В июле 2026 года Центральное радио и телевидение Китая (CNR) опубликовало специальный репортаж о прорывном достижении Лю Цзэтаня, молодого научного сотрудника Сяньянского института керамики Китайского института строительных материалов, и его команды — успешной реализации интегрального формования крупногабаритных карбидокремниевых заготовок размером более метра, что подняло возможности производства передовых керамических компонентов с «дециметрового» на новый «метровый» уровень.

Этот прорыв знаменует собой ключевой шаг Китая на пути к самостоятельному и контролируемому обеспечению ключевыми материалами на основе высокотехнологичной керамики в стратегических областях.

«Проклятие размеров» передовой керамики

Передовая керамика из карбида кремния (SiC) благодаря своим превосходным свойствам, таким как высокая термостойкость, коррозионная стойкость, высокая твердость и низкая плотность, признана «скелетом» и «броней» для высокотехнологичного оборудования следующего поколения. От горячих узлов авиационных двигателей и теплозащитных конструкций космических аппаратов до ключевых компонентов оборудования для производства полупроводников и оболочек топливных элементов ядерных реакторов — крупногабаритные и высоконадежные карбидокремниевые керамические компоненты являются незаменимыми стратегическими материалами.

Однако производство передовой керамики долгое время сталкивалось с «проклятием размеров»: как только размеры превышают обычные, сложность возрастает экспоненциально. При переходе размеров заготовок к метровому диапазону трещинообразование, вызванное внутренними напряжениями, становится чрезвычайно трудно контролируемым — даже малейший дефект может свести на нет все усилия. Долгое время интегральное формование крупногабаритных карбидокремниевых заготовок размером более метра считалось в отрасли «невыполнимой задачей».

Этот технологический барьер напрямую ограничивал способность Китая к самостоятельному обеспечению высокотехнологичными керамическими компонентами в таких стратегических областях, как авиакосмическая промышленность, полупроводниковая и ядерная энергетика.

Разложение «невозможного» с помощью «первопринципного подхода»

Столкнувшись с этой общепризнанной отраслевой проблемой, команда Сяньянского института керамики Китайского института строительных материалов не стала вносить косметические изменения в существующие процессы, а выбрала более фундаментальный путь — прорыв с помощью «первопринципного подхода».

Возвращение к истокам физической химии для нового понимания «трещинообразования»

Подход Лю Цзэтаня и его команды заключался в следующем: обнулить эмпирические предубеждения и вернуться к самым основам физической и химической теории. Они «разобрали» весь процесс формования на части и, исходя из фундаментальных механизмов, заново пересмотрели и оптимизировали каждый этап.

В процессе перехода на технологию влажного гель-литья повышение содержания твердой фазы в шликере долгое время заходило в тупик. Команда не останавливалась на поверхностном разочаровании, а возвращалась к самым базовым вопросам: какова конформация диспергирующих компонентов в растворе? Каковы глубинные взаимодействия с исходными материалами? Что означает каждая деталь при добавлении реагентов?

Благодаря обширному изучению литературы, многократным экспериментам и обмену мнениями внутри команды, они не только преодолели технологический барьер, но и создали мыслительную модель для вывода технологических проблем из фундаментальных принципов.

Скрупулезная проработка фундаментальной логики, поэтапное «устранение» факторов риска

В процессе преодоления трудностей формования крупногабаритных метровых заготовок команда полностью «разобрала» весь технологический процесс, проведя теоретический вывод и экспериментальную проверку каждого этапа. При необходимости они решительно отказывались от традиционных технологических маршрутов.

От приготовления шликера, заливки в форму и формования до сушки и спекания — каждый этап был пересмотрен и оптимизирован, шаг за шагом «устраняя» точки риска трещинообразования. В конечном итоге крупногабаритные метровые заготовки были успешно получены, а комплексные характеристики продукции выведены на новый уровень.

«Философия ночного света»: дробление грандиозных целей на ежедневные конкретные действия

Лю Цзэтань обобщил эту методологию как «философию ночного света»: «Давление исходит от масштабности общей цели и тревоги перед неизвестностью. Это как ехать ночью: фары автомобиля освещают только 50 метров вперед, но это не мешает добраться до пункта назначения».

Он разбивает грандиозные цели на ежедневные конкретные действия: сегодня оптимизировать один параметр, завтра проверить одну рецептуру, послезавтра скорректировать одну кривую нагрева. Именно этот образ мышления — «превращать трудности в ступеньки» — позволил команде шаг за шагом дойти до конца, казалось бы, невыполнимой задачи.

От «эмпирического подхода» к «подходу, основанному на фундаментальных принципах»

Глубинная ценность этого прорыва заключается не только в изготовлении крупногабаритной карбидокремниевой заготовки, но и в создании воспроизводимой исследовательской парадигмы, «основанной на фундаментальных принципах».

Традиционная оптимизация керамических процессов часто опирается на накопленный опыт и метод проб и ошибок — изменить один параметр, посмотреть на результат, затем изменить следующий. Этот подход крайне неэффективен и сопряжен с высоким риском при решении проблем нелинейно возрастающих внутренних напряжений, возникающих при переходе к метровым масштабам.

Подход команды Лю Цзэтаня заключался в том, чтобы не удовлетворяться знанием «как это сделать», а задаваться вопросом «почему это делается именно так». От молекулярной конформации диспергаторов до сил взаимодействия между частицами, от реологического поведения шликера до эволюции напряжений в процессе сушки — каждый этап выводился из фундаментальных физико-химических принципов.

Эта методология «полного и глубокого понимания фундаментальных исследований» не только решила текущую техническую проблему, но и дала команде способность по аналогии быстро решать новые сложные задачи.

Стратегический скачок от «узкого места» к «сделано в Китае»

Авиакосмическая промышленность: установка собственного керамического двигателя для «национального тяжелого оборудования»

Крупногабаритные карбидокремниевые керамические компоненты являются ключевыми материалами для горячих узлов авиационных двигателей и теплозащитных систем космических летательных аппаратов. Ранее, из-за ограниченных производственных возможностей, Китай в соответствующих областях долгое время зависел от импорта или был ограничен зарубежными технологическими блокадами. Прорыв в технологии интегрального формования метровых карбидокремниевых заготовок обеспечивает материальную основу для автономизации ключевых компонентов таких «национальных тяжелых оборудований», как отечественные большие самолеты и новые ракеты-носители.

Производство полупроводников: решение проблемы «узкого места» ключевых компонентов оборудования

В области производства полупроводников карбид кремния является незаменимым материалом для компонентов ключевого оборудования, такого как установки травления и термической обработки. Способность самостоятельно производить крупногабаритные высокочистые карбидокремниевые компоненты напрямую связана с автономным и контролируемым развитием цепочки производства чипов в Китае. Прорыв в этой технологии может разрушить пассивную ситуацию долгосрочной зависимости от импорта ключевых керамических компонентов для полупроводникового оборудования.

Ядерная энергетика: обеспечение надежных «контейнеров» для реакторов нового поколения

Благодаря своим превосходным нейтронно-физическим свойствам и высокой температурной стабильности, карбид кремния широко исследуется для использования в качестве материала оболочек топливных элементов и конструкционных материалов для ядерных реакторов следующего поколения. Технология интегрального формования крупногабаритных метровых заготовок открывает осуществимый производственный путь для удовлетворения потребностей ядерной энергетики в крупных керамических конструкционных элементах.

Технологический эффект распространения: влияние на всю цепочку производства передовой керамики

Созданная командой мыслительная модель и методология «вывода технологических проблем из фундаментальных принципов» могут быть распространены на другие системы передовой керамики, такие как оксидная и нитридная керамика. Этот прорыв является прогрессом не только в области карбида кремния, но и будет стимулировать переход всей отрасли передовой керамики от «эмпирического поиска» к «научному проектированию».