Pet glavnih industrij za prihodnji razvoj keramičnih izdelkov

Industrija električnih vozil

 

Kitajska je med januarjem in novembrom proizvedla in prodala 6,253 milijona oziroma 6,067 milijona novih energetskih avtomobilov, kar je približno 100-odstotno povečanje v primerjavi z letom prej, s 25-odstotnim tržnim deležem, kažejo najnovejši podatki kitajskega združenja proizvajalcev avtomobilov. Skupaj z rastjo proizvodnje in prodaje, ki je v tem času močno prehitela trg, je prodor novih vozil na energijo presegel 36 % in še naprej narašča. Tehnologija električnih vozil se nenehno razvija, kar je pospešilo zamenjavo zasnove sestavnih delov in materialov. Uporaba novih energetskih električnih vozil je v celoti zajela napredne keramične materiale zaradi njihovih edinstvenih prednosti pri delovanju.

Med njimi prevladujejo nosilne kroglice iz silicijevega nitrida HIP in substrati iz silicijevega nitrida z visoko toplotno prevodnostjo.

 

 

01 HIP kroglice za ležaje iz silicijevega nitrida

Motorni ležaji za nova energetska vozila zahtevajo nižjo gostoto in sorazmerno bolj odporne materiale zaradi višjih stopenj vrtenja v primerjavi s standardnimi ležaji. Pri keramičnih ležajih iz silicijevega nitrida kroglice proizvajajo manj toplote in trenja znotraj ležajnega sistema. Natančneje, silicijev nitrid je naravni električni izolator, ki lahko prepreči električno korozijo zaradi praznjenja ležajev, podaljša življenjsko dobo maziv in ležajev ter sčasoma povzroči okvaro ležaja. Idealen je za uporabo v različnih sektorjih, vključno z električnimi avtomobili.

 

Keramični ležaji v dobi električnih pogonov vse bolj nadomeščajo jeklene kroglične ležaje. Keramični kroglični izolirani ležaji iz silicijevega nitrida se uporabljajo v domačih modelih Xiaopeng P7, G9, Weilai ET7 in drugih. Na primer, izhodna gred motorja, ki ga uporablja Tesla, uporablja keramične ležaje, hibridne keramične ležaje, ki jih je oblikoval NSK, in ležajne kroglice iz 50 kroglic iz silicijevega nitrida.

Vroče izostatično stiskanje (HIP) in sintranje pod plinskim tlakom (GPS) sta dve najbolj priljubljeni pripravljalni tehniki za sintranje keramičnih krogel iz silicijevega nitrida. Ti dve metodi dajeta keramične kroglice, ki se pogosto uporabljajo v številnih okoljih. Silicijev nitrid HIP zagotavlja vrhunske mehanske lastnosti in daljšo življenjsko dobo ob utrujenosti kot silicijev nitrid GPS.

Trenutno znana tuja podjetja še naprej nadzorujejo mednarodni tržni delež in smer razvoja, medtem ko japonske, evropske in ameriške korporacije še naprej prevladujejo v proizvodnji vrhunskega keramičnega blaga. Leta 2015 je bilo v moji državi ustanovljeno podjetje National Materials High-Tech Nitride Ceramics Co., Ltd.

doseglo pomemben napredek v tehnologiji množične proizvodnje vroče izostatično stisnjenih keramičnih kroglic iz silicijevega nitrida, s čimer je postalo prvo podjetje na Kitajskem, ki je vzpostavilo množično proizvodnjo teh materialov, in tretje podjetje na splošno, za Toshibo na Japonskem in Kustecom v Združenih državah Amerike. SKF na Švedskem, Timken v ZDA, GMN v Nemčiji in Forsa v Španiji so med državami, v katere pošiljajo svoje izdelke. Poleg tega Sinoceramic Jinsheng in drugi uporabljajo primerljive metode za izdelavo ležajnih kroglic iz silicijevega nitrida z upogibno trdnostjo 1000 MPa.

 

 

02 Keramični substrat iz silicijevega nitrida z visoko toplotno prevodnostjo

Keramični substrati iz silicijevega nitrida se večinoma uporabljajo v pogonskih enotah, polprevodniških napravah in pretvornikih čisto električnih vozil (EV) in hibridnih električnih vozil (HEV) ter imajo velik tržni potencial in možnosti uporabe.

Trenutno so za komercialno uporabo keramičnih materialov iz silicijevega nitrida z visoko toplotno prevodnostjo potrebni upogibna trdnost 650 MPa, lomna žilavost 5–7 MPa·m1/2 in toplotna prevodnost 85 W/(m·K). Skupina Toshiba, Hitachi Metals, Nippon Electric Chemical, Maruwa in Nippon Fine Ceramics so primarna podjetja, ki imajo zmogljivost za masovno proizvodnjo keramičnih podlag iz silicijevega nitrida z visoko toplotno prevodnostjo.

 

Poleg tega je prišlo do določenega napredka v domačih raziskavah keramičnih substratnih materialov iz silicijevega nitrida. Z optimizacijo metode in postopka sintranja je Beijing Sinoma Artificial Crystal Research Institute Co., Ltd. uspešno pripravil keramični substrat iz silicijevega nitrida z upogibno trdnostjo 700–800MPa, lomno žilavostjo ≥8MPa·m1/2 in toplotno prevodnostjo ≥80W/(m·K). Keramični substrat iz silicijevega nitrida, ki ga proizvaja pekinška podružnica Sinoma High-Tech Nitride Ceramics Co., Ltd. z uporabo postopka ulivanja s trakom, ima toplotno prevodnost 100 W/(m·K).

 

Zaradi naraščajoče priljubljenosti novih energetskih vozil in razvoja umetne inteligence (AI) se električna vozila trenutno približujejo inteligenci. Proizvajalci avtomobilov so prav tako pokazali zanimanje za različne keramične materiale, vključno z lidarskimi pakirnimi materiali, karbonsko-keramičnimi zavorami, visoko zmogljivimi MLCC, keramičnimi toplotno prevodnimi materiali itd.

 

Proizvodnja polprevodnikov

Polprevodniško industrijo ureja industrijski zakon "ena generacija tehnologije, ena generacija procesa, ena generacija opreme", napredek v tehnologiji natančnih delov pa je ključen za posodobitev in ponovitev polprevodniške opreme. Precizni keramični deli so med njimi najbolj reprezentativni materiali za polprevodniške precizne dele. Uporabljajo se v številnih ključnih postopkih izdelave polprevodnikov, vključno z jedkanjem, nanašanjem s kemično paro, fizičnim nanašanjem s paro in ionsko implantacijo. kot so mehanske ročice, elektrostatične vpenjalne glave, obloge, vodila in ležaji, med drugim. Izvaja vlogo stabilizacije, obrambe in odvračanja pozornosti, zlasti v votlini opreme.

 

Proizvodnja polprevodnikov Polprevodniško industrijo ureja industrijski zakon "ena generacija tehnologije, ena generacija procesa, ena generacija opreme", izboljšave v tehnologiji natančnih delov pa so bistvenega pomena za posodobitev in ponovitev polprevodniških strojev. Od vseh materialov, ki se uporabljajo za polprevodniške natančne dele, so precizni keramični deli najbolj reprezentativni. Uporabljajo se pri jedkanju, kemičnem naparjevanju, fizičnem naparjevanju in ionski implantaciji, med drugimi pomembnimi postopki izdelave polprevodnikov. kot so ležaji, obloge, vodila, elektrostatične vpenjalne glave in mehanske ročice, če naštejemo le nekatere. Služi kot preusmeritev, obramba in stabilizacija, zlasti v votlini opreme.

 

 

Industrija varčevanja z energijo in varstva okolja

Pod vodstvom nacionalne politike »dvojnega ogljika« se vse industrije postopoma razvijajo v smeri varčevanja z energijo, zmanjševanja ogljika, zmanjševanja onesnaževanja in izboljšanja učinkovitosti. V tem ozadju se keramična industrija sooča s porabo energije in okoljskimi pritiski, prinaša pa tudi nove razvojne priložnosti za keramične materiale.

 

 

01 Keramična membrana

Da bi nadomestili običajno tehnologijo filtracijskega ločevanja, se tehnologija membranskega ločevanja s keramično membrano v svojem jedru trenutno uporablja predvsem kot visoko učinkovit postopek ločevanja v procesni industriji in na posebnih področjih obdelave vode za filtracijsko ločevanje, koncentracijo in čiščenje ter čiščenje in odstranjevanje nečistoč.

Ploščata keramična membrana

Med njimi je mogoče tekočine v zapletenih nastavitvah filtrirati, ločiti in prečistiti z visoko zmogljivimi keramičnimi ravnimi membranami. Odpornost na visoke temperature in pritiske, močna kemična stabilnost, visoka učinkovitost filtriranja, dobra zanesljivost, nizki stroški obratovanja in vzdrževanja, podaljšana življenjska doba in prijaznost do okolja v celotnem življenjskem ciklu so nekatere od njihovih lastnosti. Veliko se uporablja in promovira na področjih komunalne kanalizacije, porazdeljene obdelave vode, obdelave črne vode in vode z neprijetnim vonjem, ponovne uporabe predelane vode in čiščenja odpadne vode iz industrijskih parkov. Je primarna razvojna usmeritev na področju mednarodnih visokozmogljivih keramičnih ločilnih membran in ima široko paleto tržnih možnosti.

Poleg čiščenja vode je na obzorju tudi upravljanje onesnaževanja zraka v moji državi. Okolju prijazen nanodenitrifikacijski katalizator sistema oksida redkih zemeljskih kovin je naložen na kompozitni membranski material iz keramičnih vlaken kot podporno telo za ustvarjanje visokotemperaturne vlaknene membrane za denitrifikacijo in odstranjevanje prahu, filtrskega elementa z integriranimi funkcijami denitrifikacije in odstranjevanja prahu, ki lahko doseže neposredno čiščenje plina v pogojih visoke temperature.

 

 

02 Aerogel

Obsežen zeleni in nizkoogljični razvoj aerogela, super izolacijskega materiala, je ustvaril doslej nezaslišan potencial za rast sektorja aerogelov. Pričakuje se, da bo nova tehnologija aerogela vključena v rast zelene proizvodnje, da bi ustvarili več novih aplikacij za izdelke v skladu s trendom hitrejšega razvoja zelenih industrij.

 

Aerogel ima izredno nizko gostoto, ultra visoko poroznost, nizek lomni količnik, nizko toplotno prevodnost, nizko akustično impedanco in druge lastnosti, ki jih splošni trdni materiali nimajo. Zaradi teh lastnosti ima velike možnosti uporabe na področjih toplotne izolacije, biomedicine, zvočne izolacije, adsorpcije itd., potencial tržnega povpraševanja pa je ogromen.

 

 

Industrija biomedicine

Vedno več umetnih vsadkov in organov se bo uporabljalo v terapevtskih okoljih, ko se bo družba razvijala in bodo življenja ljudi postajala vse boljša. V mojem narodu se kovine, kot so nerjaveče jeklo in kobaltove zlitine, že dolgo uporabljajo za ortopedsko zdravljenje in popravilo zaradi svojih vrhunskih mehanskih in kontrolnih lastnosti; kljub temu je njihova biokompatibilnost pomanjkljiva. Posledično se trg in raziskave materialov za premaze ali biokeramike, ki so bolj zdravi in ​​združljivi, hitro širijo.

Biomedicinska keramika, kot so Al2O3, ZrO2, ZTA, Si3N4 in sorodni kompozitni keramični materiali, se zaradi svoje izjemne lomne žilavosti in odpornosti proti obrabi pogosto uporabljajo v kirurških nosilnih protezah, zobnih vsadkih, kostnih nadomestkih itd. Cirkonijev oksid se zaradi svoje dobre učinkovitosti in lepote pogosto uporablja v materialih za obnovo zob, vendar je njegova trdnost posledica stekla keramika. Med temi silicijev nitrid združuje baktericidni učinek in samomazalne lastnosti, njegov vsadek pa ima dolgoročno stabilno biološko stabilnost.

Leta 2022 naj bi obseg svetovnega trga medicinskih keramičnih materialov znašal okoli 15 milijard USD. Leta 2022 naj bi bil trg medicinskih keramičnih materialov na Kitajskem vreden približno 4,5 milijarde ameriških dolarjev. Med njimi je glavnina aluminijeva keramika (približno 60%). Keramika iz silicijevega nitrida se uporablja za ortopedske vsadke, cirkonijeva keramika pa se uporablja predvsem v zobozdravstvu.

 

 

Letalski in vesoljski sektor

Keramika dosledno izstopa po svoji izjemni zmogljivosti v različnih težkih situacijah uporabe. Vojaška in vesoljska industrija sta dva najbolj priljubljena trga aplikacij za napredno keramiko. "Odpornost na visoke temperature" in "stealth" sta dve glavni razvojni liniji keramike v vesoljski industriji.

 

Nova generacija vojaških letalskih motorjev ima vedno večjo potrebo po novih strukturnih materialih, odpornih na visoke temperature, saj se potencial monokristalov, toplotno zaščitnih premazov in aktivnega zračnega hlajenja postopoma izčrpava. SiC/SiC-CMC se je izkazal kot ena izmed najboljših možnosti za strukturne materiale, odporne na visoke temperature. SiC/SiC-CMC je v veliki meri ojačen in utrjen z vlakni iz silicijevega karbida. Najpomembnejša surovina za SiC/SiC-CMC je vlakno iz silicijevega karbida, ki ima temperaturno obstojnost nad 1200 °C in je pritegnilo pozornost letalskih sil v raziskovalnem tekmovanju.

 

 

Absorpcijski materiali, ki so običajno sestavljeni iz vpojnega medija (absorbenta) in matričnega materiala (včasih znanega kot vezivo), sodijo med najbolj ključne prikrite materiale. Silicijev karbid je primarna sestavina, ki se uporablja za izdelavo večpasovnih vpojnih keramičnih materialov; anorganski keramični nanodelci in anorganski polimerni materiali se združijo in tvorijo keramične infrardeče prikrite materiale, neke vrste premaz. Da bi ustvarili učinkovito širokopasovno absorpcijo elektromagnetnega valovanja, so anorganski keramični nanodelci enakomerno razpršeni v anorganski polimerni matrici in skrbno nadzorovani.