Öt fő iparág a kerámiatermékek jövőbeli fejlesztéséhez
Elektromos járművek ipar
A Kínai Autógyártók Szövetségének legfrissebb adatai szerint Kína 6,253 millió, illetve 6,067 millió új energiaautót gyártott és adott el január és november között, ami körülbelül 100%-os növekedés az előző évhez képest, és 25%-os piaci részesedéssel. A gyártás és az eladások növekedése mellett, amely ez idő alatt messze meghaladta a piacot, az új energiahordozók elterjedtsége meghaladta a 36%-ot, és tovább növekszik. Az elektromos járművek technológiája folyamatosan fejlődik, ami felgyorsította alkatrészeinek kialakítását és anyagainak cseréjét. Az új energiafelhasználású elektromos járművek használata teljes mértékben felkarolta a fejlett kerámia anyagokat egyedülálló teljesítményelőnyeik miatt.
Közülük a HIP szilícium-nitrid csapágygolyók és a nagy hővezető képességű szilícium-nitrid hordozók elterjedtek.
01 HIP golyók szilícium-nitrid csapágyakhoz
Az új energetikai járművek motorcsapágyai kisebb sűrűséget és viszonylag kopásállóbb anyagokat igényelnek a szabványos csapágyakhoz képest nagyobb forgási sebességük miatt. A szilícium-nitrid kerámia csapágyakban a golyók kevesebb hőt és súrlódást termelnek a csapágyrendszeren belül. Pontosabban, a szilícium-nitrid egy természetben előforduló elektromos szigetelő, amely meg tudja akadályozni a csapágyak kisüléséből eredő elektromos korróziót, meghosszabbítja a kenőanyagok és csapágyak élettartamát, és végül csapágyhibát okozhat. Ideális számos ágazatban való használatra, beleértve az elektromos autókat is.
Az elektromos hajtások korában a kerámia csapágyak egyre inkább felváltják az acél golyóscsapágyakat. A szilícium-nitrid kerámia golyós szigetelt csapágyakat a hazai Xiaopeng P7, G9, Weilai ET7 és más modellekben használják. Például a Tesla által használt motor kimenő tengelye kerámia csapágyakat, az NSK által tervezett hibrid kerámia csapágyakat és 50 szilícium-nitrid golyóból készült csapágygolyókat tartalmaz.
A forró izosztatikus préselés (HIP) és a gáznyomásos szinterezés (GPS) a két legnépszerűbb előkészítési technika a szilícium-nitrid kerámiagolyós szinterezéshez. Ez a két módszer kerámia golyókat eredményez, amelyeket gyakran használnak sok helyen. A HIP szilícium-nitrid kiváló mechanikai tulajdonságokat és hosszabb kifáradási élettartamot biztosít, mint a GPS szilícium-nitrid.
Jelenleg továbbra is a jól ismert külföldi cégek irányítják a nemzetközi piaci részesedést és a fejlesztési irányt, míg a japán, európai és amerikai vállalatok továbbra is uralják a csúcskategóriás kerámia csapágytermékek gyártását. 2015-ben megalakult a National Materials High-Tech Nitride Ceramics Co., Ltd. országomban.
jelentős előrelépést ért el a forró izosztatikusan préselt szilícium-nitrid kerámiagolyók tömeggyártásának technológiájában, így ez az első kínai vállalat, amely bevezette ezen anyagok tömeggyártását, és összességében a harmadik vállalat a japán Toshiba és az egyesült államokbeli Kustec mögött. A svéd SKF, az Egyesült Államokban a Timken, a németországi GMN és a spanyol Forsa azon országok közé tartozik, ahová termékeit szállítják. Ezenkívül a Sinoceramic Jinsheng és mások hasonló módszereket alkalmaznak 1000 MPa hajlítószilárdságú szilícium-nitrid csapágygolyók létrehozására.
02 Nagy hővezető képességű szilícium-nitrid kerámia hordozó
A szilícium-nitrid kerámia szubsztrátumokat főként tisztán elektromos járművek (EV) és hibrid elektromos járművek (HEV) tápegységeiben, félvezető eszközeiben és invertereiben használják, és hatalmas piaci potenciállal és alkalmazási kilátásokkal rendelkeznek.
Jelenleg 650 MPa hajlítószilárdság, 5–7 MPa·m1/2 szakítószilárdság és 85 W/(m·K) hővezető képesség szükséges a nagy hővezető képességű szilícium-nitrid kerámia hordozóanyagok kereskedelmi felhasználásához. A Toshiba Group, a Hitachi Metals, a Nippon Electric Chemical, a Maruwa és a Nippon Fine Ceramics az elsődleges vállalatok, amelyek képesek nagy hővezető képességű szilícium-nitrid kerámia hordozók tömeggyártására.
Emellett némi előrelépés történt a szilícium-nitrid kerámia hordozóanyagokkal kapcsolatos hazai kutatásokban. A szinterezési módszer és folyamat optimalizálásával a Beijing Sinoma Artificial Crystal Research Institute Co., Ltd. sikeresen készített egy szilícium-nitrid kerámia szubsztrátumot, amelynek hajlítószilárdsága 700-800 MPa, törési szívóssága ≥8MPa·m1/2 és hővezető képessége ≥m·8KW/(m·8K0). A Sinoma High-Tech Nitride Ceramics Co., Ltd. pekingi fióktelepe által szalagöntési eljárással gyártott szilícium-nitrid kerámia hordozó hővezető képessége 100 W/(m·K).
Az elektromos járművek jelenleg egyre közelebb kerülnek az intelligenciához az új energetikai járművek növekvő népszerűségének és a mesterséges intelligencia (AI) fejlődésének köszönhetően. Az autógyártók számos kerámiaanyag iránt is érdeklődést mutattak, beleértve a lidar csomagolóanyagokat, a szénkerámia fékeket, a nagy kapacitású MLCC-t, a kerámia hővezető anyagokat stb.
Félvezető gyártás
Az "egy generációs technológia, egy generációs folyamat, egy generációs berendezés" ipari törvénye szabályozza a félvezetőipart, és a precíziós alkatrésztechnológia fejlődése döntő fontosságú a félvezető berendezések modernizálása és iterációja szempontjából. A precíziós kerámia alkatrészek közülük a félvezető precíziós alkatrészek legreprezentatívabb anyagai. Számos kulcsfontosságú félvezető-gyártási folyamatban használják őket, beleértve a maratást, a kémiai gőzleválasztást, a fizikai gőzleválasztást és az ionimplantációt. mint például a mechanikus kezelőkarok, elektrosztatikus tokmányok, betétek, vezetősínek és csapágyak. Stabilizáló, védelmi és figyelemelterelő szerepet tölt be, különösen a berendezés üregében.
Félvezetők gyártása A félvezetőipart az "egy generációs technológia, egy generációs folyamat, egy generációs berendezés" ipari törvénye szabályozza, és a precíziós alkatrészek technológiájának fejlesztése elengedhetetlen a félvezető gépek modernizálásához és iterációjához. A félvezető precíziós alkatrészekhez használt anyagok közül a precíziós kerámia alkatrészek a legreprezentatívabbak. Más fontos félvezető-gyártási eljárások mellett alkalmazzák őket maratáshoz, kémiai gőzleválasztáshoz, fizikai gőzleválasztáshoz és ionimplantációhoz. például csapágyak, betétek, vezetősínek, elektrosztatikus tokmányok és mechanikus kezelőkarok, hogy csak néhányat említsünk. Elterelésre, védelemre és stabilizálásra szolgál, különösen a berendezés üregében.
Energiatakarékos és környezetvédelmi ipar
A nemzeti „kettős szén-dioxid” politika irányítása alatt minden iparág fokozatosan fejlődik az energiatakarékosság, a szén-dioxid-csökkentés, a szennyezéscsökkentés és a hatékonyság javítása irányába. Ennek fényében a kerámiaipar energiafelhasználási és környezetvédelmi terhelésekkel néz szembe, de új fejlődési lehetőségeket is hoz a kerámiaanyagok számára.
01 Kerámia membrán
A hagyományos szűrési elválasztási technológia felváltása érdekében a kerámia membrános membránszeparációs technológiát jelenleg elsősorban nagy hatékonyságú elválasztási eljárásként alkalmazzák a feldolgozóiparban és speciális vízkezelési területeken szűréssel történő elválasztásra, koncentrálásra és tisztításra, valamint tisztításra és szennyeződés-eltávolításra.
Kerámia lapos membrán
Ezek közül a folyadékok összetett körülmények között szűrhetők, szeparálhatók és tisztíthatók nagy teljesítményű kerámia lapos membránokkal. Magas hőmérséklet- és nyomásállóság, erős kémiai stabilitás, nagy szűrési hatékonyság, jó megbízhatóság, alacsony üzemeltetési és karbantartási költségek, meghosszabbított élettartam és környezetbarátság az egész életciklus során. Széles körben alkalmazzák és népszerűsítik a települési szennyvíz, az elosztott vízkezelés, a fekete- és szagvízkezelés, a visszanyert víz újrafelhasználása és az ipari parki szennyvízkezelés területén. Ez az elsődleges fejlesztési irány a nemzetközi nagy teljesítményű kerámia elválasztó membránok területén, és széles körű piaci kilátásokkal rendelkezik.
A vízkezelés mellett országomban a légszennyezés kezelése is a láthatáron van. A környezetbarát ritkaföldfém-oxid rendszer nano-denitrifikációs katalizátorát kerámiaszálas kompozit membránanyagra töltik fel, mint tartótestet, hogy létrehozzák a magas hőmérsékletű szálmembránt a denitrifikációhoz és a por eltávolításához, amely egy szűrőelem integrált denitrifikációs és poreltávolító funkcióval, amely képes a gáz közvetlen tisztítására magas hőmérsékleti körülmények között.
02 Airgel
Az aerogél, egy szuper szigetelőanyag kiterjedt zöld és alacsony szén-dioxid-kibocsátású fejlesztése eddig hallatlan potenciált teremtett az aerogél szektor növekedéséhez. Az új airgel technológiát várhatóan integrálni fogják a zöld gyártás növekedésével, hogy több új termékalkalmazást hozzanak létre, összhangban a zöld iparágak gyorsabban fejlődő trendjével.
Az Airgel rendkívül alacsony sűrűségű, rendkívül nagy porozitású, alacsony törésmutatóval, alacsony hővezető képességgel, alacsony akusztikus impedanciával és egyéb olyan jellemzőkkel rendelkezik, amelyekkel az általános szilárd anyagok nem rendelkeznek. Ezek a tulajdonságok nagy alkalmazási kilátásokkal rendelkeznek a hőszigetelés, biomedicina, hangszigetelés, adszorpció stb. területén, a piaci keresleti potenciál pedig óriási.
Biomedicina ipar
A társadalom fejlődésével és az emberek életének javulásával egyre több mesterséges implantátumot és szervet használnak majd terápiás környezetben. Az én nemzetemben az olyan fémeket, mint a rozsdamentes acél és a kobaltötvözetek, régóta használják ortopédiai gyógyításra és javításra kiváló mechanikai és vezérlési tulajdonságaik miatt; ennek ellenére biokompatibilitásuk hiányzik. Következésképpen az egészségesebb és jobban összeférhető bevonóanyagok vagy biokerámiák piaca és kutatása gyorsan bővül.
Kivételes törésállóságuk és kopásállóságuk miatt az orvosbiológiai kerámiákat, mint az Al2O3, ZrO2, ZTA, Si3N4, és a kapcsolódó kompozit kerámia anyagokat gyakran alkalmazzák sebészeti teherhordó protézisekben, fogászati implantátumokban, csontpótlókban stb. A cirkónium-oxidot gyakran használják a fogászati kerámiákban, a jó fogászati ceramikus szilárdsága miatt is. Ezek közül a szilícium-nitrid ötvözi a baktericid hatást és az önkenő tulajdonságokat, és implantátuma hosszú távú stabil biológiai stabilitással rendelkezik.
Az előrejelzések szerint 2022-ben az orvosi kerámiaanyagok világpiacának mérete körülbelül 15 milliárd USD lesz. 2022-ben az orvosi kerámia anyagok piaca Kínában várhatóan hozzávetőleg 4,5 milliárd USA dollár lesz. Közülük a timföld kerámiák teszik ki a többséget (kb. 60%). A szilícium-nitrid kerámiát ortopédiai implantátumokhoz, míg a cirkónium-oxid kerámiát elsősorban a fogászatban használják.
A repülőgépipar
A kerámiák folyamatosan kitűnnek kivételes teljesítményükkel a legkülönfélébb nehéz felhasználási helyzetekben. A katonai és a repülőgépipar a fejlett kerámiák két legkedveltebb alkalmazási piaca. A „magas hőmérséklet-ellenállás” és a „lopakodó” a két elsődleges kerámiafejlesztési vonal a repülőgépiparban.
A katonai repülési hajtóművek új generációjának egyre nagyobb igénye van új, magas hőmérsékletnek ellenálló szerkezeti anyagokra, mivel fokozatosan kimerülnek az egykristályok, a hőzáró bevonatok és az aktív léghűtés lehetőségei. A SiC/SiC-CMC a magas hőmérsékletnek ellenálló szerkezeti anyagok egyik legjobb lehetőségévé vált. A SiC/SiC-CMC-t nagyrészt szilícium-karbid szál erősíti és edzi. A SiC/SiC-CMC legfontosabb alapanyaga a szilícium-karbid szál, amely 1200°C feletti hőállósággal bír, és egy kutatási versenyen hívta fel a repülős hatalmak figyelmét.
Jellemzően abszorbens közegből (abszorbens) és mátrixanyagból (néha kötőanyagként ismert) álló abszorbeáló anyagok a legfontosabb lopakodó anyagok közé tartoznak. A szilícium-karbid a többsávos abszorbens kerámia anyagok előállításához használt elsődleges összetevő; a szervetlen kerámia nanorészecskék és a szervetlen polimer anyagok együttesen kerámia infravörös lopakodó anyagokat, egyfajta bevonatot alkotnak. A hatékony szélessávú elektromágneses hullámelnyelés érdekében a szervetlen kerámia nanorészecskéket egyenletesen eloszlatják egy szervetlen polimer mátrixban, és gondosan ellenőrzik.