【追风逐浪看湖北】刷新全球纪录 破解材料学世界难题 我国科学家在氮化硅制备上取得

发布日期：2026-07-18 06:12    点击次数：82

湖北日报全媒记者 文俊 通讯员 周天卉 谢小琴

氮化硅陶瓷，素有“结构陶瓷之王”的美誉，是光刻机、刻蚀机等高端半导体设备的核心关键材料。该材料的核心技术与市场长期被海外垄断，成为制约我国高端制造的关键短板之一。

6月28日，武汉理工大学牵头的隆中实验室传来喜讯，该实验室傅正义、季伟、秦笑威领衔的科研团队，成功攻克困扰全球材料学界数十年的陶瓷性能制衡难题，研发出高性能、低成本的新型氮化硅陶瓷，刷新了全球液相烧结法制备氮化硅陶瓷的性能纪录。相关创新成果发表于国际权威期刊《Journal of Advanced Ceramics（先进陶瓷）》。

由傅正义、季伟、秦笑威领衔的科研团队研发出新型氮化硅陶瓷（左）应用于半导体静电吸盘（右）

另辟蹊径 微观世界筑“筋骨”

材料领域“跷跷板效应”长期难以破解：高硬度材料普遍脆性大、韧性差；高韧性材料往往耐磨性、硬度不足。在传统制备工艺中，高温烧制会损耗材料硬度，低温烧制又会大幅削弱韧性，数十年间全球科研团队始终无法突破“硬韧双选”的技术桎梏。

针对这一行业痛点，武汉理工大学团队跳出传统路径，原创出独特的共生柱状团簇微观结构。该结构如同在材料内部构筑起无数微型“钢筋混凝土聚合单元”，从微观层面彻底破解了硬度、韧性、强度相互制衡的矛盾，实现三大核心性能同步跃升、协同升级。

研发团队介绍，这款新型氮化硅陶瓷综合性能实现大幅突破，可在1600℃超高温环境下保持结构稳定，硬度仅次于金刚石，自重仅为传统合金材料的40%。材料同时具备耐高温、耐磨损、抗强腐蚀、高导热、可透波、生物相容等多重特性，打破液相烧结氮化硅陶瓷的多项性能天花板，核心指标位居全球同类工艺领先水平。

补产业短板 与人体相容

作为高端制造的核心基础材料，氮化硅陶瓷广泛支撑芯片制造、航空航天、新能源汽车、算力数据中心等关键领域发展，是高端装备稳定运行的“硬核骨架”。

“该技术突破精准对接2025年国家航空发动机陶瓷材料攻关专项，有效补齐了我国高端高温结构材料的产业短板。”据介绍，此前，高韧性、高导热氮化硅陶瓷的核心配方与烧结工艺长期被海外垄断，此次研发的新型氮化硅陶瓷突破了传统合金材料的高温服役极限，可用于航空发动机高温叶片、核心轴承等关键零部件，能够有效降低设备离心载荷，提升发动机运行效率与服役寿命。

在半导体与新能源领域，该材料无磁性、不导电、耐腐蚀的独特优势，很好地适配光刻机、刻蚀机腔内精密零件，以及新能源汽车800V高压电驱轴承等核心部件需求。同时，该材料具备优异的人体生物相容性，可广泛应用于人工髋关节、脊柱融合器、人工关节假体等医用植入器械，能够改善传统植入体融合性差、易失效的临床问题，大幅延长医疗器械使用寿命，降低术后炎症、感染风险，减少患者二次手术的痛苦与负担。

八年攻坚 突破全球公认性能极限

据介绍，该科研攻关始于2018年，在傅正义院士与季伟教授的指导下，团队核心成员、博士生秦笑威带领研究人员，率先探索极端压力场耦合离子快速烧结创新技术路径。

历经八年深耕、数千次配方调试与工艺迭代，团队反复攻克样品开裂、试验失效、性能瓶颈等各类难题，凭借创新思维与持之以恒的坚守，突破了全球公认的结构陶瓷物理性能极限，为极端工况高性能陶瓷的研发与应用开辟了全新路径。

“科研不止于论文成果，更要扎根产业一线，攻克国家急需、产业刚需的核心材料难题。”秦笑威表示，此次研发的新型氮化硅陶瓷，实现了从原料处理、高压烧结到精密加工的全链条自主可控，彻底打破海外技术垄断与贸易壁垒，为我国高端结构材料产业突围、高端制造产业链供应链安全筑牢了核心根基。目前，该技术已完成实验室原理性攻关，正式进入工程化转化关键阶段，预计2至3年可实现小批量试制与示范应用，4至5年建成规模化量产生产线。

业内人士称，未来，这款高性能、低成本的氮化硅陶瓷，将全面赋能国家重大装备、新能源产业、高端医疗技术升级迭代，推动我国高性能结构陶瓷产业跻身全球第一方阵。

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