未来技术发展的重要方向。

2.烧结技术

全球高性能碳化物先进陶瓷材料烧结技术专利申请总量为3890件，烧结技术创新主体以日本、美国和中国企业及科研单位为主。初期美国Carborundum公司开始进行常压烧结技术专利布局，40至60年代陆续出现反应烧结、热压烧结、气氛烧结等，70至90年代碳化物自蔓延烧结、热等静压烧结、微波烧结、放电等离子烧结、激光烧结等新兴烧结技术开始发展。技术改进方面，技术人员可在基体、制备工艺、烧结助剂等方面着手改进，进一步提高强度、致密度和断裂韧性，降低成本。

3.航天航空用碳化物先进陶瓷材料

全球范围内提交的航天航空用碳化物陶瓷材料专利申请总量为1837件，其中碳化物陶瓷复合材料领域申请最多，占总量的43.08%，C/SiC复合材料和SiC/SiC复合材料则是航天航空用碳化物陶瓷材料研发热点。中国、美国、日本和欧洲是航天航空用碳化物陶瓷材料的主要技术原创国家和地区以及市场目标国家和地区。国外研发力量比较集中，以美国通用电气公司、美国联合技术公司、法国赛峰集团等大型企业为主；国内以中国人民解放军国防科学技术大学、西北工业大学、上海硅酸盐研究所、哈尔滨工业大学等高校和科研院所为主。技术改进方面，提高航天航空用C/SiC复合材料的抗氧化性能、力学性能、耐高温性能，以及降低航天航空用SiC/SiC复合材料成本、提高其抗氧化性能和力学性能等是研究重点。

4.防弹装甲用碳化物先进陶瓷材料

全球范围内提交的防弹装甲用碳化物陶瓷材料专利申请总量为368件，其中在华专利申请最多，有168件。从全球创新情况来看，可重点关注浙江立泰复合材料股份有限公司的碳化硼人体防弹板、防弹盾牌、陶瓷防弹头盔和车用防弹板等技术，宁波荣溢化纤科技有限公司的碳化硅复合防弹板、防弹衣及双曲面碳化硅防弹插板等技术，M·丘比德技术公司的碳化硅、碳化硼装甲陶瓷技术，佐治亚科技研究公司的碳化硼基材料、防弹装甲的封装等技术。