Pět hlavních průmyslových odvětví pro budoucí vývoj keramických výrobků

Průmysl pro elektrická vozidla

 

Čína vyrobila a prodala od ledna do listopadu 6,253 milionu a 6,067 milionu nových energetických aut, což je meziročně o 100 % více s 25% podílem na trhu, podle nejnovějších údajů Čínské asociace výrobců automobilů. Spolu s růstem výroby a prodeje, který v té době daleko předčil trh, přesáhla penetrace nových energetických vozidel 36 % a nadále roste. Technologie elektrických vozidel se neustále vyvíjí, což urychlilo výměnu konstrukcí a materiálů jejích součástí. Použití nových energetických elektrických vozidel plně přijalo pokročilé keramické materiály díky jejich jedinečným výkonnostním výhodám.

Mezi nimi převládají ložiskové kuličky z nitridu křemíku HIP a substráty z nitridu křemíku s vysokou tepelnou vodivostí.

 

 

01 HIP kuličky pro ložiska z nitridu křemíku

Motorová ložiska pro nová energetická vozidla vyžadují nižší hustotu a poměrně odolnější materiály proti opotřebení díky vyšším rychlostem otáčení ve srovnání se standardními ložisky. V keramických ložiskách z nitridu křemíku produkují kuličky méně tepla a tření v ložiskovém systému. Konkrétně nitrid křemíku je přirozeně se vyskytující elektrický izolátor, který může zabránit elektrické korozi z ložiskového výboje, prodloužit životnost maziv a ložisek a případně způsobit selhání ložisek. Je ideální pro použití v různých odvětvích, včetně elektromobilů.

 

Keramická ložiska v době elektrických pohonů stále častěji nahrazují ocelová kuličková ložiska. Keramická kuličková izolovaná ložiska z nitridu křemíku se používají v domácích modelech Xiaopeng P7, G9, Weilai ET7 a dalších. Například výstupní hřídel motoru používaného Teslou využívá keramická ložiska, hybridní keramická ložiska navržená NSK a ložiskové kuličky vyrobené z kuliček z nitridu křemíku 50.

Izostatické lisování za tepla (HIP) a plynové tlakové slinování (GPS) jsou dvě nejoblíbenější přípravné techniky pro slinování keramických koulí z nitridu křemíku. Tyto dvě metody poskytují keramické kuličky, které se často používají v mnoha prostředích. HIP nitrid křemíku poskytuje vynikající mechanické vlastnosti a delší únavovou životnost než GPS nitrid křemíku.

V současné době známé zahraniční firmy nadále kontrolují podíl na mezinárodním trhu a směr vývoje, zatímco japonské, evropské a americké korporace nadále dominují výrobě špičkového keramického ložiskového zboží. V roce 2015 byla v mé zemi založena společnost National Materials High-Tech Nitride Ceramics Co., Ltd.

učinila významný pokrok v technologii hromadné výroby za horka izostaticky lisovaných keramických kuliček z nitridu křemíku, čímž se stala první společností v Číně, která zavedla hromadnou výrobu těchto materiálů, a celkově třetí společností, za Toshibou v Japonsku a Kustec ve Spojených státech. SKF ve Švédsku, Timken v USA, GMN v Německu a Forsa ve Španělsku patří mezi země, do kterých jsou její produkty zasílány. Kromě toho srovnatelné metody používá společnost Sinoceramic Jinsheng a další k vytvoření kuliček ložisek z nitridu křemíku s pevností v ohybu 1000 MPa.

 

 

02 Keramický substrát z nitridu křemíku s vysokou tepelnou vodivostí

Keramické substráty z nitridu křemíku se používají hlavně v pohonných jednotkách, polovodičových zařízeních a invertorech čistých elektrických vozidel (EV) a hybridních elektrických vozidel (HEV) a mají obrovský tržní potenciál a vyhlídky na uplatnění.

V současné době je pro komerční použití keramických substrátových materiálů z nitridu křemíku s vysokou tepelnou vodivostí vyžadována pevnost v ohybu 650 MPa, lomová houževnatost 5–7 MPa·m1/2 a tepelná vodivost 85 W/(m·K). Toshiba Group, Hitachi Metals, Nippon Electric Chemical, Maruwa a Nippon Fine Ceramics jsou hlavními společnostmi, které mají kapacitu pro hromadnou výrobu keramických substrátů z nitridu křemíku s vysokou tepelnou vodivostí.

 

Kromě toho došlo k určitému pokroku v domácím výzkumu keramických substrátových materiálů z nitridu křemíku. Optimalizací metody a procesu slinování společnost Beijing Sinoma Artificial Crystal Research Institute Co., Ltd. úspěšně připravila keramický substrát z nitridu křemíku s pevností v ohybu 700-800MPa, lomovou houževnatostí ≥8MPa·m1/2 a tepelnou vodivostí ≥80W/(m·K). Keramický substrát z nitridu křemíku vyrobený pekingskou pobočkou Sinoma High-Tech Nitride Ceramics Co., Ltd. pomocí procesu odlévání pásky má tepelnou vodivost 100 W/(m·K).

 

Elektromobily se v současné době přibližují inteligenci v důsledku rostoucí popularity nových energetických vozidel a rozvoje umělé inteligence (AI). Výrobci automobilů také projevili zájem o různé keramické materiály, včetně těsnicích materiálů lidar, karbonových keramických brzd, vysokokapacitních MLCC, keramických tepelně vodivých materiálů atd.

 

Výroba polovodičů

Průmyslové právo „jedna generace technologie, jedna generace procesu, jedna generace zařízení“ řídí polovodičový průmysl a pokroky v technologii přesných dílů jsou zásadní pro modernizaci a iteraci polovodičových zařízení. Přesné keramické díly jsou mezi nimi nejreprezentativnější materiály pro přesné polovodičové díly. Používají se v řadě klíčových procesů výroby polovodičů, včetně leptání, chemického napařování, fyzikálního napařování a iontové implantace. jako jsou mimo jiné mechanická manipulační ramena, elektrostatická sklíčidla, vložky, vodicí lišty a ložiska. Plní roli stabilizace, obrany a rozptýlení, zejména v dutině vybavení.

 

Výroba polovodičů Polovodičový průmysl se řídí průmyslovým právem „jedna generace technologie, jedna generace procesu, jedna generace zařízení“ a pro modernizaci a iteraci polovodičových strojů jsou nezbytná zlepšení technologie přesných dílů. Ze všech materiálů používaných pro přesné polovodičové díly jsou nejreprezentativnější přesné keramické díly. Používají se při leptání, chemickém napařování, fyzikálním napařování a iontové implantaci, mezi jinými důležitými postupy výroby polovodičů. jako jsou ložiska, vložky, vodicí lišty, elektrostatická upínače a mechanická manipulační ramena, abychom jmenovali alespoň některé. Slouží jako diverze, obrana a stabilizace, zejména uvnitř dutiny zařízení.

 

 

Průmysl šetřící energii a ochranu životního prostředí

Pod vedením národní politiky „dvojího uhlíku“ se všechna průmyslová odvětví postupně rozvíjejí směrem k úsporám energie, snižování uhlíku, snižování znečištění a zvyšování účinnosti. Na tomto pozadí čelí keramický průmysl tlakům na spotřebu energie a ochranu životního prostředí, ale také přináší nové možnosti rozvoje keramických materiálů.

 

 

01 Keramická membrána

Aby se nahradila konvenční filtrační separační technologie, technologie membránové separace s keramickou membránou ve svém jádru se v současnosti primárně využívá jako vysoce účinný separační proces ve zpracovatelském průmyslu a speciálních oblastech úpravy vody pro filtrační separaci, koncentraci a čištění a čištění a odstraňování nečistot.

Keramická plochá membrána

Mezi nimi lze kapaliny v komplexních nastaveních filtrovat, separovat a čistit pomocí vysoce výkonných keramických plochých membrán. Vysoká teplotní a tlaková odolnost, silná chemická stabilita, vysoká účinnost filtrace, dobrá spolehlivost, nízké náklady na provoz a údržbu, prodloužená životnost a šetrnost k životnímu prostředí po celou dobu životního cyklu jsou některé z jejich vlastností. Je široce používán a propagován v oblastech komunálních odpadních vod, distribuovaného čištění vody, čištění černé a zapáchající vody, opětovného použití regenerované vody a čištění odpadních vod průmyslových parků. Jde o primární vývojový směr v oblasti mezinárodních vysoce výkonných keramických separačních membrán a má širokou škálu tržních vyhlídek.

Spolu s úpravou vody je na obzoru také řízení znečištění ovzduší v mé zemi. Ekologický nano-denitrifikační katalyzátor systému oxidu vzácných zemin je naložen na kompozitní membránový materiál z keramických vláken jako nosné těleso pro vytvoření vysokoteplotní vláknité membrány pro denitrifikaci a odstraňování prachu, filtrační prvek s integrovanými funkcemi denitrifikace a odstraňování prachu, který může dosáhnout přímého čištění plynu za podmínek vysoké teploty.

 

 

02 Aerogel

Rozsáhlý zelený a nízkouhlíkový vývoj aerogelu, superizolačního materiálu, vytvořil dosud neslýchaný potenciál pro růst sektoru aerogelů. Očekává se, že nová technologie aerogelu bude integrována s růstem zelené výroby, aby se vytvořilo více nových aplikací produktů v souladu s trendem rychlejšího rozvoje zeleného průmyslu.

 

Aerogel má extrémně nízkou hustotu, ultra vysokou poréznost, nízký index lomu, nízkou tepelnou vodivost, nízkou akustickou impedanci a další vlastnosti, které běžné pevné materiály nemají. Díky těmto vlastnostem má skvělé vyhlídky na uplatnění v oblasti tepelné izolace, biomedicíny, zvukové izolace, adsorpce atd. a potenciál poptávky na trhu je obrovský.

 

 

Průmysl biomedicíny

Stále více umělých implantátů a orgánů se bude používat v terapeutických prostředích, jak se společnost vyvíjí a životy lidí se zlepšují. V mé zemi se kovy jako nerezová ocel a kobaltové slitiny dlouho používaly pro ortopedické léčení a opravy kvůli jejich vynikajícím mechanickým a kontrolním vlastnostem; nicméně jejich biokompatibilita chybí. V důsledku toho se trh a výzkum potahových materiálů nebo biokeramiky, které jsou zdravější a kompatibilnější, rychle rozšiřuje.

Biomedicínská keramika jako Al2O3, ZrO2, ZTA, Si3N4 a související kompozitní keramické materiály se kvůli své výjimečné lomové houževnatosti a odolnosti proti opotřebení často používají v chirurgických nosných protézách, zubních implantátech, kostních náhradách atd. Oxid zirkoničitý se často používá v materiálech pro zubní náhrady kvůli svému dobrému výkonu a kráse, ale jeho pevnost je dána sklokeramikou. Mezi nimi nitrid křemíku kombinuje baktericidní účinek a samomazné vlastnosti a jeho implantát má dlouhodobě stabilní biologickou stabilitu.

V roce 2022 se velikost celosvětového trhu s lékařskými keramickými materiály odhaduje na přibližně 15 miliard USD. V roce 2022 se očekává, že trh s lékařskými keramickými materiály v Číně bude mít hodnotu přibližně 4,5 miliardy amerických dolarů. Z nich tvoří většinu (asi 60 %) aluminová keramika. Keramika z nitridu křemíku se používá pro ortopedické implantáty, zatímco zirkoniová keramika se používá především ve stomatologii.

 

 

Letecký sektor

Keramika trvale vyniká svým výjimečným výkonem v různých náročných situacích použití. Vojenský a letecký průmysl jsou dva z nejoblíbenějších aplikačních trhů pro pokročilou keramiku. „Vysoká teplotní odolnost“ a „stealth“ jsou dvě primární keramické vývojové linie v leteckém průmyslu.

 

Nová generace vojenských leteckých motorů má stále větší potřebu nových konstrukčních materiálů odolných vůči vysokým teplotám, protože potenciál monokrystalů, povlaků tepelné bariéry a aktivního chlazení vzduchem se postupně vyčerpává. SiC/SiC-CMC se ukázal jako jedna z nejlepších možností pro konstrukční materiály odolné vysokým teplotám. SiC/SiC-CMC je zpevněn a zpevněn z velké části vláknem z karbidu křemíku. Nejdůležitější surovinou pro SiC/SiC-CMC je vlákno z karbidu křemíku, které má teplotní odolnost nad 1200 °C a ve výzkumné soutěži zaujalo letecké velmoci.

 

 

Absorpční materiály, které se obvykle skládají z absorpčního média (absorbentu) a matricového materiálu (někdy známého jako pojivo), patří mezi nejdůležitější stealth materiály. Karbid křemíku je primární složkou používanou k vytvoření vícepásmových absorpčních keramických materiálů; anorganické keramické nanočástice a anorganické polymerní materiály se spojují a vytvářejí keramické infračervené stealth materiály, druh povlaku. Aby se dosáhlo účinné širokopásmové absorpce elektromagnetických vln, anorganické keramické nanočástice jsou rovnoměrně rozptýleny v anorganické polymerní matrici a pečlivě kontrolovány.