Fem store industrier for fremtidig utvikling av keramiske produkter

Industri for elektriske kjøretøy

 

Kina produserte og solgte henholdsvis 6,253 millioner og 6,067 millioner nye energibiler mellom januar og november, opp rundt 100 % år over år, med en markedsandel på 25 %, ifølge de siste tallene fra China Association of Automobile Manufacturers. Sammen med produksjons- og salgsvekst som langt overgikk markedet i løpet av den tiden, har penetrasjonen av nye energibiler passert 36 % og fortsetter å stige. Elektrisk kjøretøyteknologi er i stadig utvikling, noe som har fremskyndet utskiftingen av komponentdesignene og materialene. Bruken av nye energi-elektriske kjøretøy har fullt ut omfavnet avanserte keramiske materialer på grunn av deres unike ytelsesfordeler.

Blant dem er HIP silisiumnitrid lagerkuler og silisiumnitridsubstrater med høy termisk ledningsevne utbredt.

 

 

01 HIP-kuler for silisiumnitridlager

Motorlagre for nye energikjøretøyer krever lavere tetthet og relativt mer slitesterke materialer på grunn av deres høyere rotasjonshastighet sammenlignet med standardlager. I silisiumnitrid keramiske lagre produserer kulene mindre varme og friksjon i lagersystemet. Spesifikt er silisiumnitrid en naturlig forekommende elektrisk isolator som kan forhindre elektrisk korrosjon fra lagerutladning, forlenge levetiden til smøremidler og lagre, og til slutt forårsake lagersvikt. Den er ideell for bruk i en rekke sektorer, inkludert elbiler.

 

Keramiske lagre erstatter i økende grad stålkulelagre i en tid med elektriske stasjoner. Silisiumnitrid keramiske kuleisolerte lagre brukes i innenlandske Xiaopeng P7, G9, Weilai ET7 og andre modeller. For eksempel bruker utgangsakselen til motoren brukt av Tesla keramiske lagre, hybride keramiske lagre designet av NSK, og lagerkuler laget av 50 silisiumnitridkuler.

Varm isostatisk pressing (HIP) og gasstrykksintring (GPS) er de to mest populære forberedende teknikkene for silisiumnitrid keramisk kulesintring. Disse to metodene gir keramiske kuler som brukes ofte i mange omgivelser. HIP silisiumnitrid gir overlegne mekaniske egenskaper og lengre utmattelseslevetid enn GPS silisiumnitrid.

For tiden fortsetter kjente utenlandske firmaer å kontrollere den internasjonale markedsandelen og utviklingsretningen, mens japanske, europeiske og amerikanske selskaper fortsetter å dominere produksjonen av avanserte keramiske lagervarer. I 2015 ble National Materials High-Tech Nitride Ceramics Co., Ltd. etablert i min nasjon.

gjort et betydelig fremskritt innen teknologien for masseproduksjon av varme isostatisk pressede keramiske kuler av silisiumnitrid, noe som gjør det til det første selskapet i Kina som etablerte masseproduksjon av disse materialene og det tredje selskapet totalt sett, bak Toshiba i Japan og Kustec i USA. SKF i Sverige, Timken i USA, GMN i Tyskland og Forsa i Spania er blant landene produktene deres sendes til. Videre brukes sammenlignbare metoder av Sinoceramic Jinsheng og andre for å lage silisiumnitridlagerkuler med en bøyestyrke på 1000 MPa.

 

 

02 Høy termisk ledningsevne silisiumnitrid keramisk substrat

Keramiske silisiumnitridsubstrater brukes hovedsakelig i kraftenheter, halvlederenheter og omformere til rene elektriske kjøretøy (EV) og hybridelektriske kjøretøyer (HEV), og har et stort markedspotensial og bruksutsikter.

For tiden kreves bøyestyrke på 650 MPa, bruddseighet på 5–7 MPa·m1/2 og termisk ledningsevne på 85 W/(m·K) for kommersiell bruk av silisiumnitrid-keramiske substratmaterialer med høy termisk ledningsevne. Toshiba Group, Hitachi Metals, Nippon Electric Chemical, Maruwa og Nippon Fine Ceramics er de primære selskapene som har kapasitet til å masseprodusere silisiumnitrid keramiske substrater med høy varmeledningsevne.

 

I tillegg har det vært noen fremskritt innen innenlandsk forskning på silisiumnitrid keramiske substratmaterialer. Ved å optimalisere sintringsmetoden og -prosessen, har Beijing Sinoma Artificial Crystal Research Institute Co., Ltd. med suksess forberedt et silisiumnitrid keramisk substrat med en bøyestyrke på 700-800MPa, en bruddseighet på ≥8MPa·m1/2 og en termisk ledningsevne på ≥80W/(m·80W). Det keramiske silisiumnitridsubstratet produsert av Beijing Branch of Sinoma High-Tech Nitride Ceramics Co., Ltd. ved bruk av tape-støpeprosessen har en termisk ledningsevne på 100 W/(m·K).

 

Elektriske kjøretøy beveger seg for tiden nærmere intelligens som et resultat av den økende populariteten til nye energikjøretøyer og utviklingen av kunstig intelligens (AI). Bilprodusenter har også vist interesse for en rekke keramiske materialer, inkludert lidar-pakningsmaterialer, karbonkeramiske bremser, høykapasitets MLCC, keramiske varmeledende materialer, etc.

 

Produksjon av halvledere

Den industrielle loven om "én generasjon teknologi, en generasjon prosess, en generasjon utstyr" styrer halvlederindustrien, og fremskritt innen presisjonsdelteknologi er avgjørende for modernisering og iterasjon av halvlederutstyr. Presisjons keramiske deler er de mest representative materialene for halvlederpresisjonsdeler blant dem. De brukes i en rekke viktige halvlederproduksjonsprosesser, inkludert etsing, kjemisk dampavsetning, fysisk dampavsetning og ioneimplantasjon. som mekaniske håndteringsarmer, elektrostatiske chucker, foringer, styreskinner og lagre, blant andre. Den utfører rollene stabilisering, forsvar og distraksjon, spesielt i utstyrshulen.

 

Produksjon av halvledere Halvlederindustrien er styrt av industriloven "én generasjon teknologi, én generasjon prosess, én generasjon utstyr," og forbedringer i presisjonsdelteknologi er avgjørende for modernisering og iterasjon av halvledermaskineri. Av alle materialene som brukes til halvlederpresisjonsdeler, er presisjonskeramiske deler de mest representative. De brukes i etsing, kjemisk dampavsetning, fysisk dampavsetning og ioneimplantasjon, blant andre viktige prosedyrer for fremstilling av halvledere. slik som lagre, foringer, styreskinner, elektrostatiske chucker og mekaniske håndteringsarmer, for å nevne noen. Den fungerer som avledning, forsvar og stabilisering, spesielt inne i utstyrshulen.

 

 

Energisparende og miljøvernindustri

Under veiledning av den nasjonale "dual carbon"-politikken utvikler alle industrier gradvis i retning av energisparing, karbonreduksjon, forurensningsreduksjon og effektivitetsforbedring. Under denne bakgrunnen står den keramiske industrien overfor energiforbruk og miljøvernpress, men det gir også nye utviklingsmuligheter for keramiske materialer.

 

 

01 Keramisk membran

For å erstatte konvensjonell filtreringsseparasjonsteknologi, brukes membranseparasjonsteknologi med keramisk membran i kjernen i dag primært som en høyeffektiv separasjonsprosess i prosessindustrien og spesielle vannbehandlingsfelt for filtreringsseparasjon, konsentrasjon og rensing, og rensing og fjerning av urenheter.

Keramisk flat membran

Blant dem kan væsker i komplekse omgivelser filtreres, separeres og renses ved hjelp av høyytelses keramiske flate membraner. Høy temperatur- og trykkbestandighet, sterk kjemisk stabilitet, høy filtreringseffektivitet, god pålitelighet, lave drifts- og vedlikeholdskostnader, forlenget levetid og miljøvennlighet gjennom hele livssyklusen er noen av egenskapene deres. Det har blitt mye brukt og promotert innen kommunal kloakk, distribuert vannbehandling, svart og luktende vannbehandling, gjenbruk av gjenvunnet vann og behandling av avløpsvann fra industriparken. Det er den primære utviklingsretningen innen internasjonale høyytelses keramiske separasjonsmembraner og har et bredt spekter av markedsutsikter.

Sammen med vannbehandling er luftforurensningshåndtering i min nasjon også i horisonten. Den miljøvennlige nano-denitrifikasjonskatalysatoren for sjeldne jordmetaller er lastet på keramisk fiberkomposittmembranmateriale som støttelegemet for å lage høytemperaturfibermembranen for denitrifisering og støvfjerning, et filterelement med integrerte denitrifikasjons- og støvfjerningsfunksjoner som kan oppnå direkte rensing av gass under høye temperaturforhold.

 

 

02 Aerogel

Den omfattende grønne og lavkarbonutviklingen av aerogel, et superisolerende materiale, har skapt et hittil uhørt potensial for vekst av aerogel-sektoren. Den nye aerogel-teknologien forventes å bli integrert med veksten av grønn produksjon for å skape flere nye produktapplikasjoner i tråd med trenden med grønne industrier som utvikler seg raskere.

 

Aerogel har ekstremt lav tetthet, ultrahøy porøsitet, lav brytningsindeks, lav varmeledningsevne, lav akustisk impedans og andre egenskaper som generelle faste materialer ikke har. Disse egenskapene gjør at den har gode bruksmuligheter innen termisk isolasjon, biomedisin, lydisolasjon, adsorpsjon, etc., og etterspørselspotensialet i markedet er stort.

 

 

Industrien for biomedisin

Flere og flere kunstige implantater og organer vil bli brukt i terapeutiske omgivelser etter hvert som samfunnet utvikler seg og folks liv blir bedre. I min nasjon har metaller som rustfritt stål og koboltlegeringer lenge vært brukt for ortopedisk helbredelse og reparasjon på grunn av deres overlegne mekaniske og kontrollegenskaper; ikke desto mindre mangler deres biokompatibilitet. Følgelig ekspanderer markedet og forskningen for beleggmaterialer eller biokeramikk som er sunnere og mer kompatible.

På grunn av sin eksepsjonelle bruddseighet og slitestyrke, brukes biomedisinsk keramikk som Al2O3, ZrO2, ZTA, Si3N4 og relaterte komposittkeramiske materialer ofte i kirurgiske bærende proteser, tannimplantater, benerstatninger osv. Zirkoniumoksid er ofte brukt i tannhelse, men på grunn av dets gode egenskaper i tannhelse og skjønnhet. glasskeramikk. Blant disse kombinerer silisiumnitrid den bakteriedrepende effekten og selvsmørende egenskaper, og implantatet har langtidsstabil biologisk stabilitet.

I 2022 er størrelsen på det verdensomspennende markedet for medisinske keramiske materialer anslått til å være rundt 15 milliarder USD. I 2022 forventes markedet for medisinske keramiske materialer i Kina å være verdt omtrent 4,5 milliarder amerikanske dollar. Av dem utgjør alumina keramikk majoriteten (ca. 60%). Silisiumnitridkeramikk brukes til ortopediske implantater, mens zirkoniumkeramikk primært brukes i tannbehandling.

 

 

Luftfartssektoren

Keramikk skiller seg konsekvent ut for sin eksepsjonelle ytelse i en rekke tøffe brukssituasjoner. Militær- og romfartsindustrien er to av de mest populære applikasjonsmarkedene for avansert keramikk. "Høy temperaturmotstand" og "stealth" er de to primære keramiske utviklingslinjene i romfartsindustrien.

 

Den nye generasjonen militære luftfartsmotorer har et økende behov for nye høytemperaturbestandige strukturelle materialer ettersom potensialet til enkeltkrystaller, termiske barrierebelegg og aktiv luftkjøling gradvis tømmes. SiC/SiC-CMC har dukket opp som et av de beste alternativene for høytemperaturbestandige konstruksjonsmaterialer. SiC/SiC-CMC er forsterket og herdet i stor grad av silisiumkarbidfiber. Det viktigste råstoffet for SiC/SiC-CMC er silisiumkarbidfiber, som har en temperaturmotstand på over 1200°C og har trukket oppmerksomheten til luftfartsmaktene i en forskningskonkurranse.

 

 

Absorberende materialer, som vanligvis består av et absorberende medium (absorbent) og et matrisemateriale (noen ganger kjent som et bindemiddel), er blant de mest avgjørende stealth-materialene. Silisiumkarbid er den primære ingrediensen som brukes til å lage absorberende keramiske materialer med flere bånd; uorganiske keramiske nanopartikler og uorganiske polymermaterialer kombineres for å danne keramiske infrarøde stealth-materialer, et slags belegg. For å produsere effektiv bredbånds elektromagnetisk bølgeabsorpsjon, er uorganiske keramiske nanopartikler jevnt fordelt i en uorganisk polymermatrise og nøye kontrollert.