Fem stora industrier för framtida utveckling av keramiska produkter
Industri för elfordon
Kina producerade och sålde 6,253 miljoner respektive 6,067 miljoner nya energibilar mellan januari och november, en ökning med cirka 100 % år över år, med en marknadsandel på 25 %, enligt de senaste siffrorna från China Association of Automobile Manufacturers. Tillsammans med tillverkning och försäljningstillväxt som vida överträffade marknaden under den tiden, har penetrationen av nya energifordon passerat 36 % och fortsätter att öka. Elfordonstekniken utvecklas ständigt, vilket har påskyndat utbytet av dess komponentdesigner och material. Användningen av nya energifordon har helt och hållet omfattat avancerade keramiska material på grund av deras unika prestandafördelar.
Bland dem är HIP-kiselnitridlagerkulor och kiselnitridsubstrat med hög värmeledningsförmåga vanliga.
01 HIP-kulor för kiselnitridlager
Motorlager för nya energifordon kräver lägre densitet och jämförelsevis mer slitstarka material på grund av deras högre rotationshastigheter jämfört med standardlager. I keramiska lager av kiselnitrid producerar kulorna mindre värme och friktion i lagersystemet. Närmare bestämt är kiselnitrid en naturligt förekommande elektrisk isolator som kan förhindra elektrisk korrosion från lagerurladdning, förlänga livslängden för smörjmedel och lager och så småningom orsaka lagerfel. Den är idealisk för användning inom en mängd olika sektorer, inklusive elbilar.
Keramiska lager ersätter i allt högre grad stålkullager i den elektriska drivningens tidsålder. Keramiska kulisolerade kullager av kiselnitrid används i inhemska Xiaopeng P7, G9, Weilai ET7 och andra modeller. Till exempel använder den utgående axeln på motorn som används av Tesla keramiska lager, hybridkeramiska lager designade av NSK och lagerkulor gjorda av 50 kiselnitridkulor.
Varmisostatisk pressning (HIP) och gastrycksintring (GPS) är de två mest populära förberedande teknikerna för keramisk kulsintring av kiselnitrid. Dessa två metoder ger keramiska bollar som ofta används i många miljöer. HIP-kiselnitrid ger överlägsna mekaniska egenskaper och en längre utmattningslivslängd än GPS-kiselnitrid.
För närvarande fortsätter välkända utländska företag att kontrollera den internationella marknadsandelen och utvecklingsriktningen, medan japanska, europeiska och amerikanska företag fortsätter att dominera tillverkningen av exklusiva keramiska lagervaror. 2015 grundades National Materials High-Tech Nitride Ceramics Co., Ltd. i mitt land.
gjort ett betydande framsteg inom tekniken för att massproducera varma isostatiskt pressade keramiska kulor av kiselnitrid, vilket gör det till det första företaget i Kina att etablera massproduktion av dessa material och det tredje företaget totalt, bakom Toshiba i Japan och Kustec i USA. SKF i Sverige, Timken i USA, GMN i Tyskland och Forsa i Spanien är bland de länder som dess produkter skickas till. Dessutom används jämförbara metoder av Sinoceramic Jinsheng och andra för att skapa kiselnitridlagerkulor med en böjhållfasthet på 1000 MPa.
02 Keramiskt substrat av kiselnitrid med hög värmeledningsförmåga
Keramiska substrat av kiselnitrid används huvudsakligen i kraftenheter, halvledarenheter och växelriktare för rena elfordon (EV) och hybridelektriska fordon (HEV), och har en enorm marknadspotential och applikationsmöjligheter.
För närvarande krävs böjhållfasthet på 650 MPa, brottseghet på 5–7 MPa·m1/2 och värmeledningsförmåga på 85 W/(m·K) för kommersiell användning av keramiska substratmaterial av kiselnitrid med hög värmeledningsförmåga. Toshiba Group, Hitachi Metals, Nippon Electric Chemical, Maruwa och Nippon Fine Ceramics är de primära företagen som har kapacitet att masstillverka keramiska substrat av kiselnitrid med hög värmeledningsförmåga.
Dessutom har det gjorts vissa framsteg inom inhemsk forskning om keramiska substratmaterial av kiselnitrid. Genom att optimera sintringsmetoden och processen har Beijing Sinoma Artificial Crystal Research Institute Co., Ltd. framgångsrikt förberett ett keramiskt kiselnitridsubstrat med en böjhållfasthet på 700-800 MPa, en brottseghet på ≥8MPa·m1/2 och en värmeledningsförmåga på ≥80W/(m·K/W). Det keramiska substratet av kiselnitrid som tillverkas av Beijing Branch of Sinoma High-Tech Nitride Ceramics Co., Ltd. med användning av tejpgjutningsprocessen har en värmeledningsförmåga på 100 W/(m·K).
Elfordon rör sig för närvarande närmare intelligens som ett resultat av den växande populariteten för nya energifordon och utvecklingen av artificiell intelligens (AI). Biltillverkare har också visat intresse för en mängd olika keramiska material, inklusive lidarförpackningsmaterial, kolkeramiska bromsar, MLCC med hög kapacitet, keramiska värmeledande material, etc.
Tillverkning av halvledare
Den industriella lagen om "en generation av teknik, en generation av process, en generation av utrustning" styr halvledarindustrin, och framsteg inom precisionskomponentteknologi är avgörande för modernisering och iteration av halvledarutrustning. Precisionskeramiska delar är de mest representativa materialen för halvledarprecisionsdelar bland dem. De används i ett antal viktiga halvledartillverkningsprocesser, inklusive etsning, kemisk ångavsättning, fysisk ångavsättning och jonimplantation. som mekaniska hanteringsarmar, elektrostatiska chuckar, liners, styrskenor och lager, bland annat. Den utför rollerna stabilisering, försvar och distraktion, särskilt i utrustningshåligheten.
Produktion av halvledare Halvledarindustrin styrs av industrilagstiftningen "en generation av teknik, en generation av processer, en generation av utrustning," och förbättringar av precisionskomponentteknologi är väsentliga för modernisering och iteration av halvledarmaskineri. Av alla material som används för halvledarprecisionsdelar är precisionskeramiska delar de mest representativa. De används vid etsning, kemisk ångavsättning, fysikalisk ångavsättning och jonimplantation, bland andra viktiga tillverkningsförfaranden för halvledartillverkning. såsom lager, liners, styrskenor, elektrostatiska chuckar och mekaniska hanteringsarmar, för att nämna några. Den fungerar som avledning, försvar och stabilisering, särskilt inne i utrustningshåligheten.
Energibesparande och miljöskyddsindustrin
Under ledning av den nationella "dual carbon"-policyn utvecklas alla industrier gradvis i riktning mot energibesparing, koldioxidminskning, föroreningsminskning och effektivitetsförbättring. Under denna bakgrund står den keramiska industrin inför energiförbrukning och miljöskyddstryck, men det ger också nya utvecklingsmöjligheter för keramiska material.
01 Keramiskt membran
För att ersätta konventionell filtreringsseparationsteknik används idag membranseparationsteknik med keramiskt membran i sin kärna som en högeffektiv separationsprocess inom processindustrin och speciella vattenreningsområden för filtreringsseparering, koncentrering och rening, samt rening och föroreningsborttagning.
Keramiskt platt membran
Bland dem kan vätskor i komplexa miljöer filtreras, separeras och renas med hjälp av högpresterande keramiska platta membran. Hög temperatur- och tryckbeständighet, stark kemisk stabilitet, hög filtreringseffektivitet, god pålitlighet, låga drifts- och underhållskostnader, förlängd livslängd och miljövänlighet under hela livscykeln är några av deras egenskaper. Det har använts i stor utsträckning och marknadsförts inom områdena kommunalt avlopp, distribuerad vattenrening, svart och luktande vattenbehandling, återanvändning av återvunnet vatten och rening av avloppsvatten från industriparken. Det är den primära utvecklingsriktningen inom området för internationella högpresterande keramiska separationsmembran och har ett brett utbud av marknadsutsikter.
Tillsammans med vattenrening är hanteringen av luftföroreningar i mitt land också vid horisonten. Den miljövänliga nano-denitrifikationskatalysatorn för sällsynta jordartsmetaller laddas på keramiskt fiberkompositmembranmaterial som stödkropp för att skapa högtemperaturfibermembranet för denitrifiering och dammavlägsnande, ett filterelement med integrerade funktioner för denitrifiering och dammborttagning som kan uppnå direkt rening av gas under höga temperaturförhållanden.
02 Aerogel
Den omfattande gröna och koldioxidsnåla utvecklingen av aerogel, ett superisolerande material, har skapat en hittills oerhörd potential för tillväxten av aerogel-sektorn. Den nya aerogelteknologin förväntas integreras med tillväxten av grön tillverkning för att skapa fler nya produktapplikationer i linje med trenden att gröna industrier utvecklas snabbare.
Aerogel har extremt låg densitet, ultrahög porositet, lågt brytningsindex, låg värmeledningsförmåga, låg akustisk impedans och andra egenskaper som generella fasta material inte har. Dessa egenskaper gör att den har stora tillämpningsmöjligheter inom områdena värmeisolering, biomedicin, ljudisolering, adsorption, etc., och efterfrågan på marknaden är enorm.
Bransch för biomedicin
Fler och fler konstgjorda implantat och organ kommer att användas i terapeutiska miljöer i takt med att samhället utvecklas och människors liv blir bättre. I mitt land har metaller som rostfritt stål och koboltlegeringar länge använts för ortopedisk läkning och reparation på grund av deras överlägsna mekaniska och kontrollegenskaper; inte desto mindre saknas deras biokompatibilitet. Följaktligen expanderar marknaden och forskningen för beläggningsmaterial eller biokeramer som är hälsosammare och mer kompatibla snabbt.
På grund av sin exceptionella brottseghet och slitstyrka används biomedicinsk keramik som Al2O3, ZrO2, ZTA, Si3N4 och relaterade kompositkeramiska material ofta i kirurgiska lastbärande proteser, tandimplantat, bensubstitut etc. Zirkoniumoxid används ofta på grund av dess goda hållfasthet i dentala, men på grund av dess goda hållfasthet och skönhet. glaskeramik. Bland dessa kombinerar kiselnitrid den bakteriedödande effekten och självsmörjande egenskaper, och dess implantat har långtidsstabil biologisk stabilitet.
År 2022 beräknas storleken på den världsomspännande marknaden för medicinska keramiska material vara cirka 15 miljarder USD. År 2022 förväntas marknaden för medicinska keramiska material i Kina vara värd cirka 4,5 miljarder US-dollar. Av dem utgör aluminiumoxidkeramik majoriteten (cirka 60%). Kiselnitridkeramik används för ortopediska implantat, medan zirkoniumkeramik främst används inom tandvården.
Flyg- och rymdsektorn
Keramik utmärker sig genomgående för sin exceptionella prestanda i en mängd olika tuffa användningssituationer. Militär- och flygindustrin är två av de mest omtyckta applikationsmarknaderna för avancerad keramik. "Hög temperaturbeständighet" och "stealth" är de två primära keramiska utvecklingslinjerna inom flygindustrin.
Den nya generationen av militära flygmotorer har ett ökande behov av nya högtemperaturbeständiga strukturella material eftersom potentialen hos enkristaller, termiska barriärbeläggningar och aktiv luftkylning gradvis förbrukas. SiC/SiC-CMC har framstått som ett av de bästa alternativen för högtemperaturbeständiga konstruktionsmaterial. SiC/SiC-CMC förstärks och härdas till stor del av kiselkarbidfiber. Den viktigaste råvaran för SiC/SiC-CMC är kiselkarbidfiber, som har en temperaturbeständighet på över 1200°C och har uppmärksammats av flygmakterna i en forskningstävling.
Absorberande material, som vanligtvis består av ett absorberande medium (absorbent) och ett matrismaterial (ibland känt som ett bindemedel), är bland de mest avgörande smygmaterialen. Kiselkarbid är den primära ingrediensen som används för att skapa absorberande keramiska material med flera band; oorganiska keramiska nanopartiklar och oorganiska polymermaterial kombineras för att bilda keramiska infraröda stealth-material, en slags beläggning. För att producera effektiv bredbandig elektromagnetisk vågabsorption är oorganiska keramiska nanopartiklar likformigt dispergerade i en oorganisk polymermatris och kontrolleras noggrant.