П'ять основних галузей для майбутнього розвитку керамічних виробів

2024-11-21

Промисловість електромобілів

Згідно з останніми даними Китайської асоціації виробників автомобілів, Китай виготовив і продав 6,253 мільйона і 6,067 мільйона нових автомобілів на енергоспоживання відповідно, що на 100% більше, ніж у минулому році, з часткою ринку в 25%. Поряд із зростанням виробництва та продажів, яке значно випередило ринок за цей час, проникнення нових автомобілів на енергії перевищило 36% і продовжує зростати. Технології електромобілів постійно розвиваються, що пришвидшило заміну конструкцій компонентів і матеріалів. Використання електромобілів з новою енергією повністю охоплює передові керамічні матеріали завдяки їхнім унікальним перевагам у роботі.

Серед них переважають кульки з підшипниками з нітриду кремнію HIP і підкладки з нітриду кремнію з високою теплопровідністю.

01 Кульки HIP для підшипників із нітриду кремнію

Підшипники двигунів для нових транспортних засобів потребують меншої щільності та порівняно більшої зносостійкості через їх вищу швидкість обертання порівняно зі стандартними підшипниками. У керамічних підшипниках із нітриду кремнію кульки виробляють менше тепла та тертя в системі підшипників. Зокрема, нітрид кремнію є природним електричним ізолятором, який може запобігти електричній корозії внаслідок розряду підшипника, подовжити термін служби мастильних матеріалів і підшипників і, зрештою, спричинити поломку підшипника. Він ідеально підходить для використання в різних секторах, включаючи електромобілі.

В епоху електроприводів сталеві кулькові підшипники все частіше замінюють керамічні. Керамічні кулькові підшипники з нітриду кремнію використовуються в домашніх моделях Xiaopeng P7, G9, Weilai ET7 та інших. Наприклад, вихідний вал двигуна, який використовує Tesla, використовує керамічні підшипники, гібридні керамічні підшипники, розроблені NSK, і кульки підшипників, виготовлені з 50 кульок нітриду кремнію.

Гаряче ізостатичне пресування (HIP) і спікання під тиском газу (GPS) є двома найпопулярнішими підготовчими методами для спікання керамічної кульки з нітриду кремнію. Ці два методи дають керамічні кульки, які часто використовуються в багатьох місцях. Нітрид кремнію HIP забезпечує чудові механічні якості та довший термін служби, ніж нітрид кремнію GPS.

В даний час відомі іноземні фірми продовжують контролювати частку міжнародного ринку та напрямок розвитку, тоді як японські, європейські та американські корпорації продовжують домінувати у виробництві високоякісних керамічних підшипників. У 2015 році в моїй країні було засновано National Materials High-Tech Nitride Ceramics Co., Ltd.

досягла значного прогресу в технології масового виробництва гарячих ізостатично пресованих керамічних куль із нітриду кремнію, зробивши її першою компанією в Китаї, яка налагодила масове виробництво цих матеріалів, і третьою компанією в цілому після Toshiba в Японії та Kustec у Сполучених Штатах. SKF у Швеції, Timken у США, GMN у Німеччині та Forsa в Іспанії входять до числа країн, куди постачається продукція компанії. Крім того, порівняльні методи використовують Sinoceramic Jinsheng та інші для створення кульок із нітриду кремнію з міцністю на вигин 1000 МПа.

02 Керамічна підкладка з нітриду кремнію з високою теплопровідністю

Керамічні підкладки з нітриду кремнію в основному використовуються в блоках живлення, напівпровідникових пристроях і інверторах чисто електричних транспортних засобів (EV) і гібридних електричних транспортних засобів (HEV) і мають величезний ринковий потенціал і перспективи застосування.

В даний час для комерційного використання матеріалів підкладки з нітриду кремнію з високою теплопровідністю необхідні міцність на вигин 650 МПа, в’язкість руйнування 5–7 МПа·м1/2 і теплопровідність 85 Вт/(м·К). Toshiba Group, Hitachi Metals, Nippon Electric Chemical, Maruwa та Nippon Fine Ceramics є основними компаніями, які мають потужність для масового виробництва керамічних підкладок з нітриду кремнію з високою теплопровідністю.

Крім того, відбувся певний прогрес у вітчизняних дослідженнях керамічних матеріалів підкладки з нітриду кремнію. Оптимізувавши метод і процес спікання, Beijing Sinoma Artificial Crystal Research Institute Co., Ltd. успішно підготував керамічну підкладку з нітриду кремнію з міцністю на вигин 700-800 МПа, в’язкістю до руйнування ≥8 МПа·м1/2 і теплопровідністю ≥80 Вт/(м·K). Керамічна підкладка з нітриду кремнію, виготовлена пекінським відділенням Sinoma High-Tech Nitride Ceramics Co., Ltd. за допомогою процесу лиття на стрічку, має теплопровідність 100 Вт/(м·К).

Електромобілі наразі наближаються до інтелекту завдяки зростанню популярності транспортних засобів на новій енергії та розвитку штучного інтелекту (ШІ). Виробники автомобілів також виявили інтерес до різноманітних керамічних матеріалів, включаючи пакувальні матеріали для лідарів, вуглецево-керамічні гальма, MLCC високої місткості, керамічні теплопровідні матеріали тощо.

Виробництво напівпровідників

Промисловий закон «одне покоління технології, одне покоління процесу, одне покоління обладнання» регулює напівпровідникову промисловість, і досягнення в технології точних деталей є вирішальними для модернізації та ітерації напівпровідникового обладнання. Прецизійні керамічні деталі є найбільш типовими матеріалами для напівпровідникових точних деталей серед них. Вони використовуються в ряді ключових процесів виробництва напівпровідників, включаючи травлення, хімічне осадження з парової фази, фізичне осадження з парової фази та іонну імплантацію. наприклад, механічні манипулятори, електростатичні патрони, вкладиші, напрямні рейки та підшипники тощо. Він виконує функції стабілізації, захисту та відволікання, особливо в порожнині обладнання.

Виробництво напівпровідників Напівпровідникова промисловість регулюється промисловим законом «одне покоління технології, одне покоління процесу, одне покоління обладнання», і вдосконалення технології точних деталей є важливими для модернізації та ітерації напівпровідникового обладнання. З усіх матеріалів, що використовуються для напівпровідникових точних деталей, прецизійні керамічні деталі є найбільш репрезентативними. Вони використовуються для травлення, хімічного осадження з парової фази, фізичного осадження з парової фази та іонної імплантації, серед інших важливих процедур виробництва напівпровідників. таких як підшипники, вкладиші, напрямні, електростатичні патрони та механічні манипулятори, щоб назвати декілька. Він служить для відволікання, захисту та стабілізації, особливо всередині порожнини обладнання.

Енергозберігаюча та природоохоронна промисловість

Під керівництвом національної політики «подвійного вуглецю» всі галузі промисловості поступово розвиваються в напрямку енергозбереження, зменшення викидів вуглецю, зменшення забруднення та підвищення ефективності. На цьому тлі керамічна промисловість стикається з проблемами споживання енергії та захисту навколишнього середовища, але вона також відкриває нові можливості для розвитку керамічних матеріалів.

01 Керамічна мембрана

Щоб замінити звичайну технологію фільтраційного розділення, технологія мембранного розділення з керамічною мембраною в її основі в даний час в основному використовується як високоефективний процес розділення в переробній промисловості та спеціальних областях очищення води для фільтраційного розділення, концентрації та очищення, а також очищення та видалення домішок.

Плоска керамічна мембрана

Серед них рідини в складних умовах можна фільтрувати, розділяти та очищати за допомогою високоефективних керамічних плоских мембран. Стійкість до високих температур і тиску, сильна хімічна стабільність, висока ефективність фільтрації, хороша надійність, низькі витрати на експлуатацію та технічне обслуговування, подовжений термін служби та екологічність протягом усього життєвого циклу є одними з їхніх атрибутів. Він широко використовувався та пропагувався у сферах муніципальної каналізації, розподіленої очистки води, очищення чорної та неприємних запахів води, повторного використання регенерованої води та очищення стічних вод промислових парків. Це основний напрямок розвитку в галузі міжнародних високоефективних керамічних розділових мембран і має широкий спектр ринкових перспектив.

Разом з очищенням води, на горизонті також стоїть боротьба із забрудненням повітря в моїй країні. Екологічно чистий наноденітрифікаційний каталізатор системи оксидів рідкоземельних металів завантажується на композитний мембранний матеріал із керамічного волокна як опорний корпус для створення високотемпературної волокнистої мембрани для денітрифікації та видалення пилу, фільтруючого елемента з інтегрованими функціями денітрифікації та видалення пилу, який може досягати прямого очищення газу в умовах високої температури.

02 Аерогель

Широкий екологічний і низьковуглецевий розвиток аерогелю, суперізоляційного матеріалу, створив досі нечуваний потенціал для зростання сектору аерогелів. Очікується, що нова технологія аерогелю буде інтегрована зі зростанням екологічного виробництва, щоб створювати більше нових застосувань продуктів відповідно до тенденції швидшого розвитку екологічних галузей.

Аерогель має надзвичайно низьку щільність, надвисоку пористість, низький показник заломлення, низьку теплопровідність, низький акустичний опір та інші характеристики, яких не мають звичайні тверді матеріали. Завдяки цим характеристикам він має великі перспективи застосування в сферах теплоізоляції, біомедицини, звукоізоляції, адсорбції тощо, а потенціал ринку величезний.

Індустрія біомедицини

Все більше і більше штучних імплантатів і органів використовуватимуться в терапевтичних установах, оскільки суспільство розвивається і життя людей стає кращим. У моїй країні такі метали, як нержавіюча сталь і кобальтові сплави, вже давно використовуються для ортопедичного лікування та ремонту завдяки їхнім чудовим механічним і контрольним якостям; тим не менш, їх біосумісність недостатня. Відповідно, ринок і дослідження матеріалів для покриттів або біокераміки, які є здоровішими та більш сумісними, швидко розширюються.

Завдяки своїй винятковій міцності на руйнування та зносостійкості біомедична кераміка, як-от Al2O3, ZrO2, ZTA, Si3N4 та пов’язані з нею композитні керамічні матеріали, часто використовуються в хірургічних несучих протезах, зубних імплантатах, замінниках кістки тощо. Оксид цирконію часто використовується в матеріалах для реставрації зубів завдяки його хорошим характеристикам і красі, але його міцність зумовлена склом. кераміка. Серед них нітрид кремнію поєднує в собі бактерицидний ефект і самозмащувальні властивості, а його імплантат має тривалу стабільну біологічну стабільність.

У 2022 році прогнозується, що обсяг світового ринку медичних керамічних матеріалів становитиме близько 15 мільярдів доларів США. У 2022 році очікується, що ринок медичних керамічних матеріалів у Китаї становитиме приблизно 4,5 мільярда доларів США. З них більшість (близько 60%) становить глиноземна кераміка. Кераміка з нітриду кремнію використовується для ортопедичних імплантатів, тоді як кераміка з діоксиду цирконію в основному використовується в стоматології.

Аерокосмічний сектор

Кераміка незмінно виділяється своєю винятковою продуктивністю в різноманітних важких ситуаціях застосування. Військова та аерокосмічна промисловість є двома з найбільш популярних ринків застосування передової кераміки. «Стійкість до високих температур» і «невидимість» є двома основними напрямками розвитку кераміки в аерокосмічній промисловості.

Нове покоління двигунів військової авіації має зростаючу потребу в нових конструкційних матеріалах, стійких до високих температур, оскільки потенціал монокристалів, теплозахисних покриттів і активного повітряного охолодження поступово вичерпується. SiC/SiC-CMC став одним із найкращих варіантів конструкційних матеріалів, стійких до високих температур. SiC/SiC-CMC зміцнюється та зміцнюється переважно волокном карбіду кремнію. Найважливішою сировиною для SiC/SiC-CMC є волокно з карбіду кремнію, яке має термостійкість вище 1200°C і привернуло увагу авіаційних держав у дослідницькому конкурсі.

Як правило, поглинаючі матеріали складаються з поглинаючого середовища (абсорбенту) і матричного матеріалу (іноді відомого як сполучна речовина), і є одними з найбільш важливих стелс-матеріалів. Карбід кремнію є основним інгредієнтом, який використовується для створення багатосмугових абсорбуючих керамічних матеріалів; неорганічні керамічні наночастинки та неорганічні полімерні матеріали поєднуються, утворюючи керамічні інфрачервоні стелс-матеріали, свого роду покриття. Щоб забезпечити ефективне широкосмугове поглинання електромагнітних хвиль, неорганічні керамічні наночастинки рівномірно диспергують у неорганічній полімерній матриці та ретельно контролюють.