Seramik ürünlerinin gelecekteki gelişimi için beş büyük endüstri
Elektrikli araçlar endüstrisi
Çin Otomobil Üreticileri Birliği'nin en son verilerine göre, Çin, Ocak ve Kasım ayları arasında sırasıyla 6,253 milyon ve 6,067 milyon yeni enerjili otomobil üretip sattı. Bu rakamlar, bir önceki yıla göre yaklaşık %100'lük bir artışa ve %25'lik bir pazar payına işaret ediyor. Bu dönemde üretim ve satış büyümesinin piyasayı önemli ölçüde geride bırakmasıyla birlikte, yeni enerjili araç penetrasyonu %36'yı aştı ve artmaya devam ediyor. Elektrikli araç teknolojisi sürekli gelişiyor ve bu da bileşen tasarımlarının ve malzemelerinin yenilenmesini hızlandırıyor. Yeni enerjili elektrikli araçların kullanımı, gelişmiş teknolojileri tamamen benimsedi. Seramik Malzemeler benzersiz performans avantajları nedeniyle.
Bunlar arasında HIP silisyum nitrür rulman bilyaları ve yüksek ısıl iletkenliğe sahip silisyum nitrür alt tabakalar ön plana çıkmaktadır.
01 Silisyum Nitrür Yataklar için HIP Bilyaları
Yeni enerji araçlarının motor yatakları, standart yataklara kıyasla daha yüksek dönüş hızları nedeniyle daha düşük yoğunluklu ve nispeten daha aşınmaya dayanıklı malzemeler gerektirir. Silisyum nitrür seramik yataklarda, bilyalar yatak sistemi içinde daha az ısı ve sürtünme üretir. Silisyum nitrür, özellikle yatak deşarjından kaynaklanan elektriksel korozyonu önleyebilen, yağlayıcıların ve yatakların ömrünü uzatabilen ve nihayetinde yatak arızasına neden olabilen doğal bir elektrik yalıtkanıdır. Elektrikli otomobiller de dahil olmak üzere çeşitli sektörlerde kullanım için idealdir.
Elektrikli tahrik çağında, seramik rulmanlar çelik bilyalı rulmanların yerini giderek daha fazla alıyor. Silikon nitrür seramik bilyalı rulmanlar, Xiaopeng P7, G9, Weilai ET7 ve diğer yerli modellerde kullanılıyor. Örneğin, Tesla'nın kullandığı motorun çıkış milinde seramik rulmanlar, NSK tarafından tasarlanan hibrit seramik rulmanlar ve 50 silikon nitrür bilyeden oluşan rulman bilyaları kullanılıyor.
Sıcak izostatik presleme (HIP) ve gaz basıncı Sinterleme (GPS), silisyum nitrür seramik bilye sinterlemesi için en popüler iki hazırlama tekniğidir. Bu iki yöntem, birçok ortamda sıklıkla kullanılan seramik bilyeler üretir. HIP silisyum nitrür, GPS silisyum nitrüre göre üstün mekanik özellikler ve daha uzun yorulma ömrü sağlar.
Şu anda, tanınmış yabancı firmalar uluslararası pazar payını kontrol etmeye ve geliştirmeye devam ediyor.Öğleden sonraÜretim yönü değişmekle birlikte, Japon, Avrupa ve Amerikan şirketleri yüksek kaliteli seramik rulman ürünlerinin üretiminde hakimiyetlerini sürdürüyorlar. 2015 yılında ülkemizde National Materials High-Tech Nitride Ceramics Co., Ltd. kuruldu.
Sıcak izostatik preslenmiş silisyum nitrür seramik bilyelerin seri üretimi teknolojisinde önemli bir ilerleme kaydederek, Çin'de bu malzemelerin seri üretimini gerçekleştiren ilk şirket ve Japonya'daki Toshiba ve Amerika Birleşik Devletleri'ndeki Kustec'in ardından genel olarak üçüncü şirket oldu. İsveç'teki SKF, ABD'deki Timken, Almanya'daki GMN ve İspanya'daki Forsa, ürünlerinin gönderildiği ülkeler arasında yer alıyor. Ayrıca, Sinoceramic Jinsheng ve diğerleri tarafından 1000 MPa eğilme mukavemetine sahip silisyum nitrür rulman bilyeleri üretmek için benzer yöntemler kullanılıyor.
02 Yüksek ısı iletkenliğine sahip silisyum nitrür seramik alt tabaka
Silisyum nitrür seramik alt tabakalar, esas olarak saf elektrikli araçlar (EV) ve hibrit elektrikli araçların (HEV) güç ünitelerinde, yarı iletken aygıtlarında ve invertörlerinde kullanılmakta olup, büyük pazar potansiyeline ve uygulama beklentilerine sahiptir.
Günümüzde, yüksek ısı iletkenliğine sahip silisyum nitrür seramik alt tabaka malzemelerinin ticari kullanımı için 650 MPa eğilme dayanımı, 5–7 MPa·m² kırılma tokluğu ve 85 W/(m·K) ısı iletkenliği gerekmektedir. Toshiba Group, Hitachi Metals, Nippon Electric Chemical, Maruwa ve Nippon Fine Ceramics, yüksek ısı iletkenliğine sahip silisyum nitrür seramik alt tabakaları seri üretme kapasitesine sahip başlıca şirketlerdir.
Ek olarak, silisyum nitrür seramik alt tabaka malzemeleri üzerine yurt içi araştırmalarda bazı ilerlemeler kaydedilmiştir. Sinterleme yöntemi ve sürecini optimize ederek, Pekin Sinoma Yapay Kristal Araştırma Enstitüsü Ltd. Şti., 700-800 MPa eğilme dayanımına, ≥8 MPa·m² kırılma tokluğuna ve ≥80 W/(m·K) ısıl iletkenliğe sahip bir silisyum nitrür seramik alt tabakayı başarıyla hazırlamıştır. Sinoma Yüksek Teknoloji Nitrür Seramik Ltd. Şti.'nin Pekin Şubesi tarafından bant döküm yöntemi kullanılarak üretilen silisyum nitrür seramik alt tabakanın ısıl iletkenliği 100 W/(m·K)'dir.
Yeni enerji araçlarının artan popülaritesi ve yapay zekânın (YZ) gelişmesiyle birlikte elektrikli araçlar, zekâya doğru bir adım daha yaklaşıyor. Otomobil üreticileri ayrıca lidar paketleme malzemeleri, karbon seramik frenler, yüksek kapasiteli MLCC, seramik termal iletken malzemeler vb. dahil olmak üzere çeşitli seramik malzemelere de ilgi gösteriyor.
Yarı iletkenlerin üretimi
"Bir nesil teknoloji, bir nesil süreç, bir nesil ekipman" endüstriyel yasası yarı iletken endüstrisini yönetir ve hassas parça teknolojisindeki gelişmeler, yarı iletken ekipmanların modernizasyonu ve yinelenmesi için hayati önem taşır. Hassas seramik parçalar, aralarında yarı iletken hassas parçalar için en temsili malzemelerdir. Aşındırma, kimyasal buhar biriktirme, fiziksel buhar biriktirme ve iyon aşılama gibi bir dizi önemli yarı iletken üretim sürecinde kullanılırlar. Mekanik taşıma kolları, elektrostatik aynalar, gömlekler, kılavuz raylar ve yataklar gibi. Özellikle ekipman boşluğunda sabitleme, savunma ve dikkat dağıtma rollerini yerine getirir.
Yarı iletken üretimi Yarı iletken endüstrisi, "bir nesil teknoloji, bir nesil süreç, bir nesil ekipman" endüstriyel yasasına tabidir ve hassas parça teknolojisindeki gelişmeler, yarı iletken makinelerinin modernizasyonu ve yenilenmesi için olmazsa olmazdır. Yarı iletken hassas parçalar için kullanılan tüm malzemeler arasında hassas seramik parçalar en temsili olanıdır. Bunlar, aşındırma, kimyasal buhar biriktirme, fiziksel buhar biriktirme ve iyon aşılama gibi diğer önemli yarı iletken üretim prosedürlerinde kullanılır. Yataklar, gömlekler, kılavuz raylar, elektrostatik aynalar ve mekanik taşıma kolları bunlardan sadece birkaçıdır. Özellikle ekipman boşluğunun içinde, yönlendirme, savunma ve stabilizasyon görevi görür.
Enerji tasarrufu ve çevre koruma endüstrisi
Ulusal "çift karbon" politikasının rehberliğinde, tüm endüstriler enerji tasarrufu, karbon azaltımı, kirlilik azaltma ve verimlilik iyileştirme yönünde kademeli olarak gelişiyor. Bu bağlamda, seramik endüstrisi enerji tüketimi ve çevre koruma baskılarıyla karşı karşıya kalırken, aynı zamanda seramik malzemeler için yeni gelişim fırsatları da sunuyor.
01 Seramik membran
Geleneksel filtrasyon ayırma teknolojisinin yerini almak üzere, seramik membran esaslı membran ayırma teknolojisi, günümüzde proses endüstrisinde ve özel su arıtma alanlarında filtrasyon ayırma, konsantrasyon ve saflaştırma, saflaştırma ve safsızlık giderimi için yüksek verimli bir ayırma prosesi olarak öncelikli olarak kullanılmaktadır.
Seramik düz membran
Bunlar arasında, karmaşık ortamlardaki akışkanlar, yüksek performanslı seramik düz membranlar kullanılarak filtrelenebilir, ayrılabilir ve arıtılabilir. Yüksek sıcaklık ve basınç direnci, güçlü kimyasal kararlılık, yüksek filtreleme verimliliği, iyi güvenilirlik, düşük işletme ve bakım maliyetleri, uzun hizmet ömrü ve yaşam döngüsü boyunca çevre dostu olması, bu membranların bazı özellikleridir. Belediye kanalizasyonları, dağıtılmış su arıtımı, siyah ve kokulu su arıtımı, geri kazanılmış suyun yeniden kullanımı ve sanayi parkı atık su arıtımı alanlarında yaygın olarak kullanılmış ve tanıtılmıştır. Uluslararası yüksek performanslı seramik ayırma membranları alanında birincil geliştirme alanıdır ve geniş bir pazar potansiyeline sahiptir.
Ülkemizde su arıtımının yanı sıra hava kirliliği yönetimi de ufukta. Çevre dostu nadir toprak metal oksit sistemi nano-denitrifikasyon katalizörü, denitrifikasyon ve toz giderimi için yüksek sıcaklık fiber membranı oluşturmak üzere destek gövdesi olarak seramik fiber kompozit membran malzemesine yükleniyor. Ayrıca, yüksek sıcaklık koşullarında gazın doğrudan arıtımını sağlayabilen entegre denitrifikasyon ve toz giderme fonksiyonlarına sahip bir filtre elemanı da bulunuyor.
02 Aerojel
Süper yalıtım malzemesi olan aerogel'in kapsamlı yeşil ve düşük karbonlu gelişimi, aerogel sektörünün büyümesi için bugüne kadar görülmemiş bir potansiyel yaratmıştır. Yeni aerogel teknolojisinin, yeşil endüstrilerin daha hızlı gelişmesi trendine paralel olarak daha fazla yeni ürün uygulaması yaratmak için yeşil üretimin büyümesiyle bütünleşmesi beklenmektedir.
Aerojel, son derece düşük yoğunluğa, ultra yüksek gözenekliliğe, düşük kırılma indisine, düşük ısıl iletkenliğe, düşük akustik empedansa ve genel katı malzemelerin sahip olmadığı diğer özelliklere sahiptir. Bu özellikler, ısı yalıtımı, biyomedikal, ses yalıtımı, adsorpsiyon vb. alanlarda büyük uygulama olanakları sağlar ve pazar talep potansiyeli çok yüksektir.
Biyomedikal endüstrisi
Toplum geliştikçe ve insanların yaşamları iyileştikçe, tedavi amaçlı yapay implantlar ve organlar giderek daha fazla kullanılacaktır. Ülkemde, paslanmaz çelik ve kobalt alaşımları gibi metaller, üstün mekanik ve kontrol özellikleri nedeniyle uzun süredir ortopedik tedavi ve onarımda kullanılmaktadır; ancak biyouyumlulukları yetersizdir. Sonuç olarak, daha sağlıklı ve daha uyumlu kaplama malzemeleri veya biyoseramikler için pazar ve araştırma hızla genişlemektedir.
Olağanüstü kırılma toklukları ve aşınma dirençleri nedeniyle, Al2O3, ZrO2, ZTA, Si3N4 gibi biyomedikal seramikler ve ilgili kompozit seramik malzemeler, cerrahi yük taşıyan protezlerde, diş implantlarında, kemik ikamelerinde vb. sıklıkla kullanılmaktadır. Zirkonyum oksit, iyi performansı ve güzelliği nedeniyle diş restorasyon malzemelerinde sıklıkla kullanılır, ancak mukavemeti cam seramiklerden kaynaklanmaktadır. Bunlar arasında silisyum nitrür, bakterisidal etki ve kendi kendini yağlama özelliklerini birleştirir ve implantı uzun süreli stabil biyolojik stabiliteye sahiptir.
2022 yılında, dünya çapındaki tıbbi seramik malzeme pazarının yaklaşık 15 milyar ABD doları büyüklüğünde olması beklenmektedir. 2022 yılında Çin'deki tıbbi seramik malzeme pazarının yaklaşık 4,5 milyar ABD doları değerinde olması beklenmektedir. Bu pazarın çoğunluğunu (%60) alümina seramikler oluşturmaktadır. Silisyum nitrür seramikler ortopedik implantlarda kullanılırken, zirkonyum seramikler öncelikli olarak diş hekimliğinde kullanılmaktadır.
Havacılık ve uzay sektörü
Seramikler, çeşitli zorlu uygulama koşullarındaki olağanüstü performanslarıyla sürekli olarak öne çıkmaktadır. Askeri ve havacılık endüstrileri, gelişmiş seramikler için en popüler uygulama pazarlarından ikisidir. "Yüksek sıcaklık dayanımı" ve "gizlilik", havacılık endüstrisindeki iki temel seramik geliştirme hattıdır.
Yeni nesil askeri havacılık motorlarında, tek kristallerin, termal bariyer kaplamaların ve aktif hava soğutmasının potansiyeli giderek azaldıkça, yüksek sıcaklığa dayanıklı yeni yapı malzemelerine olan ihtiyaç artmaktadır. SiC/SiC-CMC, yüksek sıcaklığa dayanıklı yapı malzemeleri arasında en iyi seçeneklerden biri olarak ortaya çıkmıştır. SiC/SiC-CMC, büyük ölçüde silisyum karbür elyaf ile güçlendirilmiş ve sertleştirilmiştir. SiC/SiC-CMC için en önemli hammadde, 1200°C'nin üzerinde sıcaklık dayanımına sahip olan ve bir araştırma yarışmasında havacılık güçlerinin dikkatini çeken silisyum karbür elyaftır.
Genellikle bir emici ortam (emici) ve bir matris malzemeden (bazen bağlayıcı olarak da bilinir) oluşan emici malzemeler, en önemli gizli malzemeler arasındadır. Silisyum karbür, çok bantlı emici seramik malzemeler oluşturmak için kullanılan temel bileşendir; inorganik seramik nanopartiküller ve inorganik polimer malzemeler bir araya gelerek bir tür kaplama olan seramik kızılötesi gizli malzemeleri oluşturur. Etkili geniş bant elektromanyetik dalga emilimi sağlamak için, inorganik seramik nanopartiküller inorganik bir polimer matris içinde homojen olarak dağıtılır ve dikkatlice kontrol edilir.