Lima industri utama untuk pengembangan produk keramik di masa depan
Industri kendaraan listrik
Tiongkok memproduksi dan menjual masing-masing 6,253 juta dan 6,067 juta mobil energi baru antara Januari dan November, meningkat sekitar 100% dibandingkan tahun sebelumnya, dengan pangsa pasar sebesar 25%, menurut data terbaru dari Asosiasi Produsen Otomotif Tiongkok. Seiring dengan pertumbuhan manufaktur dan penjualan yang jauh melampaui pasar pada periode tersebut, penetrasi kendaraan energi baru telah melampaui 36% dan terus meningkat. Teknologi kendaraan listrik terus berkembang, yang mempercepat penggantian desain dan material komponennya. Penggunaan kendaraan listrik energi baru telah sepenuhnya mengadopsi teknologi canggih. Bahan Keramik karena keunggulan kinerjanya yang unik.
Di antara semuanya, bola bantalan silikon nitrida HIP dan substrat silikon nitrida dengan konduktivitas termal tinggi adalah yang umum.
01 Bola HIP untuk Bantalan Silikon Nitrida
Bantalan motor untuk kendaraan energi baru membutuhkan kepadatan yang lebih rendah dan material yang relatif lebih tahan aus karena laju rotasinya yang lebih tinggi dibandingkan bantalan standar. Pada bantalan keramik silikon nitrida, bola-bolanya menghasilkan lebih sedikit panas dan gesekan di dalam sistem bantalan. Lebih spesifik lagi, silikon nitrida merupakan isolator listrik alami yang dapat mencegah korosi listrik akibat pelepasan muatan bantalan, memperpanjang umur pelumas dan bantalan, serta pada akhirnya menyebabkan kegagalan bantalan. Silikon nitrida ideal untuk digunakan di berbagai sektor, termasuk mobil listrik.
Bantalan keramik semakin menggantikan bantalan bola baja di era penggerak listrik. Bantalan berinsulasi bola keramik silikon nitrida digunakan pada Xiaopeng P7, G9, Weilai ET7, dan model domestik lainnya. Misalnya, poros keluaran motor yang digunakan Tesla menggunakan bantalan keramik, bantalan keramik hibrida rancangan NSK, dan bola bantalan yang terbuat dari 50 bola silikon nitrida.
Pengepresan isostatik panas (HIP) dan tekanan gas Sintering (GPS) adalah dua teknik persiapan paling populer untuk sintering bola keramik silikon nitrida. Kedua metode ini menghasilkan bola keramik yang sering digunakan dalam berbagai kondisi. Silikon nitrida HIP memberikan kualitas mekanis yang unggul dan masa pakai lelah yang lebih lama dibandingkan silikon nitrida GPS.
Saat ini, perusahaan asing ternama terus menguasai pangsa pasar internasional dan berkembangPmarah, sementara korporasi Jepang, Eropa, dan Amerika terus mendominasi pembuatan barang-barang bantalan keramik kelas atas. Tahun 2015 menyaksikan pendirian National Materials High-Tech Nitride Ceramics Co., Ltd. di negara saya.
mencapai kemajuan signifikan dalam teknologi produksi massal bola keramik silikon nitrida yang ditekan secara isostatik panas, menjadikannya perusahaan pertama di Tiongkok yang memproduksi massal material ini dan perusahaan ketiga secara keseluruhan, setelah Toshiba di Jepang dan Kustec di Amerika Serikat. SKF di Swedia, Timken di AS, GMN di Jerman, dan Forsa di Spanyol termasuk di antara negara-negara tujuan pengiriman produknya. Lebih lanjut, metode serupa digunakan oleh Sinoceramic Jinsheng dan perusahaan lainnya untuk membuat bola bantalan silikon nitrida dengan kekuatan lentur 1000 MPa.
02 Substrat keramik silikon nitrida konduktivitas termal tinggi
Substrat keramik silikon nitrida terutama digunakan dalam unit daya, perangkat semikonduktor, dan inverter kendaraan listrik murni (EV) dan kendaraan listrik hibrida (HEV), dan memiliki potensi pasar dan prospek aplikasi yang besar.
Saat ini, kekuatan lentur 650 MPa, ketangguhan patah 5–7 MPa·m², dan konduktivitas termal 85 W/(m·K) diperlukan untuk penggunaan komersial material substrat keramik silikon nitrida dengan konduktivitas termal tinggi. Toshiba Group, Hitachi Metals, Nippon Electric Chemical, Maruwa, dan Nippon Fine Ceramics adalah perusahaan-perusahaan utama yang memiliki kapasitas untuk memproduksi massal substrat keramik silikon nitrida dengan konduktivitas termal tinggi.
Selain itu, telah terjadi beberapa kemajuan dalam penelitian domestik mengenai material substrat keramik silikon nitrida. Dengan mengoptimalkan metode dan proses sintering, Beijing Sinoma Artificial Crystal Research Institute Co., Ltd. telah berhasil menyiapkan substrat keramik silikon nitrida dengan kekuatan lentur 700-800 MPa, ketangguhan patah ≥8 MPa·m², dan konduktivitas termal ≥80 W/(m·K). Substrat keramik silikon nitrida yang diproduksi oleh Sinoma High-Tech Nitride Ceramics Co., Ltd. Cabang Beijing menggunakan proses pengecoran pita memiliki konduktivitas termal 100 W/(m·K).
Kendaraan listrik kini semakin mendekati kecerdasan berkat semakin populernya kendaraan energi baru dan perkembangan kecerdasan buatan (AI). Produsen mobil juga telah menunjukkan minat pada beragam material keramik, termasuk material pengemas lidar, rem keramik karbon, MLCC berkapasitas tinggi, material konduktif termal keramik, dan sebagainya.
Pembuatan semikonduktor
Hukum industri "satu generasi teknologi, satu generasi proses, satu generasi peralatan" mengatur industri semikonduktor, dan kemajuan dalam teknologi komponen presisi sangat penting bagi modernisasi dan iterasi peralatan semikonduktor. Komponen keramik presisi merupakan material yang paling representatif untuk komponen presisi semikonduktor. Material ini digunakan dalam sejumlah proses manufaktur semikonduktor utama, termasuk etsa, deposisi uap kimia, deposisi uap fisik, dan implantasi ion, seperti lengan penanganan mekanis, chuck elektrostatik, liner, rel pemandu, dan bantalan, antara lain. Komponen ini berperan sebagai stabilisasi, pertahanan, dan distraksi, terutama di dalam rongga peralatan.
Produksi semikonduktor. Industri semikonduktor diatur oleh hukum industri "satu generasi teknologi, satu generasi proses, satu generasi peralatan," dan peningkatan teknologi komponen presisi sangat penting bagi modernisasi dan iterasi mesin semikonduktor. Dari semua material yang digunakan untuk komponen presisi semikonduktor, komponen keramik presisi adalah yang paling representatif. Material ini digunakan dalam proses etsa, deposisi uap kimia, deposisi uap fisika, dan implantasi ion, di antara prosedur manufaktur semikonduktor penting lainnya, seperti bantalan, liner, rel pemandu, chuck elektrostatik, dan lengan penanganan mekanis, untuk menyebutkan beberapa di antaranya. Keramik berfungsi sebagai pengalih, pertahanan, dan stabilisasi, terutama di dalam rongga peralatan.
Industri hemat energi dan perlindungan lingkungan
Di bawah arahan kebijakan "karbon ganda" nasional, semua industri secara bertahap berkembang ke arah penghematan energi, pengurangan karbon, pengurangan polusi, dan peningkatan efisiensi. Dengan latar belakang ini, industri keramik menghadapi tekanan konsumsi energi dan perlindungan lingkungan, tetapi juga membawa peluang pengembangan baru bagi material keramik.
01 Membran keramik
Untuk menggantikan teknologi pemisahan filtrasi konvensional, teknologi pemisahan membran dengan membran keramik sebagai intinya saat ini terutama digunakan sebagai proses pemisahan efisiensi tinggi dalam industri proses dan bidang pengolahan air khusus untuk pemisahan filtrasi, konsentrasi dan pemurnian, serta pemurnian dan penghilangan pengotor.
Membran datar keramik
Di antaranya, fluida dalam lingkungan kompleks dapat disaring, dipisahkan, dan dimurnikan menggunakan membran datar keramik berkinerja tinggi. Ketahanan suhu dan tekanan tinggi, stabilitas kimia yang kuat, efisiensi penyaringan yang tinggi, keandalan yang baik, biaya operasional dan perawatan yang rendah, masa pakai yang panjang, dan ramah lingkungan sepanjang siklus hidupnya merupakan beberapa keunggulannya. Membran ini telah banyak digunakan dan dipromosikan di bidang pengolahan limbah kota, pengolahan air terdistribusi, pengolahan air hitam dan berbau, penggunaan kembali air daur ulang, dan pengolahan air limbah kawasan industri. Membran ini merupakan arah pengembangan utama di bidang membran pemisah keramik berkinerja tinggi internasional dan memiliki prospek pasar yang luas.
Selain pengolahan air, pengelolaan polusi udara di negara saya juga akan segera dilakukan. Katalis nano-denitrifikasi sistem oksida logam tanah jarang yang ramah lingkungan dipasang pada material membran komposit serat keramik sebagai badan penyangga untuk menciptakan membran serat suhu tinggi untuk denitrifikasi dan penghilangan debu. Sebuah elemen filter dengan fungsi denitrifikasi dan penghilangan debu terintegrasi dapat mencapai pemurnian gas secara langsung dalam kondisi suhu tinggi.
02 Aerogel
Pengembangan aerogel yang luas, ramah lingkungan, dan rendah karbon, sebuah material superisolasi, telah menciptakan potensi pertumbuhan sektor aerogel yang belum pernah ada sebelumnya. Teknologi aerogel baru ini diharapkan dapat diintegrasikan dengan pertumbuhan manufaktur ramah lingkungan untuk menciptakan lebih banyak aplikasi produk baru, sejalan dengan tren industri ramah lingkungan yang berkembang lebih pesat.
Aerogel memiliki densitas yang sangat rendah, porositas yang sangat tinggi, indeks bias rendah, konduktivitas termal rendah, impedansi akustik rendah, dan karakteristik lain yang tidak dimiliki material padat pada umumnya. Karakteristik ini menjadikannya memiliki prospek aplikasi yang sangat baik di bidang insulasi termal, biomedis, insulasi suara, adsorpsi, dll., dan potensi permintaan pasarnya sangat besar.
Industri biomedis
Semakin banyak implan dan organ buatan akan digunakan dalam konteks terapi seiring perkembangan masyarakat dan peningkatan kualitas hidup masyarakat. Di negara saya, logam seperti baja tahan karat dan paduan kobalt telah lama digunakan untuk penyembuhan dan perbaikan ortopedi karena kualitas mekanis dan kontrolnya yang unggul; namun, biokompatibilitasnya masih kurang. Akibatnya, pasar dan penelitian untuk bahan pelapis atau biokeramik yang lebih sehat dan lebih kompatibel berkembang pesat.
Karena ketangguhan fraktur dan ketahanan ausnya yang luar biasa, keramik biomedis seperti Al2O3, ZrO2, ZTA, Si3N4, dan material keramik komposit terkait sering digunakan dalam prostesis bedah penahan beban, implan gigi, pengganti tulang, dll. Zirkonium oksida sering digunakan dalam material restorasi gigi karena kinerja dan keindahannya yang baik, tetapi kekuatannya lebih disebabkan oleh keramik kaca. Di antara material-material tersebut, silikon nitrida menggabungkan efek bakterisida dan sifat pelumasan sendiri, dan implannya memiliki stabilitas biologis yang stabil dalam jangka panjang.
Pada tahun 2022, pasar material keramik medis dunia diproyeksikan mencapai sekitar $15 miliar dolar AS. Pasar material keramik medis di Tiongkok diperkirakan bernilai sekitar 4,5 miliar dolar AS. Di antara pasar tersebut, keramik alumina mendominasi (sekitar 60%). Keramik silikon nitrida digunakan untuk implan ortopedi, sementara keramik zirkonia terutama digunakan dalam kedokteran gigi.
Sektor kedirgantaraan
Keramik secara konsisten menonjol karena kinerjanya yang luar biasa dalam berbagai situasi aplikasi yang berat. Industri militer dan kedirgantaraan adalah dua pasar aplikasi yang paling diminati untuk keramik canggih. "Tahan suhu tinggi" dan "siluman" adalah dua lini pengembangan keramik utama dalam industri kedirgantaraan.
Generasi baru mesin penerbangan militer semakin membutuhkan material struktural tahan suhu tinggi karena potensi kristal tunggal, lapisan penghalang termal, dan pendinginan udara aktif semakin menipis. SiC/SiC-CMC telah muncul sebagai salah satu pilihan utama untuk material struktural tahan suhu tinggi. SiC/SiC-CMC diperkuat dan dikeraskan sebagian besar oleh serat silikon karbida. Bahan baku terpenting untuk SiC/SiC-CMC adalah serat silikon karbida, yang memiliki ketahanan suhu di atas 1200°C dan telah menarik perhatian para ahli penerbangan dalam sebuah kompetisi penelitian.
Biasanya terdiri dari media penyerap (absorben) dan material matriks (terkadang disebut pengikat), material penyerap merupakan salah satu material siluman yang paling krusial. Silikon karbida adalah bahan utama yang digunakan untuk membuat material keramik penyerap multi-pita; nanopartikel keramik anorganik dan material polimer anorganik bergabung membentuk material siluman inframerah keramik, sejenis pelapis. Untuk menghasilkan penyerapan gelombang elektromagnetik pita lebar yang efektif, nanopartikel keramik anorganik didispersikan secara merata dalam matriks polimer anorganik dan dikontrol secara cermat.