董曉恒，付振康，宗超凡

(景德鎮(zhèn)陶瓷大學(xué)， 景德鎮(zhèn) 333403)

1 前言

透明陶瓷，又名光學(xué)陶瓷，是一種利用陶瓷材料光學(xué)性質(zhì)的新型陶瓷，除具有傳統(tǒng)陶瓷的典型特性外，兼具玻璃的光學(xué)特性[1]。世界上第一塊透明陶瓷是由美國(guó)陶瓷學(xué)家Coble 于1957 年制造的氧化鋁陶瓷“Lucalox”[2]。繼Lcualox 之后,又開(kāi)發(fā)出具有更高透光度、強(qiáng)度,使用性能穩(wěn)定和具有亞微晶結(jié)構(gòu)的Al2O3透明陶瓷。不久,Genaral Eleetrieo Cmpany 公司又開(kāi)發(fā)出Y2O3透明陶瓷。日本、德國(guó)等國(guó)在該領(lǐng)域也取得了一定的成就。我國(guó)透明陶瓷研究于“七五”計(jì)劃開(kāi)始立項(xiàng)，起步較晚。目前,許多高校和科研機(jī)構(gòu)都開(kāi)展了對(duì)該領(lǐng)域的研究工作。經(jīng)過(guò)我國(guó)科研工作者的共同努力,現(xiàn)已取得不少成績(jī),其中上海硅酸鹽研究所在該領(lǐng)域較為突出[3]，其經(jīng)過(guò)10 年數(shù)百次實(shí)驗(yàn)，終于2007 年研制出我國(guó)第1 塊“透明陶瓷之王”-- 激光陶瓷，使中國(guó)成為世界上繼日本之后第2 個(gè)掌握激光陶瓷的國(guó)家[4]。

透明陶瓷具有單晶耐高溫、抗腐蝕、高絕緣、高強(qiáng)度等特性[5]，而且還具有低電導(dǎo)率、低介電常數(shù)和介電損耗、耐摩擦等一系列優(yōu)異的綜合性能[3]，在工業(yè)、航空航天、國(guó)防軍事、醫(yī)療等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用[1]，被稱為無(wú)機(jī)材料研究與發(fā)展重要方向之一[6]。隨著透明陶瓷得到愈來(lái)愈多的應(yīng)用，研發(fā)重視度也不斷提升，加速我國(guó)透明陶瓷的研發(fā)與生產(chǎn)具有重要的戰(zhàn)略意義。

本文依托IncoPat 全球?qū)＠麛?shù)據(jù)庫(kù)(http://www.incopat.com)[7]，檢索日期截止2022 年1 月28 日，對(duì)公開(kāi)(公告)的6598 件透明陶瓷專利申請(qǐng)，進(jìn)行包括申請(qǐng)趨勢(shì)、地域分布、主要?jiǎng)?chuàng)新主體和技術(shù)領(lǐng)域等維度的分析，揭示透明陶瓷技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，對(duì)科研人員和行業(yè)從業(yè)人員了解透明陶瓷技術(shù)研發(fā)動(dòng)態(tài)，研判未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)提供參考。

2 全球透明陶瓷專利信息分析

2.1 申請(qǐng)趨勢(shì)分析

截至2022 年1 月28 日，全球透明陶瓷專利申請(qǐng)共計(jì)6598 件，相關(guān)數(shù)據(jù)見(jiàn)圖1。由圖可知，全球透明陶瓷專利申請(qǐng)數(shù)量在總體上呈增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，大致經(jīng)歷了三個(gè)主要階段。1957-1966 年，全球?qū)W者對(duì)透明陶瓷的制備研究處于探索階段，專利申請(qǐng)量處于低水平狀態(tài)，每年均不足10 件，為技術(shù)萌芽期；1967 年，全球?qū)＠暾?qǐng)首次突破10 件。隨著Al2O3等透明氧化物陶瓷的問(wèn)世，專利申請(qǐng)也由1967 年的20 件逐步發(fā)展到1986 年的89 件，涉及透明陶瓷制備、透明陶瓷裝甲、照明電弧管、光學(xué)電路等眾多技術(shù)領(lǐng)域，此階段為平穩(wěn)增長(zhǎng)期；隨著美、日、德等國(guó)對(duì)非氧化物透明陶瓷研究的不斷深化和中國(guó)對(duì)透明陶瓷開(kāi)始立項(xiàng)之后。1987 年，全球申請(qǐng)首次突破100 達(dá)138 件，并由此進(jìn)入平穩(wěn)發(fā)展階段。2011 年，申請(qǐng)量達(dá)200 件，2015 年高達(dá)315 件，創(chuàng)歷史新高。該年度中國(guó)專利申請(qǐng)為72 件，成為全球申請(qǐng)量穩(wěn)定增長(zhǎng)的主推手。至此，1987 年后，透明陶瓷技術(shù)專利申請(qǐng)維持在一個(gè)高水平穩(wěn)定狀態(tài)。

鑒于我國(guó)專利申請(qǐng)為申請(qǐng)日起18 個(gè)月才公開(kāi)，加之IncoPat 全球?qū)＠麛?shù)據(jù)庫(kù)在數(shù)據(jù)更新上存在一定程度滯后，部分專利申請(qǐng)的公開(kāi)出現(xiàn)了延遲，2019 年后數(shù)據(jù)僅供參考。

2.2 專利申請(qǐng)國(guó)和技術(shù)來(lái)源國(guó)分析

圖2 顯示，全球透明陶瓷領(lǐng)域的專利申請(qǐng)涉及到50多個(gè)國(guó)家和地區(qū)，排名靠前的國(guó)家和地區(qū)分別是日本、中國(guó)、美國(guó)、德國(guó)、世界知識(shí)產(chǎn)權(quán)組織、韓國(guó)、歐洲專利局、俄羅斯、加拿大，其專利總量占到世界專利總量的85.77%，可見(jiàn)全球透明陶瓷技術(shù)專利分布較為集中，關(guān)鍵技術(shù)基本掌握在較為發(fā)達(dá)的國(guó)家。

圖1 全球透明陶瓷專利申請(qǐng)趨勢(shì)

圖2 全球透明陶瓷專利申請(qǐng)國(guó)別分布

圖3 全球透明陶瓷專利技術(shù)來(lái)源國(guó)分布

從圖3 可以看出，全球透明陶瓷技術(shù)來(lái)源國(guó)前十排名中，日本和美國(guó)分別以占比22.82%和21.48%位居第一和第二，且優(yōu)勢(shì)顯著；中國(guó)和德國(guó)分別以16.90%和15.49%位居第三和第四；前四個(gè)國(guó)家的申請(qǐng)量總和占全球申請(qǐng)總量的76.69%，可見(jiàn)，日、美、中、德是全球主要技術(shù)創(chuàng)新國(guó)。排名第五至第九的依次為法國(guó)、韓國(guó)、俄羅斯、西班牙和英國(guó)。

結(jié)合專利申請(qǐng)國(guó)和技術(shù)來(lái)源國(guó)分布情況來(lái)看，日本透明陶瓷技術(shù)專利總申請(qǐng)量占比達(dá)到22.82%，對(duì)比日本本土專利申請(qǐng)總量20.26%的比重，可以看出日本企業(yè)和科研院所非常重視國(guó)外市場(chǎng)的專利布局；中國(guó)作為世界第一消費(fèi)大國(guó)，專利申請(qǐng)占比為15.93%，同時(shí)作為傳統(tǒng)的陶瓷大國(guó)，其作為主要技術(shù)來(lái)源國(guó)在全球布局了16.90%的透明陶瓷專利；美國(guó)和德國(guó)對(duì)于透明陶瓷技術(shù)專利總持有量占比也高于本國(guó)的專利申請(qǐng)量。作為透明陶瓷發(fā)展較早的國(guó)家，他們均掌握了透明陶瓷的前沿技術(shù)，其專利的實(shí)用價(jià)值和技術(shù)生命周期較長(zhǎng)[8]。

2.3 主要?jiǎng)?chuàng)新主體分析

全球透明陶瓷專利申請(qǐng)量主要?jiǎng)?chuàng)新主體排名可以反映出透明陶瓷技術(shù)領(lǐng)域的活躍機(jī)構(gòu)[9]，表1 為全球主要?jiǎng)?chuàng)新主體分布表。表中顯示，全球前10 申請(qǐng)人中9 家為國(guó)外企業(yè)。作為全球特殊玻璃和陶瓷材料的全球領(lǐng)導(dǎo)廠商，美國(guó)康寧研發(fā)實(shí)力最強(qiáng)，以396 件專利申請(qǐng)占前十總量27.62%的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)穩(wěn)居榜首，該公司主要涉及微晶玻璃的制備(C03C10/00,147 件)研究。例如，透明玻璃陶瓷；具有鈣鈦礦和硅酸鋰結(jié)構(gòu)的高強(qiáng)度微晶玻璃等。位居第二的是德國(guó)肖特，以303 件專利申請(qǐng)占前十總量的21.13%；主要涉及鋰鋁硅酸鹽，例如鋰輝石、鋰霞石(C03C10/12,37 件)。例如，加入釩氧化物的透明玻璃陶瓷；薄的透明彩色鋰鋁硅酸鹽陶瓷及其應(yīng)用等。美國(guó)康寧和德國(guó)肖特申請(qǐng)量均超過(guò)300 件，優(yōu)勢(shì)顯著，兩家公司申請(qǐng)總和占前十總量的48.75%。法國(guó)圣戈班集團(tuán)，以150 件專利申請(qǐng)排名第三；主要涉及微晶玻璃的制備(C03C10/00,20 件)、含二價(jià)金屬氧化物(C03C3/085,12 件)等。例如，石英無(wú)色透明陶瓷材料；透明無(wú)色的低二氧化鈦β- 石英玻璃陶瓷材料等。排名第四和第五的分別是日本村田制作所和中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所，申請(qǐng)量分別為117 件和96 件。村田制作所涉及的技術(shù)領(lǐng)域主要涉及以成分為特征的陶瓷成型制品(C04B35/00,22件)、陶瓷電子部件(H05K3/46,12 件)等。中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所主要涉及以稀土化合物為基料的陶瓷組合物（C04B35/50，11 件）等。排名第六到第十的依次是日本住友、日本信越、日本礙子、美國(guó)3M及德國(guó)西門子[9]。全球主要申請(qǐng)人前10 中，九家創(chuàng)新主體均為國(guó)外企業(yè)，其中，日本4 家、美國(guó)2 家、法德國(guó)2 家、法國(guó)1 家；1 家科研院所，為中國(guó)的上海硅酸鹽研究所。前10 申請(qǐng)人累計(jì)申請(qǐng)專利1434 件，占全球申請(qǐng)總量的21.80%。可見(jiàn)除了美國(guó)康寧和德國(guó)肖特外，日本在透明陶瓷技術(shù)領(lǐng)域的研究也處于世界領(lǐng)先的地位，而我國(guó)對(duì)于透明陶瓷的研究主體還以科研院所為主。

表1 全球透明陶瓷前十創(chuàng)新主體

2.4 IPC 主分類

表2 全球透明陶瓷專利技術(shù)構(gòu)成前十(IPC 小組)分布

IPC 主分類號(hào)作為專利技術(shù)的歸類依據(jù)，可以很大程度上看出其技術(shù)的研究熱點(diǎn)[11]。從表2 可以看出，全球透明陶瓷專利的技術(shù)熱點(diǎn)基本集中在以成分為特征的陶瓷成型制品、陶瓷組合物、準(zhǔn)備制造陶瓷制品的無(wú)機(jī)化合物的加工粉末、玻璃陶瓷、用于激光束加工材料中等，其中，涉及以成分為特征的陶瓷成型制品；陶瓷組合物；準(zhǔn)備制造陶瓷制品的無(wú)機(jī)化合物的加工粉末的專利量達(dá)到1623 件，相關(guān)專利內(nèi)容的主要技術(shù)點(diǎn)包括透明光電陶瓷材料運(yùn)用、納米復(fù)相紅外透明陶瓷材料及其制備方法。涉及玻璃陶瓷的專利同樣較多，對(duì)于透明玻璃陶瓷的研究同樣具有重要意義。B23K26 描述的技術(shù)熱點(diǎn)為用激光束加工，具體包括氮化物陶瓷基板的制造方法、使用光束焦線劃線薄陶瓷材料等。排名靠前的主分類號(hào)均為陶瓷相關(guān)方面的專利技術(shù)，說(shuō)明透明陶瓷以陶瓷本體材料的研究較為多見(jiàn)。H05K3、H01S3、G02B6、C09K11 則說(shuō)明透明陶瓷還應(yīng)用于涉及基本電氣元件、電氣元件組件的制造、光學(xué)元件和發(fā)光材料方面的技術(shù)點(diǎn)上，但其專利量明顯少于陶瓷相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域。

3 國(guó)內(nèi)透明陶瓷專利信息分析

3.1 中國(guó)申請(qǐng)趨勢(shì)分析

截止2022 年1 月28 日，中國(guó)透明陶瓷專利申請(qǐng)量累計(jì)達(dá)到1070 件，申請(qǐng)量的總體發(fā)展趨勢(shì)見(jiàn)圖4。由圖可以看出，1985 年到2003 年間，透明陶瓷材料專利申請(qǐng)量處于每年10 件以下的低水平狀態(tài)，中國(guó)在該領(lǐng)域的專利申請(qǐng)起步較晚，研究處于較低的水平。2003 年之后專利申請(qǐng)趨勢(shì)開(kāi)始穩(wěn)步上升，2004 年專利申請(qǐng)上升至12 件，2015 年激增到72 件。2016—2021 年間增長(zhǎng)更加迅速，我國(guó)透明陶瓷技術(shù)進(jìn)入快速發(fā)展階段。這不僅說(shuō)明近年來(lái)我國(guó)透明陶瓷技術(shù)的進(jìn)步，也說(shuō)明國(guó)內(nèi)創(chuàng)新主體的專利保護(hù)意識(shí)和布局意識(shí)進(jìn)一步提高。

圖4 中國(guó)透明陶瓷專利申請(qǐng)時(shí)間趨勢(shì)

3.2 主要?jiǎng)?chuàng)新主體分析

國(guó)內(nèi)透明陶瓷專利排名前10 位的專利權(quán)人見(jiàn)表3，累計(jì)申請(qǐng)專利達(dá)到339 件，占國(guó)內(nèi)專利申請(qǐng)總量的31.68%。其中排名第一位的中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所專利量達(dá)到96 件，占前十總量的28.32%，其以透明陶瓷材料的制備方法的專利居多。第二位江蘇師范大學(xué)，專利申請(qǐng)量為44 件，其透明陶瓷團(tuán)隊(duì)目前主要從事光功能透明陶瓷材料(激光陶瓷、照明/顯示用熒光陶瓷、透明窗口陶瓷、蓄光陶瓷等)的設(shè)計(jì)、制備與性能調(diào)控研究及其成果轉(zhuǎn)化工作。排名第三的上海大學(xué)則在閃爍體透明陶瓷的研究中取得較大突破，申請(qǐng)量達(dá)到42 件。排在第四和第五位的分別是武漢理工大學(xué)（32 件）和中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所（32 件）。排在前10 名的創(chuàng)新主體中，6 家高校、3 家科研院所和1 家企業(yè)，前10 創(chuàng)新主體中9 位創(chuàng)新主體為高?；蚩蒲性核f(shuō)明在該技術(shù)領(lǐng)域中國(guó)尚處于實(shí)驗(yàn)室研發(fā)階段。

表3 中國(guó)陶瓷前十創(chuàng)新主體

3.3 專利地圖及技術(shù)熱點(diǎn)

采用IncoPat 全球?qū)＠麛?shù)據(jù)庫(kù)自帶的專利信息分析工具對(duì)國(guó)內(nèi)透明陶瓷技術(shù)專利進(jìn)行聚類分析，生成透明陶瓷專利技術(shù)研究熱點(diǎn)分布圖，如圖5 所示。從整體情況來(lái)看，國(guó)內(nèi)透明陶瓷專利主要技術(shù)點(diǎn)集中在:透明氧化物陶瓷本體（440 件）、氧化鋁陶瓷應(yīng)用（230 件）、納米氧化鋱（192 件）與透明陶瓷材料（72 件）。其中，透明氧化物陶瓷本體研究主要涉及透明鐵電陶瓷（116 件）、釔鋁石榴石（114 件）、氧化鑭釔透明陶瓷（45 件）和熒光陶瓷（33 件）等；氧化鋁陶瓷應(yīng)用主要涉及陶瓷磚、陶瓷刀具和燒結(jié)方法等。由此可見(jiàn)，當(dāng)前，相比較于非氧化物透明陶瓷，對(duì)于氧化物透明陶瓷的研究依然是國(guó)內(nèi)創(chuàng)新主體的主要研究方向。

圖5 中國(guó)透明陶瓷專利地圖

3.4 透明陶瓷專利省市分布

中國(guó)透明陶瓷專利申請(qǐng)人排名前十位的省市中(見(jiàn)表4)，排名第一位的上海省專利申請(qǐng)量為206 件，其主要依靠上海硅酸鹽研究所和上海大學(xué)較強(qiáng)的透明陶瓷研發(fā)實(shí)力。江蘇省排名第二，專利申請(qǐng)量為171 件，其主要申請(qǐng)人類型則是陶瓷企業(yè)和高校，主要代表為江蘇誠(chéng)贏照明電器有限公司、江蘇靈灣特種陶瓷科技有限公司、江蘇師范大學(xué)等。廣東省專利申請(qǐng)量達(dá)到81 件，以企業(yè)為主要申請(qǐng)人，廣東省作為我國(guó)陶瓷重要主產(chǎn)區(qū)，其透明陶瓷的優(yōu)勢(shì)企業(yè)主要集中在深圳、佛山、廣東等幾個(gè)地區(qū)，例如以生產(chǎn)納米晶透明陶瓷為主的深圳精匠云創(chuàng)科技有限公司、基于陶瓷轉(zhuǎn)換的LED 的搖頭燈為主的廣州達(dá)森燈光股份有限公司等。前10 申請(qǐng)省市占國(guó)內(nèi)專利申請(qǐng)總量的76.17%，以經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)和陶瓷主產(chǎn)區(qū)為主。

表4 中國(guó)透明陶瓷專利省市分布

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

（1）21 世紀(jì)初至今，中國(guó)透明陶瓷專利申請(qǐng)趨勢(shì)明顯上升，而全球?qū)＠幵谝粋€(gè)較為平穩(wěn)的上升態(tài)勢(shì)，使得我國(guó)透明陶瓷技術(shù)在全球的地位穩(wěn)步上升。政府對(duì)透明陶瓷行業(yè)的支持，也是主要的推動(dòng)因素。從專利申請(qǐng)量來(lái)看，中國(guó)走在世界前列，數(shù)量方面僅次于日本，足見(jiàn)國(guó)內(nèi)透明陶瓷相關(guān)企業(yè)與科研機(jī)構(gòu)對(duì)專利技術(shù)保護(hù)的重視，專利布局意識(shí)不斷加強(qiáng)。

（2）從專利申請(qǐng)國(guó)和技術(shù)來(lái)源情況可以看出，日本和美國(guó)等世界科技強(qiáng)國(guó)的專利全球布局意識(shí)非常強(qiáng)。其中日本無(wú)論是專利申請(qǐng)量，還是主要?jiǎng)?chuàng)新主體數(shù)量，在全球處于絕對(duì)領(lǐng)先地位；美國(guó)作為研究透明陶瓷最早的國(guó)家，其專利在全球的布局和龍頭企業(yè)專利申請(qǐng)數(shù)量，同樣處于領(lǐng)先地位。經(jīng)過(guò)30 多年的發(fā)展我國(guó)也成為透明陶瓷技術(shù)的主要?jiǎng)?chuàng)新國(guó)家。全球創(chuàng)新主體來(lái)看，以國(guó)外透明陶瓷技術(shù)主要以企業(yè)申請(qǐng)為主，而我國(guó)則以高校和科研院所為主。

（3)從專利技術(shù)分析和中國(guó)主要技術(shù)熱點(diǎn)來(lái)看，全球透明陶瓷技術(shù)主要陶瓷成型制品、陶瓷組合物、準(zhǔn)備制造陶瓷制品的無(wú)機(jī)化合物的加工粉末為主，并大量應(yīng)用到電子元件中。我國(guó)透明陶瓷技術(shù)則以氧化物透明陶瓷的研究較為多見(jiàn)，研究地域以經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)省份和陶瓷主產(chǎn)區(qū)所在省份為主。

4.2 建議

（1）加速核心專利海外部件。從全球?qū)＠季謥?lái)看，與日本、美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家相比，雖然我國(guó)專利申請(qǐng)量穩(wěn)步提升，但作為技術(shù)來(lái)源國(guó)我國(guó)透明陶瓷技術(shù)的對(duì)外輸出不及日本和美國(guó)，應(yīng)當(dāng)加速核心專利的海外布局，在全球形成自身的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

（2）推動(dòng)優(yōu)質(zhì)專利轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化。我國(guó)透明陶瓷技術(shù)以高校和科研院所為主要申請(qǐng)人，而企業(yè)是科技成果向生產(chǎn)力轉(zhuǎn)化的助推者與實(shí)施者，推動(dòng)高?？蒲性核鶅?yōu)質(zhì)專利的轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化對(duì)行業(yè)發(fā)展和技術(shù)應(yīng)用有重要作用。

（3）更多關(guān)注非氧化物透明陶瓷的研究。與氧化物透明陶瓷相比, 大多數(shù)的非氧化物透明陶瓷不僅室溫強(qiáng)度高,而且高溫力學(xué)性能好,此外,還具有優(yōu)良的抗急冷急熱沖擊性能[3]。而我國(guó)對(duì)于氧化物透明陶瓷的研究成果明顯比非氧化物陶瓷突出。開(kāi)展對(duì)非氧化物陶瓷的研究顯得尤為重要。