Հինգ խոշոր արդյունաբերություն կերամիկական արտադրանքի ապագա զարգացման համար

Էլեկտրական մեքենաների արդյունաբերություն

 

Չինաստանը հունվարից նոյեմբեր ընկած ժամանակահատվածում արտադրել և վաճառել է համապատասխանաբար 6,253 միլիոն և 6,067 միլիոն նոր էներգետիկ ավտոմեքենա՝ տարեկան կտրվածքով մոտ 100%-ով ավելի, ունենալով 25% շուկայական մասնաբաժին, համաձայն Չինաստանի ավտոարտադրողների ասոցիացիայի ամենավերջին թվերի: Արտադրության և վաճառքի աճի հետ մեկտեղ, որը շատ առաջ է անցել շուկայից այդ ընթացքում, նոր էներգետիկ մեքենաների ներթափանցումը գերազանցել է 36%-ը և շարունակում է աճել: Էլեկտրական մեքենաների տեխնոլոգիան անընդհատ զարգանում է, ինչն արագացրել է դրա բաղադրիչների դիզայնի և նյութերի փոխարինումը: Նոր էներգիայի էլեկտրական մեքենաների օգտագործումը լիովին ընդգրկել է առաջադեմ կերամիկական նյութերը՝ շնորհիվ իրենց եզակի կատարողական առավելությունների:

Դրանց թվում գերակշռում են HIP սիլիցիումի նիտրիդ կրող գնդիկները և բարձր ջերմահաղորդականության սիլիցիումի նիտրիդային ենթաշերտերը:

 

 

01 HIP գնդակներ սիլիկոնային նիտրիդային առանցքակալների համար

Նոր էներգիայի մեքենաների համար նախատեսված շարժիչային առանցքակալները պահանջում են ավելի ցածր խտություն և համեմատաբար ավելի մաշվածության դիմացկուն նյութեր՝ դրանց պտտման ավելի բարձր արագության պատճառով, համեմատած ստանդարտ առանցքակալների հետ: Սիլիցիումի նիտրիդային կերամիկական առանցքակալներում գնդիկները ավելի քիչ ջերմություն և շփում են արտադրում կրող համակարգում: Մասնավորապես, սիլիցիումի նիտրիդը բնական էլեկտրական մեկուսիչ է, որը կարող է կանխել էլեկտրական կոռոզիան առանցքակալների արտանետումից, երկարացնել քսանյութերի և առանցքակալների կյանքը և, ի վերջո, առաջացնել առանցքակալների խափանում: Այն իդեալական է օգտագործման համար տարբեր ոլորտներում, ներառյալ էլեկտրական մեքենաները:

 

Կերամիկական առանցքակալները ավելի ու ավելի են փոխարինում պողպատե գնդիկավոր առանցքակալներին էլեկտրական շարժիչների դարաշրջանում: Սիլիցիումի նիտրիդային կերամիկական գնդիկավոր մեկուսացված առանցքակալները օգտագործվում են կենցաղային Xiaopeng P7, G9, Weilai ET7 և այլ մոդելներում: Օրինակ, Tesla-ի կողմից օգտագործվող շարժիչի ելքային լիսեռում օգտագործվում են կերամիկական առանցքակալներ, NSK-ի կողմից նախագծված հիբրիդային կերամիկական առանցքակալներ և 50 սիլիցիումի նիտրիդային գնդիկներից պատրաստված կրող գնդիկներ:

Տաք իզոստատիկ սեղմումը (HIP) և գազի ճնշման սինթրինգը (GPS) սիլիցիումի նիտրիդով կերամիկական գնդիկավոր սինթրման երկու ամենահայտնի նախապատրաստական ​​մեթոդներն են: Այս երկու մեթոդները տալիս են կերամիկական գնդիկներ, որոնք հաճախ օգտագործվում են բազմաթիվ պարամետրերում: HIP սիլիցիումի նիտրիդը ապահովում է բարձր մեխանիկական հատկություններ և ավելի երկար հոգնածության կյանք, քան GPS սիլիցիումի նիտրիդը:

Ներկայումս հայտնի արտասահմանյան ընկերությունները շարունակում են վերահսկել միջազգային շուկայի մասնաբաժինը և զարգացման ուղղությունը, մինչդեռ ճապոնական, եվրոպական և ամերիկյան կորպորացիաները շարունակում են գերիշխել բարձրակարգ կերամիկական կրող ապրանքների արտադրության մեջ: 2015 թվականին իմ երկրում հիմնադրվեց National Materials High-Tech Nitride Ceramics Co., Ltd.-ն:

զգալի առաջընթաց գրանցեց տաք իզոստատիկ սեղմված սիլիցիումի նիտրիդային կերամիկական գնդիկների զանգվածային արտադրության տեխնոլոգիայում՝ դարձնելով այն առաջին ընկերությունը Չինաստանում, որը հիմնեց այդ նյութերի զանգվածային արտադրությունը, և երրորդ ընկերությունը՝ Ճապոնիայում՝ Toshiba-ից և Միացյալ Նահանգներում՝ Kustec-ից հետո: SKF-ը Շվեդիայում, Timken-ը՝ ԱՄՆ-ում, GMN-ը՝ Գերմանիայում և Forsa-ն՝ Իսպանիայում, այն երկրներից են, որտեղ առաքվում են իր արտադրանքը: Ավելին, Sinoceramic Jinsheng-ի և այլոց կողմից օգտագործվում են համեմատելի մեթոդներ՝ 1000 ՄՊա ճկման ուժով սիլիցիումի նիտրիդ կրող գնդիկներ ստեղծելու համար:

 

 

02 Բարձր ջերմահաղորդականություն սիլիցիումի նիտրիդային կերամիկական ենթաշերտ

Սիլիցիումի նիտրիդային կերամիկական ենթաշերտերը հիմնականում օգտագործվում են էներգաբլոկներում, կիսահաղորդչային սարքերում և մաքուր էլեկտրական մեքենաների (EV) և հիբրիդային էլեկտրական մեքենաների (HEV) ինվերտորներում և ունեն հսկայական շուկայական ներուժ և կիրառման հեռանկարներ:

Ներկայումս բարձր ջերմահաղորդականությամբ սիլիցիումի նիտրիդային կերամիկական ենթաշերտի առևտրային օգտագործման համար պահանջվում է ճկման ուժը 650 ՄՊա, ճեղքման դիմացկունությունը՝ 5–7 ՄՊա·մ1/2 և ջերմային հաղորդունակությունը 85 Վտ/(մ·Կ): Toshiba Group-ը, Hitachi Metals-ը, Nippon Electric Chemical-ը, Maruwa-ն և Nippon Fine Ceramics-ը առաջնային ընկերություններն են, որոնք կարող են զանգվածաբար արտադրել սիլիցիումի նիտրիդային կերամիկական ենթաշերտեր բարձր ջերմային հաղորդունակությամբ:

 

Բացի այդ, որոշակի առաջընթաց է գրանցվել սիլիցիումի նիտրիդային կերամիկական հիմքի նյութերի ներքին հետազոտություններում: Պեկինի Սինոմա Արհեստական ​​Բյուրեղների Հետազոտական ​​Ինստիտուտը, ՍՊԸ-ն, օպտիմիզացնելով սինթինգի մեթոդը և գործընթացը, հաջողությամբ պատրաստել է սիլիցիումի նիտրիդային կերամիկական հիմք՝ 700-800 ՄՊա ճկման ուժով, ≥8 ՄՊա·մ1/2 ճեղքման դիմացկունությամբ և ≥8ՄՊա·մ1/2 ջերմահաղորդունակությամբ: Սիլիցիումի նիտրիդային կերամիկական հիմքը, որը արտադրվում է Sinoma High-Tech Nitride Ceramics Co., Ltd.-ի Պեկինի մասնաճյուղի կողմից, ժապավենի ձուլման գործընթացով, ունի 100 W/(m·K) ջերմային հաղորդունակություն:

 

Էլեկտրական մեքենաները ներկայումս ավելի են մոտենում ինտելեկտին՝ նոր էներգիայի մեքենաների աճող ժողովրդականության և արհեստական ​​ինտելեկտի (AI) զարգացման արդյունքում: Ավտոմեքենաների արտադրողները նաև հետաքրքրություն են ցուցաբերել մի շարք կերամիկական նյութերի նկատմամբ, ներառյալ lidar փաթեթավորման նյութերը, ածխածնային կերամիկական արգելակները, բարձր հզորությամբ MLCC, կերամիկական ջերմահաղորդիչ նյութերը և այլն:

 

Կիսահաղորդիչների արտադրություն

«Մեկ սերնդի տեխնոլոգիաների, մեկ սերնդի գործընթացի, մեկ սերնդի սարքավորումների» արդյունաբերական օրենքը ղեկավարում է կիսահաղորդչային արդյունաբերությունը, և ճշգրիտ մասերի տեխնոլոգիայի առաջընթացը վճռորոշ նշանակություն ունի կիսահաղորդչային սարքավորումների արդիականացման և կրկնման համար: Ճշգրիտ կերամիկական մասերը դրանցից կիսահաղորդչային ճշգրիտ մասերի ամենաներկայացուցիչ նյութերն են: Դրանք օգտագործվում են կիսահաղորդիչների արտադրության մի շարք առանցքային գործընթացներում, ներառյալ փորագրումը, քիմիական գոլորշիների նստեցումը, ֆիզիկական գոլորշիների նստեցումը և իոնների իմպլանտացիան: ինչպես մեխանիկական բեռնաթափման զենքերը, էլեկտրաստատիկ ճարմանդները, երեսպատումները, ուղղորդող ռելսերը և առանցքակալները, ի թիվս այլոց: Այն կատարում է կայունացման, պաշտպանության և ուշադրությունը շեղելու դերերը, հատկապես սարքավորումների խոռոչում:

 

Կիսահաղորդիչների արտադրություն Կիսահաղորդիչների արդյունաբերությունը ղեկավարվում է «մեկ սերնդի տեխնոլոգիա, մեկ սերունդ գործընթաց, մեկ սերնդ սարքավորում» արդյունաբերական օրենքով, և ճշգրիտ մասերի տեխնոլոգիայի բարելավումը էական նշանակություն ունի կիսահաղորդչային մեքենաների արդիականացման և կրկնման համար: Կիսահաղորդչային ճշգրիտ մասերի համար օգտագործվող բոլոր նյութերից առավել ներկայացուցչական են ճշգրիտ կերամիկական մասերը: Դրանք օգտագործվում են փորագրման, քիմիական գոլորշիների նստեցման, ֆիզիկական գոլորշու նստեցման և իոնների իմպլանտացիայի մեջ՝ ի թիվս այլ կարևոր կիսահաղորդիչների արտադրության ընթացակարգերի: ինչպիսիք են առանցքակալները, երեսպատումները, ուղղորդող ռելսերը, էլեկտրաստատիկ ճարմանդները և մեխանիկական բեռնաթափման բազուկները, մի քանիսը նշելու համար: Այն ծառայում է որպես շեղում, պաշտպանություն և կայունացում, հատկապես սարքավորումների խոռոչի ներսում:

 

 

Էներգախնայողության և շրջակա միջավայրի պահպանության արդյունաբերություն

Ազգային «երկակի ածխածնային» քաղաքականության առաջնորդությամբ բոլոր արդյունաբերությունները աստիճանաբար զարգանում են էներգախնայողության, ածխածնի նվազեցման, աղտոտվածության նվազեցման և արդյունավետության բարձրացման ուղղությամբ։ Այս ֆոնի ներքո կերամիկական արդյունաբերությունը բախվում է էներգիայի սպառման և շրջակա միջավայրի պահպանության ճնշմանը, սակայն այն նաև զարգացման նոր հնարավորություններ է ստեղծում կերամիկական նյութերի համար:

 

 

01 Կերամիկական թաղանթ

Զտման տարանջատման սովորական տեխնոլոգիան փոխարինելու համար մեմբրանի բաժանման տեխնոլոգիան իր հիմքում կերամիկական թաղանթով ներկայումս հիմնականում օգտագործվում է որպես բարձր արդյունավետ տարանջատման գործընթաց տեխնոլոգիական արդյունաբերության մեջ և ջրի մաքրման հատուկ ոլորտներում՝ զտման, կոնցենտրացիայի և մաքրման, ինչպես նաև մաքրման և կեղտերի հեռացման համար:

Կերամիկական հարթ թաղանթ

Դրանցից բարդ կարգավորումներում հեղուկները կարող են զտվել, առանձնացվել և զտվել՝ օգտագործելով բարձրորակ կերամիկական հարթ թաղանթներ: Բարձր ջերմաստիճանի և ճնշման դիմադրություն, ուժեղ քիմիական կայունություն, բարձր զտման արդյունավետություն, լավ հուսալիություն, շահագործման և սպասարկման ցածր ծախսեր, երկարացված ծառայության ժամկետը և շրջակա միջավայրի բարեկեցությունը կյանքի ցիկլի ընթացքում դրանց որոշ հատկանիշներ են: Այն լայնորեն կիրառվել և տարածվել է քաղաքային կոյուղաջրերի, բաշխված ջրի մաքրման, սև և հոտավետ ջրի մաքրման, վերականգնված ջրի վերաօգտագործման և արդյունաբերական պարկի կեղտաջրերի մաքրման ոլորտներում: Այն զարգացման առաջնային ուղղությունն է միջազգային բարձրորակ կերամիկական տարանջատող թաղանթների ոլորտում և ունի շուկայի լայն հեռանկարներ:

Ջրի մաքրման հետ մեկտեղ հորիզոնում է նաև իմ ազգի օդի աղտոտվածության կառավարումը: Էկոլոգիապես մաքուր հազվագյուտ հող-մետաղների օքսիդ համակարգի նանո-դենիտրացման կատալիզատորը բեռնված է կերամիկական մանրաթելային կոմպոզիտային թաղանթային նյութի վրա՝ որպես օժանդակ մարմին՝ ստեղծելու բարձր ջերմաստիճանի մանրաթելային թաղանթ՝ դենիտրացման և փոշու հեռացման համար, ֆիլտրի տարր՝ ինտեգրված դենիտրացման և փոշու հեռացման գործառույթներով, որը կարող է հասնել գազի ուղղակի մաքրման բարձր ջերմաստիճանի պայմաններում:

 

 

02 Airgel

Աերոգելի լայնածավալ կանաչ և ցածր ածխածնային զարգացումը, որը գերմեկուսիչ նյութ է, ստեղծել է մինչև այժմ չլսված ներուժ աերոգելի հատվածի աճի համար: Ակնկալվում է, որ աերոգելի նոր տեխնոլոգիան ինտեգրվելու է կանաչ արտադրության աճին, որպեսզի ստեղծի ավելի շատ նոր արտադրանքի կիրառումներ՝ ավելի արագ զարգացող կանաչ արդյունաբերության միտումներին համապատասխան:

 

Airgel-ն ունի չափազանց ցածր խտություն, գերբարձր ծակոտկենություն, ցածր բեկման ինդեքս, ցածր ջերմային հաղորդունակություն, ցածր ակուստիկ դիմադրություն և այլ բնութագրեր, որոնք չունեն ընդհանուր պինդ նյութերը: Այս բնութագրերը ստիպում են նրան կիրառման մեծ հեռանկարներ ունենալ ջերմամեկուսացման, կենսաբժշկության, ձայնամեկուսացման, կլանման և այլն ոլորտներում, իսկ շուկայի պահանջարկի ներուժը հսկայական է:

 

 

Կենսաբժշկության արդյունաբերություն

Ավելի ու ավելի շատ արհեստական ​​իմպլանտներ և օրգաններ կօգտագործվեն թերապևտիկ պայմաններում, քանի որ հասարակությունը զարգանում է և մարդկանց կյանքն ավելի լավանում է: Իմ ազգում մետաղները, ինչպիսիք են չժանգոտվող պողպատը և կոբալտի համաձուլվածքները, երկար ժամանակ օգտագործվել են օրթոպեդիկ բուժման և վերանորոգման համար՝ շնորհիվ իրենց բարձրակարգ մեխանիկական և հսկողության որակների. այնուամենայնիվ, դրանց կենսահամատեղելիությունը բացակայում է։ Հետևաբար, ավելի առողջ և ավելի համատեղելի երեսպատման նյութերի կամ կենսակերամիկայի շուկան և հետազոտությունները արագորեն ընդլայնվում են:

Կենսաբժշկական կերամիկաները, ինչպիսիք են Al2O3, ZrO2, ZTA, Si3N4 և հարակից կոմպոզիտային կերամիկական նյութերը, իրենց բացառիկ ամրության և մաշվածության դիմացկունության պատճառով հաճախ օգտագործվում են վիրաբուժական ծանրաբեռնված պրոթեզներում, ատամնաբուժական իմպլանտներում, ոսկրային փոխարինիչներում և այլն: Ցիրկոնիումի օքսիդը հաճախ օգտագործվում է իր գեղեցկության և ամրության շնորհիվ: ապակե կերամիկայի շնորհիվ: Դրանցից սիլիցիումի նիտրիդը համատեղում է բակտերիալ ազդեցությունը և ինքնաքսելու հատկությունները, և դրա իմպլանտն ունի երկարաժամկետ կայուն կենսաբանական կայունություն:

2022 թվականին բժշկական կերամիկական նյութերի համաշխարհային շուկայի չափը կանխատեսվում է մոտ 15 միլիարդ ԱՄՆ դոլար: Ակնկալվում է, որ 2022 թվականին Չինաստանում բժշկական կերամիկական նյութերի շուկան կկազմի մոտավորապես 4,5 միլիարդ ԱՄՆ դոլար: Դրանցում մեծամասնություն են կազմում ալյումինե կերամիկաները (մոտ 60%)։ Սիլիցիումի նիտրիդային կերամիկաները օգտագործվում են օրթոպեդիկ իմպլանտների համար, մինչդեռ ցիրկոնային կերամիկաները հիմնականում օգտագործվում են ատամնաբուժության մեջ:

 

 

Ավիատիեզերական ոլորտ

Կերամիկան հետևողականորեն առանձնանում է իր բացառիկ կատարողականությամբ տարբեր կոշտ կիրառման իրավիճակներում: Ռազմական և օդատիեզերական արդյունաբերությունը առաջադեմ կերամիկայի կիրառական շուկաներից երկուսն են: «Բարձր ջերմաստիճանի դիմադրությունը» և «գաղտագողի»-ն օդատիեզերական արդյունաբերության կերամիկայի զարգացման երկու հիմնական գծերն են:

 

Ռազմական ավիացիոն շարժիչների նոր սերունդն ունի նոր բարձր ջերմաստիճանի դիմացկուն կառուցվածքային նյութերի աճող կարիք, քանի որ աստիճանաբար սպառվում է միայնակ բյուրեղների, ջերմային պատնեշների ծածկույթների և օդի ակտիվ սառեցման ներուժը: SiC/SiC-CMC-ն հայտնվել է որպես բարձր ջերմաստիճանի դիմացկուն կառուցվածքային նյութերի լավագույն տարբերակներից մեկը: SiC/SiC-CMC-ն մեծ մասամբ ամրապնդվում և ամրացվում է սիլիցիումի կարբիդային մանրաթելով: SiC/SiC-CMC-ի համար ամենակարևոր հումքը սիլիցիումի կարբիդային մանրաթելն է, որն ունի 1200°C-ից բարձր ջերմաստիճանի դիմադրություն և հետազոտական ​​մրցույթում գրավել է ավիացիոն ուժերի ուշադրությունը:

 

 

Սովորաբար կազմված ներծծող միջավայրից (ներծծող) և մատրիցային նյութից (երբեմն հայտնի է որպես կապող), ներծծող նյութերը ամենակարևոր գաղտնի նյութերից են: Սիլիցիումի կարբիդը հիմնական բաղադրիչն է, որն օգտագործվում է բազմաշերտ ներծծող կերամիկական նյութեր ստեղծելու համար. անօրգանական կերամիկական նանոմասնիկները և անօրգանական պոլիմերային նյութերը միավորվում են՝ ձևավորելով կերամիկական ինֆրակարմիր գաղտնի նյութեր՝ մի տեսակ ծածկույթ: Լայնաշերտ էլեկտրամագնիսական ալիքների արդյունավետ կլանում ստեղծելու համար անօրգանական կերամիկական նանոմասնիկները միատեսակ ցրվում են անօրգանական պոլիմերային մատրիցայում և մանրակրկիտ վերահսկվում: