Пет основни индустрии за бъдещото развитие на керамичните продукти

Индустрия за електрически превозни средства

 

Китай е произвел и продал съответно 6,253 милиона и 6,067 милиона нови енергийни автомобила между януари и ноември, което е около 100% повече спрямо предходната година, с 25% пазарен дял, според най-новите данни на Китайската асоциация на производителите на автомобили. Заедно с растежа на производството и продажбите, който далеч изпревари пазара през това време, навлизането на нови енергийни превозни средства надхвърли 36% и продължава да расте. Технологията на електрическите превозни средства непрекъснато се развива, което ускори подмяната на дизайна на компонентите и материалите. Използването на електрически превозни средства с нова енергия обхвана изцяло напредналите керамични материали поради техните уникални предимства в производителността.

Сред тях са преобладаващи HIP лагерни топки от силициев нитрид и субстрати от силициев нитрид с висока топлопроводимост.

 

 

01 HIP топки за лагери от силициев нитрид

Моторните лагери за нови енергийни превозни средства изискват по-ниска плътност и сравнително по-устойчиви на износване материали поради по-високите скорости на въртене в сравнение със стандартните лагери. В керамичните лагери от силициев нитрид сачмите произвеждат по-малко топлина и триене в лагерната система. По-конкретно, силициевият нитрид е естествен електрически изолатор, който може да предотврати електрическа корозия от разряд на лагери, да удължи живота на смазочните материали и лагерите и в крайна сметка да предизвика повреда на лагерите. Той е идеален за използване в различни сектори, включително електрически автомобили.

 

Керамичните лагери все повече заменят стоманените сачмени лагери в ерата на електрическите задвижвания. Лагери със сачмена изолация от керамичен силициев нитрид се използват в домашни модели Xiaopeng P7, G9, Weilai ET7 и други. Например, изходящият вал на двигателя, използван от Tesla, използва керамични лагери, хибридни керамични лагери, проектирани от NSK, и лагерни сачми, направени от 50 топки от силициев нитрид.

Горещото изостатично пресоване (HIP) и синтероването под газово налягане (GPS) са двете най-популярни подготвителни техники за синтероване на керамични топки от силициев нитрид. Тези два метода дават керамични топки, които често се използват в много настройки. HIP силициевият нитрид осигурява превъзходни механични качества и по-дълъг живот на умора от GPS силициевия нитрид.

В момента добре известни чуждестранни фирми продължават да контролират международния пазарен дял и посоката на развитие, докато японските, европейските и американските корпорации продължават да доминират в производството на висококачествени керамични лагерни стоки. През 2015 г. в моята страна беше създадена National Materials High-Tech Nitride Ceramics Co., Ltd.

направи значителен напредък в технологията за масово производство на горещо изостатично пресовани керамични топки от силициев нитрид, което я направи първата компания в Китай, която установи масово производство на тези материали, и третата компания като цяло след Toshiba в Япония и Kustec в Съединените щати. SKF в Швеция, Timken в САЩ, GMN в Германия и Forsa в Испания са сред страните, до които се доставят нейните продукти. Освен това, сравними методи се използват от Sinoceramic Jinsheng и други за създаване на лагерни топки от силициев нитрид с якост на огъване от 1000 MPa.

 

 

02 Керамичен субстрат от силициев нитрид с висока топлопроводимост

Керамичните субстрати от силициев нитрид се използват главно в захранващи блокове, полупроводникови устройства и инвертори на чисто електрически превозни средства (EV) и хибридни електрически превозни средства (HEV) и имат огромен пазарен потенциал и перспективи за приложение.

Понастоящем якост на огъване от 650 MPa, якост на счупване от 5–7 MPa·m1/2 и топлопроводимост от 85 W/(m·K) са необходими за търговската употреба на материали за субстрат от силициев нитрид с висока топлопроводимост. Toshiba Group, Hitachi Metals, Nippon Electric Chemical, Maruwa и Nippon Fine Ceramics са основните компании, които притежават капацитет за масово производство на керамични субстрати от силициев нитрид с висока топлопроводимост.

 

Освен това има известен напредък в местните изследвания върху материалите за керамични субстрати от силициев нитрид. Чрез оптимизиране на метода и процеса на синтероване Beijing Sinoma Artificial Crystal Research Institute Co., Ltd. успешно подготви керамичен субстрат от силициев нитрид с якост на огъване 700-800MPa, якост на счупване ≥8MPa·m1/2 и топлопроводимост ≥80W/(m·K). Керамичният субстрат от силициев нитрид, произведен от клона в Пекин на Sinoma High-Tech Nitride Ceramics Co., Ltd., използвайки процеса на леене на лента, има топлопроводимост от 100 W/(m·K).

 

Електрическите превозни средства в момента се приближават до интелекта в резултат на нарастващата популярност на новите енергийни превозни средства и развитието на изкуствения интелект (AI). Производителите на автомобили също са проявили интерес към разнообразие от керамични материали, включително лидарни опаковъчни материали, въглеродно-керамични спирачки, MLCC с голям капацитет, керамични топлопроводими материали и др.

 

Производство на полупроводници

Индустриалният закон за „едно поколение технология, едно поколение процес, едно поколение оборудване“ управлява полупроводниковата индустрия и напредъкът в технологията на прецизните части е от решаващо значение за модернизацията и итерацията на полупроводниковото оборудване. Прецизните керамични части са най-представителните материали за полупроводникови прецизни части сред тях. Те се използват в редица ключови процеси за производство на полупроводници, включително ецване, химическо отлагане на пари, физическо отлагане на пари и имплантиране на йони. като механични рамена за манипулиране, електростатични патронници, втулки, водещи релси и лагери, между другото. Той изпълнява ролята на стабилизация, защита и отвличане на вниманието, особено в кухината на оборудването.

 

Производство на полупроводници Полупроводниковата индустрия се ръководи от индустриалния закон на "едно поколение технология, едно поколение процес, едно поколение оборудване" и подобренията в технологията на прецизните части са от съществено значение за модернизацията и итерацията на полупроводниковите машини. От всички материали, използвани за полупроводникови прецизни части, прецизните керамични части са най-представителни. Те се използват при ецване, химическо отлагане на пари, физическо отлагане на пари и имплантиране на йони, наред с други важни процедури за производство на полупроводници. като лагери, втулки, водещи релси, електростатични патронници и механични манипулиращи рамена, за да назовем само няколко. Той служи за отклоняване, защита и стабилизация, особено в кухината на оборудването.

 

 

Енергоспестяваща и екологична индустрия

Под ръководството на националната политика за "двоен въглерод" всички индустрии постепенно се развиват в посока на спестяване на енергия, намаляване на въглерода, намаляване на замърсяването и подобряване на ефективността. На този фон керамичната индустрия е изправена пред потребление на енергия и натиск за опазване на околната среда, но също така носи нови възможности за развитие на керамичните материали.

 

 

01 Керамична мембрана

За да замени конвенционалната технология за филтриране и разделяне, технологията за мембранно разделяне с керамична мембрана в основата си понастоящем се използва предимно като високоефективен процес на разделяне в преработващата промишленост и специални полета за обработка на вода за разделяне чрез филтриране, концентрация и пречистване, както и пречистване и отстраняване на примеси.

Плоска керамична мембрана

Сред тях течности в сложни настройки могат да бъдат филтрирани, разделени и пречистени с помощта на високоефективни керамични плоски мембрани. Устойчивост на висока температура и налягане, силна химическа стабилност, висока ефективност на филтриране, добра надеждност, ниски разходи за експлоатация и поддръжка, удължен експлоатационен живот и екологосъобразност през целия жизнен цикъл са някои от техните качества. Той е широко използван и популяризиран в областите на общинската канализация, разпределеното пречистване на водата, пречистването на черни и миризливи води, повторното използване на регенерирана вода и пречистването на отпадъчни води от индустриални паркове. Това е основната посока на развитие в областта на международните високопроизводителни керамични разделителни мембрани и има широк спектър от пазарни перспективи.

Наред с пречистването на водата, управлението на замърсяването на въздуха в моята нация също е на хоризонта. Екологичният наноденитрификационен катализатор на система от редкоземни метални оксиди се зарежда върху композитен мембранен материал от керамични влакна като опорно тяло за създаване на високотемпературна влакнеста мембрана за денитрификация и отстраняване на прах, филтърен елемент с интегрирани функции за денитрификация и отстраняване на прах, който може да постигне директно пречистване на газ при условия на висока температура.

 

 

02 Аерогел

Обширното зелено и нисковъглеродно развитие на аерогел, супер изолационен материал, създаде нечуван досега потенциал за растеж на сектора на аерогела. Очаква се новата технология за аерогел да бъде интегрирана с растежа на екологичното производство, за да се създадат повече нови продуктови приложения в съответствие с тенденцията за по-бързо развитие на зелените индустрии.

 

Аерогелът има изключително ниска плътност, ултрависока порьозност, нисък индекс на пречупване, ниска топлопроводимост, нисък акустичен импеданс и други характеристики, които обикновените твърди материали нямат. Тези характеристики го правят с големи перспективи за приложение в областта на топлоизолацията, биомедицината, звукоизолацията, адсорбцията и др., а потенциалът за търсене на пазара е огромен.

 

 

Индустрия на биомедицината

Все повече и повече изкуствени импланти и органи ще се използват в терапевтични условия, тъй като обществото се развива и животът на хората става по-добър. В моята нация метали като неръждаема стомана и кобалтови сплави отдавна се използват за ортопедично лечение и ремонт поради техните превъзходни механични и контролни качества; въпреки това тяхната биосъвместимост липсва. Следователно пазарът и изследванията за материали за покритие или биокерамика, които са по-здравословни и по-съвместими, се разширяват бързо.

Поради тяхната изключителна здравина на счупване и устойчивост на износване, биомедицинска керамика като Al2O3, ZrO2, ZTA, Si3N4 и свързани композитни керамични материали често се използват в хирургически носещи протези, зъбни импланти, костни заместители и т.н. Циркониевият оксид често се използва в материали за дентално възстановяване поради доброто си представяне и красота, но здравината му се дължи на стъклото керамика. Сред тях силициевият нитрид съчетава бактерициден ефект и самосмазващи свойства, а неговият имплант има дългосрочна стабилна биологична стабилност.

През 2022 г. размерът на световния пазар на медицински керамични материали се очаква да бъде около 15 милиарда щатски долара. През 2022 г. пазарът на медицински керамични материали в Китай се очаква да бъде на стойност приблизително 4,5 милиарда щатски долара. От тях алуминиевата керамика съставлява по-голямата част (около 60%). Керамиката от силициев нитрид се използва за ортопедични импланти, докато керамиката от цирконий се използва предимно в стоматологията.

 

 

Аерокосмическият сектор

Керамиката постоянно се откроява с изключителното си представяне в различни тежки ситуации на приложение. Военната и космическата промишленост са два от най-харесваните пазари за приложение на модерна керамика. „Устойчивост на висока температура“ и „стелт“ са двете основни линии за разработка на керамика в космическата индустрия.

 

Новото поколение военни авиационни двигатели има нарастваща нужда от нови устойчиви на висока температура структурни материали, тъй като потенциалът на монокристалите, термичните бариерни покрития и активното въздушно охлаждане постепенно се изчерпва. SiC/SiC-CMC се очертава като една от най-добрите опции за устойчиви на висока температура структурни материали. SiC/SiC-CMC е подсилен и закален до голяма степен от влакна от силициев карбид. Най-важната суровина за SiC/SiC-CMC е влакното от силициев карбид, което има температурна устойчивост над 1200°C и привлече вниманието на авиационните сили в конкурс за научни изследвания.

 

 

Обикновено състоящи се от абсорбираща среда (абсорбент) и матричен материал (понякога известен като свързващо вещество), абсорбиращите материали са сред най-важните стелт материали. Силициевият карбид е основната съставка, използвана за създаване на многолентови абсорбиращи керамични материали; неорганичните керамични наночастици и неорганичните полимерни материали се комбинират, за да образуват керамични инфрачервени стелт материали, вид покритие. За да се произведе ефективно широколентово поглъщане на електромагнитни вълни, неорганичните керамични наночастици са равномерно диспергирани в неорганична полимерна матрица и внимателно контролирани.