Penkios pagrindinės pramonės šakos, skirtos keramikos gaminių plėtrai ateityje

Elektromobilių pramonė

 

Remiantis naujausiais Kinijos automobilių gamintojų asociacijos duomenimis, Kinija nuo sausio iki lapkričio pagamino ir pardavė atitinkamai 6,253 mln. ir 6,067 mln. naujų energetinių automobilių, ty maždaug 100% daugiau nei per metus, o rinkos dalis – 25%. Kartu su gamybos ir pardavimų augimu, kuris per tą laiką gerokai aplenkė rinką, naujų energetinių transporto priemonių skverbtis viršijo 36 % ir toliau auga. Elektrinių transporto priemonių technologijos nuolat tobulėja, todėl paspartėjo jų komponentų konstrukcijų ir medžiagų keitimas. Naudojant naujas energetines elektrines transporto priemones, dėl jų unikalių eksploatacinių savybių buvo panaudotos pažangios keraminės medžiagos.

Tarp jų vyrauja HIP silicio nitrido guolių rutuliukai ir didelio šilumos laidumo silicio nitrido substratai.

 

 

01 HIP rutuliukai silicio nitrido guoliams

Naujų energetinių transporto priemonių varikliniams guoliams reikia mažesnio tankio ir palyginti atsparesnių dilimui medžiagų dėl didesnio sukimosi greičio, palyginti su standartiniais guoliais. Silicio nitrido keraminiuose guoliuose rutuliukai gamina mažiau šilumos ir trinties guolių sistemoje. Konkrečiai, silicio nitridas yra natūraliai atsirandantis elektros izoliatorius, kuris gali užkirsti kelią elektros korozijai dėl guolių iškrovos, prailginti tepalų ir guolių tarnavimo laiką ir galiausiai sukelti guolio gedimą. Jis idealiai tinka naudoti įvairiuose sektoriuose, įskaitant elektromobilius.

 

Elektrinių pavarų amžiuje keraminiai guoliai vis dažniau pakeičia plieninius rutulinius guolius. Silicio nitrido keraminiai rutuliniai guoliai naudojami buitiniuose Xiaopeng P7, G9, Weilai ET7 ir kituose modeliuose. Pavyzdžiui, Tesla naudojamo variklio išėjimo velene naudojami keraminiai guoliai, hibridiniai keraminiai guoliai, sukurti NSK, ir guolių rutuliai, pagaminti iš 50 silicio nitrido rutulių.

Karštas izostatinis presavimas (HIP) ir sukepinimas dujų slėgiu (GPS) yra du populiariausi paruošiamieji silicio nitrido keraminio rutulinio sukepinimo būdai. Šiais dviem būdais gaunami keraminiai rutuliukai, kurie dažnai naudojami daugelyje nustatymų. HIP silicio nitridas užtikrina geresnes mechanines savybes ir ilgesnį eksploatavimo laiką nuo nuovargio nei GPS silicio nitridas.

Šiuo metu žinomos užsienio firmos ir toliau kontroliuoja tarptautinės rinkos dalį ir plėtros kryptį, o Japonijos, Europos ir Amerikos korporacijos ir toliau dominuoja aukščiausios klasės keraminių guolių gaminių gamyboje. 2015 m. mano šalyje buvo įkurta National Materials High-Tech Nitride Ceramics Co., Ltd.

padarė didelę pažangą karštai izostatiškai presuotų silicio nitrido keraminių rutuliukų masinės gamybos technologijos srityje ir tapo pirmąja įmone Kinijoje, pradėjusia masinę šių medžiagų gamybą, ir trečiąja bendrove po Japonijos Toshiba ir JAV Kustec. SKF Švedijoje, Timken JAV, GMN Vokietijoje ir Forsa Ispanijoje yra tarp šalių, į kurias siunčiami jos produktai. Be to, Sinoceramic Jinsheng ir kiti naudoja panašius metodus, kad sukurtų silicio nitrido guolių rutulius, kurių lenkimo stiprumas yra 1000 MPa.

 

 

02 Didelio šilumos laidumo silicio nitrido keraminis pagrindas

Silicio nitrido keraminiai substratai daugiausia naudojami grynų elektrinių transporto priemonių (EV) ir hibridinių elektrinių transporto priemonių (HEV) maitinimo blokuose, puslaidininkiniuose įrenginiuose ir inverteriuose, todėl jie turi didžiulį rinkos potencialą ir taikymo perspektyvas.

Šiuo metu komerciniam didelio šilumos laidumo silicio nitrido keraminio pagrindo medžiagų naudojimui reikalingas 650 MPa atsparumas lenkimui, 5–7 MPa·m1/2 atsparumas plyšimui ir 85 W/(m·K) šilumos laidumas. „Toshiba Group“, „Hitachi Metals“, „Nippon Electric Chemical“, „Maruwa“ ir „Nippon Fine Ceramics“ yra pagrindinės įmonės, galinčios masiškai gaminti didelio šilumos laidumo silicio nitrido keraminius substratus.

 

Be to, buvo padaryta tam tikra pažanga atliekant vietinius silicio nitrido keramikos substrato medžiagų tyrimus. Optimizuodamas sukepinimo metodą ir procesą, Beijing Sinoma Artificial Crystal Research Institute Co., Ltd. sėkmingai paruošė silicio nitrido keramikos pagrindą, kurio lenkimo stipris yra 700–800 MPa, atsparumas lūžiams ≥8MPa·m1/2, o šilumos laidumas ≥m·8KW/(m·8KW). Silicio nitrido keraminio pagrindo, pagaminto Sinoma High-Tech Nitride Ceramics Co., Ltd. Pekino filialo, naudojant juostos liejimo procesą, šilumos laidumas yra 100 W/(m·K).

 

Elektrinės transporto priemonės šiuo metu artėja prie intelekto, nes populiarėja naujos energijos transporto priemonės ir vystosi dirbtinis intelektas (DI). Automobilių gamintojai taip pat susidomėjo įvairiomis keraminėmis medžiagomis, įskaitant lidar sandarinimo medžiagas, anglies keramikos stabdžius, didelės talpos MLCC, keramines šilumai laidžias medžiagas ir kt.

 

Puslaidininkių gamyba

Pramoninis dėsnis „viena technologijų karta, viena proceso karta, viena įrangos karta“ reglamentuoja puslaidininkių pramonę, o tiksliųjų dalių technologijos pažanga yra labai svarbi puslaidininkinės įrangos modernizavimui ir kartojimui. Tikslios keraminės dalys yra tipiškiausios puslaidininkių tiksliųjų dalių medžiagos. Jie naudojami daugelyje pagrindinių puslaidininkių gamybos procesų, įskaitant ėsdinimą, cheminį nusodinimą garais, fizinį nusodinimą garais ir jonų implantavimą. kaip mechaninės valdymo svirties, elektrostatiniai griebtuvai, įdėklai, kreipiamieji bėgiai ir guoliai ir kt. Jis atlieka stabilizavimo, gynybos ir atitraukimo funkcijas, ypač įrangos ertmėje.

 

Puslaidininkių gamyba Puslaidininkių pramonę reglamentuoja pramoninis dėsnis „vienos kartos technologija, viena proceso karta, vienos kartos įranga“, o tiksliųjų dalių technologijos tobulinimas yra būtinas norint modernizuoti ir kartoti puslaidininkių mašinas. Iš visų puslaidininkinėms tikslioms dalims naudojamų medžiagų reprezentatyviausios yra tikslios keraminės dalys. Jie naudojami ėsdinimui, cheminiam nusodinimui garais, fiziniam nusodinimui garais ir jonų implantavimu, be kitų svarbių puslaidininkių gamybos procedūrų. pvz., guoliai, įdėklai, kreipiamieji bėgiai, elektrostatiniai griebtuvai ir mechaninės valdymo svirtys. Jis tarnauja kaip nukreipimas, apsauga ir stabilizavimas, ypač įrangos ertmėje.

 

 

Energiją taupanti ir aplinkosaugos pramonė

Vadovaujantis nacionaline „dvigubos anglies dvideginio“ politika, visos pramonės šakos palaipsniui vystosi energijos taupymo, anglies dioksido kiekio mažinimo, taršos mažinimo ir efektyvumo didinimo kryptimis. Tokiomis aplinkybėmis keramikos pramonė susiduria su energijos suvartojimo ir aplinkosaugos spaudimu, tačiau tai taip pat suteikia naujų keraminių medžiagų plėtros galimybių.

 

 

01 Keraminė membrana

Siekiant pakeisti įprastą filtravimo atskyrimo technologiją, membraninio atskyrimo technologija su keramine membrana šiuo metu pirmiausia naudojama kaip didelio efektyvumo atskyrimo procesas procesų pramonėje ir specialiose vandens valymo srityse, skirtose filtravimo atskyrimui, koncentravimui ir gryninimui bei valymui ir priemaišų pašalinimui.

Keraminė plokščia membrana

Tarp jų sudėtinguose nustatymuose esantys skysčiai gali būti filtruojami, atskiriami ir valomi naudojant aukštos kokybės keramines plokščias membranas. Atsparumas aukštai temperatūrai ir slėgiui, stiprus cheminis stabilumas, didelis filtravimo efektyvumas, geras patikimumas, mažos eksploatavimo ir priežiūros sąnaudos, ilgesnis tarnavimo laikas ir ekologiškumas per visą gyvavimo ciklą yra keletas jų savybių. Jis buvo plačiai naudojamas ir reklamuojamas komunalinių nuotekų, paskirstytojo vandens valymo, juodojo ir kvapaus vandens valymo, regeneruoto vandens pakartotinio naudojimo ir pramonės parko nuotekų valymo srityse. Tai pagrindinė plėtros kryptis tarptautinių aukštos kokybės keraminių atskyrimo membranų srityje ir turi platų rinkos perspektyvų spektrą.

Be vandens valymo, mano šalies oro taršos valdymas taip pat yra horizonte. Aplinkai nekenksmingas retųjų žemių metalų oksidų sistemos nano-denitrifikacijos katalizatorius įkeliamas ant keraminio pluošto kompozitinės membraninės medžiagos kaip atraminis korpusas, kad būtų sukurta aukštos temperatūros pluošto membrana denitrifikacijai ir dulkių pašalinimui, filtro elementas su integruotomis denitrifikacijos ir dulkių šalinimo funkcijomis, kurios gali tiesiogiai išvalyti dujas esant aukštai temperatūrai.

 

 

02 Airgel

Didelis ekologiškas ir mažai anglies dioksido į aplinką išskiriantis aerogelio – itin izoliacinės medžiagos – kūrimas sukūrė iki šiol negirdėtą aerogelio sektoriaus augimo potencialą. Tikimasi, kad naujoji aerogelio technologija bus integruota su ekologiškos gamybos augimu, kad būtų sukurta daugiau naujų produktų pritaikymo būdų, atsižvelgiant į ekologiškų pramonės šakų spartesnio vystymosi tendenciją.

 

Aerogelis pasižymi itin mažu tankiu, itin dideliu poringumu, mažu lūžio rodikliu, mažu šilumos laidumu, maža akustine varža ir kitomis savybėmis, kurių neturi bendros kietos medžiagos. Dėl šių savybių jis turi puikias taikymo perspektyvas šilumos izoliacijos, biomedicinos, garso izoliacijos, adsorbcijos ir kt. srityse, o rinkos paklausos potencialas yra didžiulis.

 

 

Biomedicinos pramonė

Vis daugiau ir daugiau dirbtinių implantų ir organų bus naudojami terapinėje aplinkoje, kai visuomenė vystysis ir žmonių gyvenimas gerės. Mano šalyje tokie metalai kaip nerūdijantis plienas ir kobalto lydiniai jau seniai naudojami ortopediniam gydymui ir taisymui dėl savo puikių mechaninių ir valdymo savybių; nepaisant to, jų biologinio suderinamumo trūksta. Todėl sveikesnių ir labiau suderinamų dangų medžiagų ar biokeramikos rinka ir tyrimai sparčiai plečiasi.

Dėl išskirtinio atsparumo lūžiams ir atsparumo dilimui biomedicininė keramika, tokia kaip Al2O3, ZrO2, ZTA, Si3N4 ir panašios kompozicinės keramikos medžiagos, dažnai naudojamos chirurginiuose protezuose, dantų implantuose, kaulo pakaitaluose ir kt. Cirkonio oksidas dažnai naudojamas gaminant stiklą, gerą dantų restauravimo stiprumą ir grožį. Tarp jų silicio nitridas sujungia baktericidinį poveikį ir savaiminio tepimo savybes, o jo implantas turi ilgalaikį stabilų biologinį stabilumą.

Prognozuojama, kad 2022 m. pasaulinės medicininių keraminių medžiagų rinkos dydis sieks apie 15 milijardų JAV dolerių. Numatoma, kad 2022 m. medicinos keraminių medžiagų rinka Kinijoje sieks maždaug 4,5 milijardo JAV dolerių. Iš jų didžiąją dalį (apie 60%) sudaro aliuminio oksido keramika. Silicio nitrido keramika naudojama ortopediniams implantams, o cirkonio keramika daugiausia naudojama odontologijoje.

 

 

Aviacijos ir kosmoso sektorius

Keramika nuolat išsiskiria savo išskirtiniu našumu įvairiose atšiauriose naudojimo situacijose. Karinė ir aviacijos pramonė yra dvi labiausiai mėgstamos pažangios keramikos taikymo rinkos. „Atsparumas aukštai temperatūrai“ ir „slaptas“ yra dvi pagrindinės keramikos kūrimo linijos aviacijos ir kosmoso pramonėje.

 

Naujos kartos karinės aviacijos varikliams vis labiau reikia naujų aukštai temperatūrai atsparių konstrukcinių medžiagų, nes pamažu išsenka monokristalų, šiluminės barjerinės dangos ir aktyvaus oro aušinimo galimybės. SiC/SiC-CMC tapo viena iš geriausių aukštai temperatūrai atsparių konstrukcinių medžiagų variantų. SiC/SiC-CMC didžiąja dalimi yra sustiprintas ir grūdintas silicio karbido pluoštu. Svarbiausia SiC/SiC-CMC žaliava yra silicio karbido pluoštas, kurio atsparumas temperatūrai viršija 1200°C ir atkreipė aviacijos galių dėmesį mokslinių tyrimų konkurse.

 

 

Sugeriančios medžiagos, paprastai susidedančios iš sugeriančios terpės (absorbento) ir matricinės medžiagos (kartais vadinamos rišikliu), yra vienos iš svarbiausių slaptų medžiagų. Silicio karbidas yra pagrindinė sudedamoji dalis, naudojama kuriant daugiasluoksnes sugeriančias keramines medžiagas; neorganinės keraminės nanodalelės ir neorganinės polimerinės medžiagos susijungia ir sudaro keramines infraraudonųjų spindulių slaptąsias medžiagas, tam tikrą dangą. Siekiant sukurti veiksmingą plačiajuosčio ryšio elektromagnetinių bangų sugertį, neorganinės keraminės nanodalelės yra tolygiai išsklaidytos neorganinėje polimerinėje matricoje ir kruopščiai kontroliuojamos.