Pet glavnih industrija za budući razvoj keramičkih proizvoda
Industrija električnih vozila
Kina je proizvela i prodala 6,253 milijuna odnosno 6,067 milijuna novih energetskih automobila između siječnja i studenog, što je oko 100% više u odnosu na prethodnu godinu, s 25% tržišnog udjela, prema najnovijim podacima Kineske udruge proizvođača automobila. Uz rast proizvodnje i prodaje koji je daleko nadmašio tržište tijekom tog vremena, prodor novih energetskih vozila premašio je 36% i nastavlja rasti. Tehnologija električnih vozila neprestano se razvija, što je ubrzalo zamjenu dizajna komponenti i materijala. Upotreba novih energetskih električnih vozila u potpunosti je prihvatila napredne keramičke materijale zbog njihovih jedinstvenih prednosti u izvedbi.
Među njima prevladavaju HIP ležajne kuglice od silicij nitrida i supstrati od silicij nitrida visoke toplinske vodljivosti.
01 HIP kuglice za ležajeve od silicij nitrida
Ležajevi motora za nova energetska vozila zahtijevaju materijale manje gustoće i relativno otpornije na habanje zbog veće brzine vrtnje u usporedbi sa standardnim ležajevima. U keramičkim ležajevima od silicij nitrida, kuglice proizvode manje topline i trenja unutar sustava ležaja. Točnije, silicijev nitrid prirodni je električni izolator koji može spriječiti električnu koroziju uzrokovanu pražnjenjem ležaja, produljiti vijek trajanja maziva i ležajeva i eventualno izazvati kvar ležaja. Idealan je za korištenje u raznim sektorima, uključujući električne automobile.
Keramički ležajevi sve više zamjenjuju čelične kuglične ležajeve u doba električnih pogona. Keramički kuglični izolirani ležajevi od silikon nitrida koriste se u domaćim modelima Xiaopeng P7, G9, Weilai ET7 i drugim. Na primjer, izlazna osovina motora koju koristi Tesla koristi keramičke ležajeve, hibridne keramičke ležajeve koje je dizajnirao NSK i kuglice ležaja izrađene od 50 kuglica od silicij nitrida.
Vruće izostatičko prešanje (HIP) i sinteriranje pod pritiskom plina (GPS) dvije su najpopularnije pripremne tehnike za sinteriranje keramičkih kuglica od silicij nitrida. Ove dvije metode daju keramičke kuglice koje se često koriste u mnogim okruženjima. HIP silicijev nitrid pruža superiorne mehaničke kvalitete i dulji vijek trajanja od zamora od GPS silicij nitrida.
Trenutačno, poznate strane tvrtke i dalje kontroliraju udio na međunarodnom tržištu i smjer razvoja, dok japanske, europske i američke korporacije i dalje dominiraju proizvodnjom vrhunske keramike s ležajevima. U mojoj zemlji 2015. osnovana je tvrtka National Materials High-Tech Nitride Ceramics Co., Ltd.
napravio je značajan napredak u tehnologiji masovne proizvodnje toplo izostatski prešanih keramičkih kuglica od silicij nitrida, čime je postao prva tvrtka u Kini koja je uspostavila masovnu proizvodnju ovih materijala i treća tvrtka ukupno, iza Toshibe u Japanu i Kusteca u Sjedinjenim Državama. SKF u Švedskoj, Timken u SAD-u, GMN u Njemačkoj i Forsa u Španjolskoj su među zemljama u koje se isporučuju njegovi proizvodi. Nadalje, usporedive metode koriste Sinoceramic Jinsheng i drugi za stvaranje kuglica koje nose silicijev nitrid sa čvrstoćom na savijanje od 1000 MPa.
02 Keramički supstrat od silicijevog nitrida visoke toplinske vodljivosti
Keramičke podloge od silicijevog nitrida uglavnom se koriste u pogonskim jedinicama, poluvodičkim uređajima i pretvaračima čisto električnih vozila (EV) i hibridnih električnih vozila (HEV), te imaju ogroman tržišni potencijal i izglede za primjenu.
Trenutačno je potrebna čvrstoća na savijanje od 650 MPa, žilavost loma od 5-7 MPa·m1/2 i toplinska vodljivost od 85 W/(m·K) za komercijalnu upotrebu keramičkih supstratnih materijala visoke toplinske vodljivosti od silicijevog nitrida. Grupa Toshiba, Hitachi Metals, Nippon Electric Chemical, Maruwa i Nippon Fine Ceramics primarne su tvrtke koje posjeduju kapacitet za masovnu proizvodnju keramičkih supstrata od silicij nitrida s visokom toplinskom vodljivošću.
Dodatno, došlo je do određenog napretka u domaćim istraživanjima keramičkih supstratnih materijala od silicijevog nitrida. Optimizirajući metodu i proces sinteriranja, Beijing Sinoma Artificial Crystal Research Institute Co., Ltd. uspješno je pripremio keramičku podlogu od silicij nitrida sa čvrstoćom na savijanje od 700-800MPa, žilavošću loma od ≥8MPa·m1/2 i toplinskom vodljivošću od ≥80W/(m·K). Keramički supstrat od silicijevog nitrida proizveden od strane pekinške podružnice Sinoma High-Tech Nitride Ceramics Co., Ltd. korištenjem postupka lijevanja trake ima toplinsku vodljivost od 100 W/(m·K).
Električna vozila trenutno se približavaju inteligenciji kao rezultat sve veće popularnosti novih energetskih vozila i razvoja umjetne inteligencije (AI). Proizvođači automobila također su pokazali zanimanje za razne keramičke materijale, uključujući materijale za pakiranje lidara, karbonske keramičke kočnice, MLCC velikog kapaciteta, keramičke materijale koji provode toplinu itd.
Proizvodnja poluvodiča
Industrijski zakon "jedna generacija tehnologije, jedna generacija procesa, jedna generacija opreme" upravlja industrijom poluvodiča, a napredak u tehnologiji preciznih dijelova ključan je za modernizaciju i iteraciju poluvodičke opreme. Precizni keramički dijelovi među njima su najreprezentativniji materijali za poluvodičke precizne dijelove. Koriste se u nizu ključnih procesa proizvodnje poluvodiča, uključujući jetkanje, kemijsko taloženje iz pare, fizičko taloženje iz pare i ionsku implantaciju. kao što su mehaničke ruke za rukovanje, elektrostatičke stezne glave, košuljice, vodilice i ležajevi, između ostalog. Obavlja ulogu stabilizacije, obrane i distrakcije, osobito unutar šupljine opreme.
Proizvodnja poluvodiča Industrijom poluvodiča upravlja industrijski zakon "jedna generacija tehnologije, jedna generacija procesa, jedna generacija opreme", a poboljšanja u tehnologiji preciznih dijelova ključna su za modernizaciju i iteraciju poluvodičkih strojeva. Od svih materijala koji se koriste za poluvodičke precizne dijelove, precizni keramički dijelovi su najreprezentativniji. Oni se koriste u jetkanju, kemijskom taloženju iz pare, fizičkom taloženju iz pare i ionskoj implantaciji, među ostalim važnim postupcima proizvodnje poluvodiča. kao što su ležajevi, košuljice, tračnice za vođenje, elektrostatičke stezne glave i mehaničke ruke za rukovanje, da spomenemo samo neke. Služi za skretanje, obranu i stabilizaciju, posebno unutar šupljine opreme.
Industrija za uštedu energije i zaštitu okoliša
Pod vodstvom nacionalne politike "dvostrukog ugljika", sve se industrije postupno razvijaju u smjeru uštede energije, smanjenja ugljika, smanjenja zagađenja i poboljšanja učinkovitosti. U tom kontekstu, keramička industrija suočava se s pritiscima potrošnje energije i zaštite okoliša, ali također donosi nove razvojne mogućnosti keramičkim materijalima.
01 Keramička membrana
Kako bi se zamijenila konvencionalna tehnologija odvajanja filtracije, tehnologija odvajanja membrana s keramičkom membranom u svojoj jezgri trenutno se primarno koristi kao visokoučinkoviti proces odvajanja u procesnoj industriji i posebnim područjima obrade vode za odvajanje filtracijom, koncentraciju i pročišćavanje, te pročišćavanje i uklanjanje nečistoća.
Keramička ravna membrana
Među njima, tekućine u složenim postavkama mogu se filtrirati, odvojiti i pročistiti pomoću keramičkih ravnih membrana visoke učinkovitosti. Otpornost na visoke temperature i tlakove, snažna kemijska stabilnost, visoka učinkovitost filtriranja, dobra pouzdanost, niski troškovi rada i održavanja, produljeni radni vijek i prihvatljivost za okoliš tijekom životnog ciklusa neki su od njihovih atributa. Naširoko se koristi i promiče u područjima gradske kanalizacije, distribuirane obrade vode, obrade crne i neugodne vode, ponovne upotrebe obnovljene vode i obrade otpadnih voda industrijskih parkova. To je primarni smjer razvoja u području međunarodnih keramičkih separacijskih membrana visokih performansi i ima širok raspon tržišnih izgleda.
Zajedno s pročišćavanjem vode, upravljanje onečišćenjem zraka u mojoj zemlji također je na vidiku. Ekološki prihvatljiv nanodenitrifikacijski katalizator sustava oksida rijetkih zemnih metala nanosi se na kompozitni membranski materijal od keramičkih vlakana kao nosivo tijelo za stvaranje visokotemperaturne vlaknaste membrane za denitrifikaciju i uklanjanje prašine, filtarskog elementa s integriranim funkcijama denitrifikacije i uklanjanja prašine koji može postići izravno pročišćavanje plina u uvjetima visoke temperature.
02 Aerogel
Opsežan zeleni i niskougljični razvoj aerogela, super izolacijskog materijala, stvorio je do sada nečuveni potencijal za rast sektora aerogela. Očekuje se da će nova tehnologija aerogela biti integrirana s rastom zelene proizvodnje kako bi se stvorilo više novih aplikacija proizvoda u skladu s trendom bržeg razvoja zelenih industrija.
Aerogel ima izuzetno nisku gustoću, ultravisoku poroznost, nizak indeks loma, nisku toplinsku vodljivost, nisku akustičnu impedanciju i druge karakteristike koje uobičajeni čvrsti materijali nemaju. Zbog ovih karakteristika ima velike izglede za primjenu u područjima toplinske izolacije, biomedicine, zvučne izolacije, adsorpcije itd., a potencijal potražnje na tržištu je ogroman.
Industrija biomedicine
Sve više i više umjetnih implantata i organa koristit će se u terapijskim okruženjima kako se društvo bude razvijalo, a životi ljudi postajali bolji. U mojoj zemlji, metali poput nehrđajućeg čelika i legura kobalta dugo su se koristili za ortopedsko liječenje i popravke zbog svojih superiornih mehaničkih i kontrolnih kvaliteta; unatoč tome nedostaje im biokompatibilnost. Posljedično, tržište i istraživanje materijala za premazivanje ili biokeramike koji su zdraviji i kompatibilniji brzo se šire.
Zbog svoje iznimne otpornosti na lom i otpornosti na habanje, biomedicinska keramika kao što su Al2O3, ZrO2, ZTA, Si3N4 i srodni kompozitni keramički materijali često se koriste u kirurškim nosivim protezama, zubnim implantatima, nadomjescima za kosti itd. Cirkonij oksid se često koristi u materijalima za dentalne restauracije zbog svoje dobre izvedbe i ljepote, ali svoju snagu duguje staklu keramika. Među njima, silicijev nitrid kombinira baktericidni učinak i svojstva samopodmazivanja, a njegov implantat ima dugoročnu stabilnu biološku stabilnost.
U 2022. projicira se da će veličina svjetskog tržišta medicinskih keramičkih materijala biti oko 15 milijardi USD. Očekuje se da će 2022. godine tržište medicinskih keramičkih materijala u Kini biti vrijedno približno 4,5 milijardi američkih dolara. Od njih većinu čini aluminijeva keramika (oko 60%). Silicij nitrid keramika koristi se za ortopedske implantate, dok se cirkonij keramika prvenstveno koristi u stomatologiji.
Zrakoplovni sektor
Keramika se dosljedno ističe svojim iznimnim performansama u raznim teškim situacijama primjene. Vojna i zrakoplovna industrija dva su od najomiljenijih tržišta za primjenu napredne keramike. "Otpornost na visoke temperature" i "stealth" dvije su primarne razvojne linije keramike u zrakoplovnoj industriji.
Nova generacija motora vojnog zrakoplovstva ima sve veću potrebu za novim strukturnim materijalima otpornim na visoke temperature jer se potencijal monokristala, toplinskih barijernih premaza i aktivnog zračnog hlađenja postupno iscrpljuje. SiC/SiC-CMC se pojavio kao jedna od najboljih opcija za konstrukcijske materijale otporne na visoke temperature. SiC/SiC-CMC ojačan je i ojačan velikim dijelom silicij-karbidnim vlaknima. Najvažnija sirovina za SiC/SiC-CMC je vlakno od silicijevog karbida, koje ima otpornost na temperaturu iznad 1200°C i privuklo je pozornost zrakoplovnih sila u istraživačkom natjecanju.
Obično se sastoje od upijajućeg medija (upijajućeg) i matričnog materijala (ponekad poznatog kao vezivo), upijajući materijali su među najvažnijim stealth materijalima. Silicijev karbid primarni je sastojak koji se koristi za izradu višepojasnih upijajućih keramičkih materijala; anorganske keramičke nanočestice i anorganski polimerni materijali kombiniraju se kako bi formirali keramičke infracrvene stealth materijale, neku vrstu premaza. Kako bi se proizvela učinkovita širokopojasna apsorpcija elektromagnetskih valova, anorganske keramičke nanočestice jednoliko su raspršene u anorganskoj polimernoj matrici i pažljivo kontrolirane.