Pum diwydiant mawr ar gyfer datblygu cynhyrchion ceramig yn y dyfodol
Diwydiant ar gyfer cerbydau trydan
Cynhyrchodd a gwerthodd Tsieina 6.253 miliwn a 6.067 miliwn o geir ynni newydd, yn y drefn honno, rhwng Ionawr a Thachwedd, i fyny tua 100% o flwyddyn i flwyddyn, gyda chyfran o'r farchnad o 25%, yn ôl y ffigurau diweddaraf gan Gymdeithas Cynhyrchwyr Automobile Tsieina. Ynghyd â thwf gweithgynhyrchu a gwerthiant a oedd ymhell y tu hwnt i'r farchnad yn ystod y cyfnod hwnnw, mae treiddiad cerbydau ynni newydd wedi rhagori ar 36% ac yn parhau i godi. Mae technoleg cerbydau trydan yn esblygu'n gyson, sydd wedi hwyluso ailosod ei ddyluniadau a'i ddeunyddiau cydrannau. Mae'r defnydd o gerbydau trydan ynni newydd wedi cofleidio deunyddiau ceramig uwch yn llawn oherwydd eu manteision perfformiad unigryw.
Yn eu plith, mae peli dwyn nitrid silicon HIP a swbstradau nitrid silicon dargludedd thermol uchel yn gyffredin.
01 Peli HIP ar gyfer Bearings Nitrid Silicon
Mae Bearings modur ar gyfer cerbydau ynni newydd yn galw am ddwysedd is a deunyddiau cymharol fwy sy'n gwrthsefyll traul oherwydd eu cyfraddau cylchdroi uwch o'u cymharu â Bearings safonol. Mewn Bearings ceramig nitrid silicon, mae'r peli yn cynhyrchu llai o wres a ffrithiant o fewn y system dwyn. Yn benodol, mae silicon nitrid yn ynysydd trydanol sy'n digwydd yn naturiol a all atal cyrydiad trydanol rhag rhyddhau dwyn, ymestyn oes ireidiau a Bearings, ac yn y pen draw achosi methiant dwyn. Mae'n ddelfrydol i'w ddefnyddio mewn amrywiaeth o sectorau, gan gynnwys ceir trydan.
Mae Bearings ceramig yn disodli Bearings peli dur yn gynyddol yn oes gyriannau trydan. Defnyddir Bearings wedi'u hinswleiddio â phêl seramig silicon nitride mewn modelau domestig Xiaopeng P7, G9, Weilai ET7, a modelau eraill. Er enghraifft, mae siafft allbwn y modur a ddefnyddir gan Tesla yn defnyddio Bearings ceramig, Bearings ceramig hybrid a ddyluniwyd gan NSK, a pheli dwyn wedi'u gwneud o 50 o beli nitrid silicon.
Gwasgu isostatig poeth (HIP) a sinterio pwysedd nwy (GPS) yw'r ddwy dechneg baratoadol mwyaf poblogaidd ar gyfer sintro peli ceramig nitrid silicon. Mae'r ddau ddull hyn yn cynhyrchu peli ceramig a ddefnyddir yn aml mewn llawer o leoliadau. Mae silicon nitrid HIP yn darparu rhinweddau mecanyddol uwch a bywyd blinder hirach na nitrid silicon GPS.
Ar hyn o bryd, mae cwmnïau tramor adnabyddus yn parhau i reoli cyfran y farchnad ryngwladol a chyfeiriad datblygu, tra bod corfforaethau Japaneaidd, Ewropeaidd ac America yn parhau i ddominyddu gweithgynhyrchu nwyddau dwyn ceramig pen uchel. Yn 2015 sefydlwyd National Materials High-Tech Nitride Ceramics Co, Ltd yn fy nghenedl.
wedi gwneud cynnydd sylweddol yn y dechnoleg ar gyfer masgynhyrchu peli ceramig silicon nitrid poeth wedi'u gwasgu'n isostatically, gan ei wneud y cwmni cyntaf yn Tsieina i sefydlu cynhyrchiad màs o'r deunyddiau hyn a'r trydydd cwmni yn gyffredinol, y tu ôl i Toshiba yn Japan a Kustec yn yr Unol Daleithiau. Mae SKF yn Sweden, Timken yn yr Unol Daleithiau, GMN yn yr Almaen, a Forsa yn Sbaen ymhlith y gwledydd y mae ei gynhyrchion yn cael eu cludo iddynt. Ar ben hynny, mae Sinoceramic Jinsheng ac eraill yn defnyddio dulliau cymaradwy i greu peli dwyn nitrid silicon gyda chryfder plygu 1000 MPa.
02 Dargludedd thermol uchel swbstrad ceramig nitrid silicon
Defnyddir swbstradau ceramig nitrid silicon yn bennaf yn yr unedau pŵer, dyfeisiau lled-ddargludyddion a gwrthdroyddion cerbydau trydan pur (EV) a cherbydau trydan hybrid (HEV), ac mae ganddynt botensial marchnad enfawr a rhagolygon cymhwyso.
Ar hyn o bryd, mae angen cryfder plygu o 650 MPa, gwydnwch torasgwrn o 5–7 MPa·m1/2, a dargludedd thermol o 85 W/(m·K) ar gyfer defnydd masnachol o ddeunyddiau swbstrad ceramig silicon nitrid dargludedd thermol uchel. Y Toshiba Group, Hitachi Metals, Nippon Electric Chemical, Maruwa, a Nippon Fine Ceramics yw'r prif gwmnïau sydd â'r gallu i fasgynhyrchu swbstradau ceramig nitrid silicon â dargludedd thermol uchel.
Yn ogystal, bu rhywfaint o gynnydd mewn ymchwil ddomestig ar ddeunyddiau swbstrad ceramig nitrid silicon. Trwy optimeiddio'r dull a'r broses sintro, mae Beijing Sinoma Artificial Crystal Research Institute Co, Ltd wedi llwyddo i baratoi swbstrad ceramig nitrid silicon gyda chryfder plygu o 700-800MPa, caledwch torri asgwrn o ≥8MPa·m1/2, a dargludedd thermol o ≥80W/(m·K). Mae gan y swbstrad ceramig nitrid silicon a weithgynhyrchir gan Gangen Beijing o Sinoma High-Tech Nitride Ceramics Co., Ltd. gan ddefnyddio'r broses castio tâp ddargludedd thermol o 100 W/(m·K).
Ar hyn o bryd mae cerbydau trydan yn symud yn agosach at ddeallusrwydd o ganlyniad i boblogrwydd cynyddol cerbydau ynni newydd a datblygiad deallusrwydd artiffisial (AI). Mae gweithgynhyrchwyr ceir hefyd wedi dangos diddordeb mewn amrywiaeth o ddeunyddiau ceramig, gan gynnwys deunyddiau pacio lidar, breciau ceramig carbon, MLCC gallu uchel, deunyddiau dargludol thermol ceramig, ac ati.
Gweithgynhyrchu lled-ddargludyddion
Mae cyfraith ddiwydiannol "un genhedlaeth o dechnoleg, un genhedlaeth o broses, un genhedlaeth o offer" yn llywodraethu'r diwydiant lled-ddargludyddion, ac mae datblygiadau mewn technoleg rhan fanwl yn hanfodol i foderneiddio ac iteriad offer lled-ddargludyddion. Rhannau cerameg manwl gywir yw'r deunyddiau mwyaf cynrychioliadol ar gyfer rhannau manwl lled-ddargludyddion yn eu plith. Fe'u defnyddir mewn nifer o brosesau gweithgynhyrchu lled-ddargludyddion allweddol, gan gynnwys ysgythru, dyddodiad anwedd cemegol, dyddodiad anwedd corfforol, a mewnblannu ïon. fel breichiau trin mecanyddol, chucks electrostatig, leinin, rheiliau tywys, a Bearings, ymhlith eraill. Mae'n cyflawni rolau sefydlogi, amddiffyn a thynnu sylw, yn enwedig o fewn ceudod yr offer.
Cynhyrchu lled-ddargludyddion Mae'r diwydiant lled-ddargludyddion yn cael ei lywodraethu gan gyfraith ddiwydiannol "un genhedlaeth o dechnoleg, un genhedlaeth o broses, un genhedlaeth o offer," ac mae gwelliannau mewn technoleg rhan fanwl yn hanfodol i foderneiddio ac iteriad peiriannau lled-ddargludyddion. O'r holl ddeunyddiau a ddefnyddir ar gyfer rhannau manwl lled-ddargludyddion, rhannau ceramig manwl gywir yw'r rhai mwyaf cynrychioliadol. Fe'u cyflogir mewn ysgythru, dyddodiad anwedd cemegol, dyddodiad anwedd corfforol, a mewnblannu ïon, ymhlith gweithdrefnau gweithgynhyrchu lled-ddargludyddion pwysig eraill. megis berynnau, leinin, rheiliau tywys, chucks electrostatig, a breichiau trin mecanyddol, i enwi ond ychydig. Mae'n gwasanaethu fel dargyfeirio, amddiffyn, a sefydlogi, yn enwedig y tu mewn i'r ceudod offer.
Diwydiant arbed ynni a diogelu'r amgylchedd
O dan arweiniad y polisi "carbon deuol" cenedlaethol, mae pob diwydiant yn datblygu'n raddol i gyfeiriad arbed ynni, lleihau carbon, lleihau llygredd, a gwella effeithlonrwydd. O dan y cefndir hwn, mae'r diwydiant cerameg yn wynebu pwysau defnydd o ynni a diogelu'r amgylchedd, ond mae hefyd yn dod â chyfleoedd datblygu newydd i ddeunyddiau ceramig.
01 Pilen seramig
Er mwyn disodli technoleg gwahanu hidlo confensiynol, mae technoleg gwahanu bilen gyda philen ceramig yn greiddiol iddo ar hyn o bryd yn cael ei ddefnyddio'n bennaf fel proses wahanu effeithlonrwydd uchel yn y diwydiant prosesau a meysydd trin dŵr arbennig ar gyfer gwahanu hidlo, canolbwyntio a phuro, a thynnu puro a chael gwared ar amhuredd.
Pilen fflat ceramig
Yn eu plith, gellir hidlo, gwahanu a phuro hylifau mewn lleoliadau cymhleth gan ddefnyddio pilenni gwastad ceramig perfformiad uchel. Mae gwrthsefyll tymheredd a phwysau uchel, sefydlogrwydd cemegol cryf, effeithlonrwydd hidlo uchel, dibynadwyedd da, costau gweithredu a chynnal a chadw isel, bywyd gwasanaeth estynedig, a chyfeillgarwch amgylcheddol trwy gydol y cylch bywyd yn rhai o'u nodweddion. Fe'i defnyddiwyd yn eang a'i hyrwyddo ym meysydd carthffosiaeth ddinesig, trin dŵr wedi'i ddosbarthu, trin dŵr du ac arogl, ailddefnyddio dŵr wedi'i adennill, a thrin dŵr gwastraff parc diwydiannol. Dyma'r prif gyfeiriad datblygu ym maes pilenni gwahanu cerameg perfformiad uchel rhyngwladol ac mae ganddo ystod eang o ragolygon marchnad.
Ynghyd â thrin dŵr, mae rheoli llygredd aer yn fy nghenedl hefyd ar y gorwel. Mae catalydd nano-denitrification system daear-metel prin sy'n gyfeillgar i'r amgylchedd yn cael ei lwytho ar ddeunydd bilen cyfansawdd ffibr ceramig fel y corff cefnogi i greu'r bilen ffibr tymheredd uchel ar gyfer dadnitreiddiad a thynnu llwch, elfen hidlo gyda swyddogaethau dadnitreiddio a thynnu llwch integredig a all gyflawni puro nwy yn uniongyrchol o dan amodau tymheredd uchel.
02 Airgel
Mae datblygiad gwyrdd a charbon isel helaeth aerogel, sef deunydd inswleiddio gwych, wedi creu potensial nas clywyd hyd yn hyn ar gyfer twf y sector aergel. Rhagwelir y bydd y dechnoleg airgel newydd yn cael ei hintegreiddio â thwf gweithgynhyrchu gwyrdd i greu mwy o gymwysiadau cynnyrch newydd yn unol â thueddiad diwydiannau gwyrdd yn datblygu'n gyflymach.
Mae gan Airgel ddwysedd isel iawn, mandylledd uwch-uchel, mynegai plygiannol isel, dargludedd thermol isel, rhwystriant acwstig isel a nodweddion eraill nad oes gan ddeunyddiau solet cyffredinol. Mae'r nodweddion hyn yn golygu bod ganddo ragolygon cymhwysiad gwych ym meysydd inswleiddio thermol, biofeddygaeth, inswleiddio sain, arsugniad, ac ati, ac mae potensial galw'r farchnad yn enfawr.
Diwydiant biofeddygaeth
Bydd mwy a mwy o fewnblaniadau ac organau artiffisial yn cael eu defnyddio mewn lleoliadau therapiwtig wrth i gymdeithas ddatblygu ac wrth i fywydau pobl wella. Yn fy nghenedl, mae metelau fel dur di-staen ac aloion cobalt wedi cael eu defnyddio ers tro ar gyfer iachau a thrwsio orthopedig oherwydd eu rhinweddau mecanyddol a rheoli uwch; serch hynny, mae eu biocompatibility yn ddiffygiol. O ganlyniad, mae'r farchnad ac ymchwil ar gyfer deunyddiau cotio neu fiocerameg sy'n iachach ac yn fwy cydnaws yn ehangu'n gyflym.
Oherwydd eu caledwch torri asgwrn eithriadol a'u gwrthsefyll traul, mae cerameg biofeddygol fel Al2O3, ZrO2, ZTA, Si3N4, a deunyddiau cerameg cyfansawdd cysylltiedig yn cael eu defnyddio'n aml mewn prosthesisau cario llwyth llawfeddygol, mewnblaniadau deintyddol, amnewidion esgyrn, ac ati. Ymhlith y rhain, mae silicon nitrid yn cyfuno'r effaith bactericidal ac eiddo hunan-iro, ac mae gan ei fewnblaniad sefydlogrwydd biolegol sefydlog hirdymor.
Yn 2022, rhagwelir y bydd maint y farchnad fyd-eang ar gyfer deunyddiau cerameg meddygol oddeutu $ 15 biliwn USD. Yn 2022, disgwylir i'r farchnad deunyddiau ceramig meddygol yn Tsieina fod yn werth tua 4.5 biliwn o ddoleri'r UD. O'r rhain, cerameg alwmina yw'r mwyafrif (tua 60%). Defnyddir cerameg nitrid silicon ar gyfer mewnblaniadau orthopedig, tra bod cerameg zirconia yn cael ei ddefnyddio'n bennaf mewn deintyddiaeth.
Y sector awyrofod
Mae serameg yn gyson yn sefyll allan am eu perfformiad eithriadol mewn amrywiaeth o sefyllfaoedd cais llym. Y diwydiannau milwrol ac awyrofod yw dwy o'r marchnadoedd cymwysiadau mwyaf poblogaidd ar gyfer cerameg uwch. "Ymwrthedd tymheredd uchel" a "llechwraidd" yw'r ddwy linell datblygu cerameg sylfaenol yn y diwydiant awyrofod.
Mae gan y genhedlaeth newydd o beiriannau hedfan milwrol angen cynyddol am ddeunyddiau strwythurol newydd sy'n gwrthsefyll tymheredd uchel wrth i botensial crisialau sengl, haenau rhwystr thermol, ac oeri aer gweithredol gael ei ddisbyddu'n raddol. Mae SiC / SiC-CMC wedi dod i'r amlwg fel un o'r opsiynau gorau ar gyfer deunyddiau strwythurol sy'n gwrthsefyll tymheredd uchel. Mae SiC / SiC-CMC yn cael ei gryfhau a'i gryfhau i raddau helaeth gan ffibr carbid silicon. Y deunydd crai pwysicaf ar gyfer SiC / SiC-CMC yw ffibr carbid silicon, sydd ag ymwrthedd tymheredd uwch na 1200 ° C ac sydd wedi tynnu sylw pwerau hedfan mewn cystadleuaeth ymchwil.
Yn nodweddiadol yn cynnwys cyfrwng amsugno (amsugnol) a deunydd matrics (a elwir weithiau'n rhwymwr), mae deunyddiau amsugno ymhlith y deunyddiau llechwraidd mwyaf hanfodol. Silicon carbid yw'r prif gynhwysyn a ddefnyddir i greu deunyddiau ceramig amsugnol aml-fand; nanoronynnau seramig anorganig a deunyddiau polymer anorganig yn cyfuno i ffurfio seramig isgoch deunyddiau llechwraidd, yn fath o cotio. Er mwyn cynhyrchu amsugno tonnau electromagnetig band eang effeithiol, mae nanoronynnau ceramig anorganig yn cael eu gwasgaru'n unffurf mewn matrics polymerau anorganig a'u rheoli'n ofalus.