Fem store industrier for den fremtidige udvikling af keramiske produkter

Industri for elbiler

 

Kina producerede og solgte henholdsvis 6,253 millioner og 6,067 millioner nye energibiler mellem januar og november, en stigning på omkring 100 % år over år, med en markedsandel på 25 %, ifølge de seneste tal fra China Association of Automobile Manufacturers. Sammen med produktions- og salgsvækst, der langt oversteg markedet i den periode, har indtrængen af ​​nye energikøretøjer oversteget 36% og fortsætter med at stige. Teknologien til elektriske køretøjer udvikler sig konstant, hvilket har fremskyndet udskiftningen af ​​dets komponentdesign og materialer. Brugen af ​​nye energikøretøjer har fuldt ud omfavnet avancerede keramiske materialer på grund af deres unikke ydeevnefordele.

Blandt dem er HIP siliciumnitridbærende kugler og siliciumnitridsubstrater med høj termisk ledningsevne udbredt.

 

 

01 HIP-kugler til siliciumnitridlejer

Motorlejer til nye energikøretøjer kræver lavere densitet og relativt mere slidstærke materialer på grund af deres højere rotationshastigheder sammenlignet med standardlejer. I siliciumnitrid keramiske lejer producerer kuglerne mindre varme og friktion i lejesystemet. Specifikt er siliciumnitrid en naturligt forekommende elektrisk isolator, der kan forhindre elektrisk korrosion fra lejeudladning, forlænge levetiden af ​​smøremidler og lejer og i sidste ende forårsage lejefejl. Den er ideel til brug i en række forskellige sektorer, herunder elbiler.

 

Keramiske lejer erstatter i stigende grad stålkuglelejer i en tid med elektriske drev. Siliciumnitrid keramiske kugleisolerede lejer bruges i indenlandske Xiaopeng P7, G9, Weilai ET7 og andre modeller. For eksempel anvender udgangsakslen på motoren, der bruges af Tesla, keramiske lejer, hybride keramiske lejer designet af NSK og lejekugler lavet af 50 siliciumnitridkugler.

Varm isostatisk presning (HIP) og gastryksintring (GPS) er de to mest populære forberedende teknikker til siliciumnitrid keramisk kuglesintring. Disse to metoder giver keramiske kugler, der ofte bruges i mange omgivelser. HIP siliciumnitrid giver overlegne mekaniske kvaliteter og en længere træthedslevetid end GPS siliciumnitrid.

I øjeblikket fortsætter velkendte udenlandske firmaer med at kontrollere den internationale markedsandel og udviklingsretning, mens japanske, europæiske og amerikanske virksomheder fortsætter med at dominere fremstillingen af ​​avancerede keramiske lejevarer. I 2015 blev National Materials High-Tech Nitride Ceramics Co., Ltd. etableret i mit land.

gjort et betydeligt fremskridt inden for teknologien til masseproduktion af varme isostatisk pressede keramiske bolde af siliciumnitrid, hvilket gør det til det første firma i Kina, der etablerede masseproduktion af disse materialer og det tredje selskab samlet set, bag Toshiba i Japan og Kustec i USA. SKF i Sverige, Timken i USA, GMN i Tyskland og Forsa i Spanien er blandt de lande, som deres produkter sendes til. Desuden anvendes sammenlignelige metoder af Sinoceramic Jinsheng og andre til at skabe siliciumnitrid-lejekugler med en bøjningsstyrke på 1000 MPa.

 

 

02 Høj termisk ledningsevne siliciumnitrid keramisk substrat

Keramiske siliciumnitridsubstrater bruges hovedsageligt i kraftenheder, halvlederenheder og invertere til rene elektriske køretøjer (EV) og hybride elektriske køretøjer (HEV), og har et enormt markedspotentiale og anvendelsesmuligheder.

I øjeblikket kræves bøjningsstyrke på 650 MPa, brudsejhed på 5-7 MPa·m1/2 og termisk ledningsevne på 85 W/(m·K) til kommerciel brug af siliciumnitrid-keramiske substratmaterialer med høj termisk ledningsevne. Toshiba Group, Hitachi Metals, Nippon Electric Chemical, Maruwa og Nippon Fine Ceramics er de primære virksomheder, der har kapaciteten til at masseproducere siliciumnitrid keramiske substrater med høj varmeledningsevne.

 

Derudover har der været nogle fremskridt inden for indenlandsk forskning om siliciumnitrid keramiske substratmaterialer. Ved at optimere sintringsmetoden og -processen har Beijing Sinoma Artificial Crystal Research Institute Co., Ltd. med succes forberedt et siliciumnitrid keramisk substrat med en bøjningsstyrke på 700-800MPa, en brudsejhed på ≥8MPa·m1/2 og en termisk ledningsevne på ≥80W/(m·K). Det keramiske siliciumnitridsubstrat fremstillet af Beijing Branch of Sinoma High-Tech Nitride Ceramics Co., Ltd. ved brug af tapestøbningsprocessen har en termisk ledningsevne på 100 W/(m·K).

 

Elektriske køretøjer rykker i øjeblikket tættere på intelligens som følge af den voksende popularitet af nye energikøretøjer og udviklingen af ​​kunstig intelligens (AI). Bilproducenter har også vist interesse for en række keramiske materialer, herunder lidar-pakningsmaterialer, kulstofkeramiske bremser, højkapacitets MLCC, keramiske termiske ledende materialer osv.

 

Fremstilling af halvledere

Den industrielle lov om "en generation af teknologi, en generation af proces, en generation af udstyr" styrer halvlederindustrien, og fremskridt inden for præcisionsdelteknologi er afgørende for moderniseringen og iterationen af ​​halvlederudstyr. Præcision keramiske dele er de mest repræsentative materialer til halvleder præcision dele blandt dem. De bruges i en række vigtige halvlederfremstillingsprocesser, herunder ætsning, kemisk dampaflejring, fysisk dampaflejring og ionimplantation. såsom mekaniske håndteringsarme, elektrostatiske patroner, liners, styreskinner og lejer, blandt andre. Den udfører rollerne som stabilisering, forsvar og distraktion, især i udstyrshulrummet.

 

Produktion af halvledere Halvlederindustrien er styret af den industrielle lovgivning om "en generation af teknologi, en generation af proces, en generation af udstyr," og forbedringer i præcision del teknologi er afgørende for modernisering og iteration af halvleder maskineri. Af alle de materialer, der bruges til halvlederpræcisionsdele, er præcisionskeramiske dele de mest repræsentative. De anvendes til ætsning, kemisk dampaflejring, fysisk dampaflejring og ionimplantation, blandt andre vigtige halvlederfremstillingsprocedurer. såsom lejer, foringer, styreskinner, elektrostatiske patroner og mekaniske håndteringsarme, for at nævne nogle få. Det tjener som afledning, forsvar og stabilisering, især inde i udstyrshulrummet.

 

 

Energibesparende og miljøbeskyttelsesindustrien

Under vejledning af den nationale "dual carbon"-politik udvikler alle industrier sig gradvist i retning af energibesparelser, kulstofreduktion, forureningsreduktion og effektivitetsforbedring. På denne baggrund står den keramiske industri over for energiforbrug og miljøbeskyttelse, men det bringer også nye udviklingsmuligheder til keramiske materialer.

 

 

01 Keramisk membran

For at erstatte konventionel filtreringsseparationsteknologi anvendes membranseparationsteknologi med keramisk membran i sin kerne i øjeblikket primært som en højeffektiv separationsproces i procesindustrien og specielle vandbehandlingsområder til filtreringsseparation, koncentrering og rensning samt rensning og urenhedsfjernelse.

Keramisk flad membran

Blandt dem kan væsker i komplekse omgivelser filtreres, separeres og renses ved hjælp af højtydende keramiske flade membraner. Høj temperatur- og trykbestandighed, stærk kemisk stabilitet, høj filtreringseffektivitet, god pålidelighed, lave drifts- og vedligeholdelsesomkostninger, forlænget levetid og miljøvenlighed gennem hele livscyklussen er nogle af deres egenskaber. Det er blevet meget brugt og promoveret inden for områderne kommunalt spildevand, distribueret vandbehandling, sort og lugtende vandbehandling, genbrugt vand og industriparkspildevandsrensning. Det er den primære udviklingsretning inden for internationale højtydende keramiske separationsmembraner og har en bred vifte af markedsudsigter.

Sammen med vandbehandling er håndtering af luftforurening i mit land også i horisonten. Den miljøvenlige nano-denitrifikationskatalysator for sjældne jordarters jordarter er fyldt på keramisk fiberkompositmembranmateriale som støttelegemet for at skabe højtemperaturfibermembranen til denitrifikation og støvfjernelse, et filterelement med integrerede denitrifikations- og støvfjernelsesfunktioner, der kan opnå direkte rensning af gas under høje temperaturforhold.

 

 

02 Aerogel

Den omfattende grønne og kulstoffattige udvikling af aerogel, et superisolerende materiale, har skabt et hidtil uhørt potentiale for væksten af ​​aerogel-sektoren. Den nye aerogel-teknologi forventes at blive integreret med væksten i grøn fremstilling for at skabe flere nye produktapplikationer i overensstemmelse med tendensen til, at grønne industrier udvikler sig hurtigere.

 

Aerogel har ekstrem lav densitet, ultrahøj porøsitet, lavt brydningsindeks, lav termisk ledningsevne, lav akustisk impedans og andre egenskaber, som almindelige faste materialer ikke har. Disse egenskaber gør, at den har store anvendelsesmuligheder inden for termisk isolering, biomedicin, lydisolering, adsorption osv., og markedets efterspørgselspotentiale er enormt.

 

 

Biomedicinsk industri

Flere og flere kunstige implantater og organer vil blive brugt i terapeutiske omgivelser, efterhånden som samfundet udvikler sig, og folks liv bliver bedre. I mit land har metaller som rustfrit stål og koboltlegeringer længe været brugt til ortopædisk helbredelse og reparation på grund af deres overlegne mekaniske og kontrolmæssige egenskaber; ikke desto mindre mangler deres biokompatibilitet. Som følge heraf vokser markedet og forskningen for belægningsmaterialer eller biokeramik, der er sundere og mere kompatible, hurtigt.

På grund af deres exceptionelle brudsejhed og slidstyrke anvendes biomedicinsk keramik som Al2O3, ZrO2, ZTA, Si3N4 og beslægtede kompositkeramiske materialer ofte i kirurgiske bærende proteser, tandimplantater, knogleerstatninger osv. Zirconiumoxid er ofte brugt i dental, men på grund af dets gode restaureringsmaterialer, men dets gode ydeevne i dental og skønhed. glaskeramik. Blandt disse kombinerer siliciumnitrid den bakteriedræbende effekt og selvsmørende egenskaber, og dets implantat har langtidsstabil biologisk stabilitet.

I 2022 forventes størrelsen af ​​det verdensomspændende marked for medicinske keramiske materialer at være omkring $15 milliarder USD. I 2022 forventes markedet for medicinske keramiske materialer i Kina at være cirka 4,5 milliarder amerikanske dollars værd. Af dem udgør aluminiumoxidkeramik størstedelen (ca. 60%). Siliciumnitridkeramik anvendes til ortopædiske implantater, mens zirconiakeramik primært anvendes i tandplejen.

 

 

Luftfartssektoren

Keramik skiller sig konsekvent ud for deres exceptionelle ydeevne i en række barske anvendelsessituationer. Militær- og rumfartsindustrien er to af de mest populære applikationsmarkeder for avanceret keramik. "Høj temperaturbestandighed" og "stealth" er de to primære keramiske udviklingslinjer i rumfartsindustrien.

 

Den nye generation af militære luftfartsmotorer har et stigende behov for nye højtemperaturbestandige strukturelle materialer, da potentialet for enkeltkrystaller, termiske barrierebelægninger og aktiv luftkøling gradvist udtømmes. SiC/SiC-CMC har vist sig som en af ​​de bedste muligheder for højtemperaturbestandige konstruktionsmaterialer. SiC/SiC-CMC er forstærket og hærdet for en stor del af siliciumcarbidfiber. Det vigtigste råmateriale til SiC/SiC-CMC er siliciumcarbidfiber, som har en temperaturbestandighed på over 1200°C og har tiltrukket luftfartsmagternes opmærksomhed i en forskningskonkurrence.

 

 

Absorberende materialer, der typisk består af et absorberende medium (absorberende) og et matrixmateriale (nogle gange kendt som et bindemiddel), er blandt de mest afgørende stealth-materialer. Siliciumcarbid er den primære ingrediens, der bruges til at skabe absorberende keramiske materialer med flere bånd; uorganiske keramiske nanopartikler og uorganiske polymermaterialer kombineres for at danne keramiske infrarøde stealth-materialer, en slags belægning. For at producere effektiv bredbånds elektromagnetisk bølgeabsorption er uorganiske keramiske nanopartikler ensartet spredt i en uorganisk polymermatrix og omhyggeligt kontrolleret.