Pet glavnih industrija za budući razvoj keramičkih proizvoda

Industrija električnih vozila

 

Kina je između januara i novembra proizvela i prodala 6,253 miliona i 6,067 miliona novih energetskih automobila, što je porast od oko 100% u odnosu na prethodnu godinu, sa 25% tržišnog udela, prema najnovijim podacima Kineskog udruženja proizvođača automobila. Uz rast proizvodnje i prodaje koji je daleko nadmašio tržište tokom tog vremena, prodor novih energetskih vozila premašio je 36% i nastavlja da raste. Tehnologija električnih vozila stalno se razvija, što je ubrzalo zamjenu dizajna i materijala njegovih komponenti. Upotreba električnih vozila nove energije u potpunosti je prihvatila napredne keramičke materijale zbog njihovih jedinstvenih prednosti u pogledu performansi.

Među njima preovlađuju HIP kuglice koje nose silicijum nitrid i supstrati od silicijum nitrida visoke toplotne provodljivosti.

 

 

01 HIP kuglice za ležajeve silicijum nitrida

Ležajevi motora za nova energetska vozila zahtijevaju nižu gustinu i relativno otpornije materijale na habanje zbog njihove veće brzine rotacije u poređenju sa standardnim ležajevima. U keramičkim ležajevima od silicijum nitrida, kuglice proizvode manje toplote i trenja unutar sistema ležajeva. Konkretno, silicijum nitrid je prirodni električni izolator koji može spriječiti električnu koroziju od pražnjenja ležaja, produžiti vijek trajanja maziva i ležajeva i na kraju izazvati kvar ležaja. Idealan je za upotrebu u raznim sektorima, uključujući električne automobile.

 

Keramički ležajevi sve više zamjenjuju čelične kuglične ležajeve u doba električnih pogona. Kuglični ležajevi izolovani od silicijum nitrida koriste se u domaćim modelima Xiaopeng P7, G9, Weilai ET7 i drugim modelima. Na primjer, izlazna osovina motora koju koristi Tesla koristi keramičke ležajeve, hibridne keramičke ležajeve koje je dizajnirao NSK i kuglice ležaja napravljene od 50 kuglica silicijum nitrida.

Vruće izostatičko presovanje (HIP) i sinterovanje pod pritiskom gasa (GPS) su dve najpopularnije pripremne tehnike za sinterovanje keramičkih kugli od silicijum nitrida. Ove dvije metode daju keramičke kuglice koje se često koriste u mnogim okruženjima. HIP silicijum nitrid pruža superiorne mehaničke kvalitete i duži vijek trajanja od GPS silicijum nitrida.

Trenutno, poznate strane firme nastavljaju da kontrolišu udeo na međunarodnom tržištu i pravac razvoja, dok japanske, evropske i američke korporacije nastavljaju da dominiraju u proizvodnji visokokvalitetnih keramičkih ležajeva. 2015. je osnovana National Materials High-Tech Nitride Ceramics Co., Ltd. u mojoj zemlji.

napravio značajan napredak u tehnologiji za masovnu proizvodnju vruće izostatički presovanih keramičkih kuglica od silicijum nitrida, čime je postala prva kompanija u Kini koja je uspostavila masovnu proizvodnju ovih materijala i treća kompanija u celini, iza Toshibe u Japanu i Kusteca u Sjedinjenim Državama. SKF u Švedskoj, Timken u SAD-u, GMN u Njemačkoj i Forsa u Španjolskoj su među zemljama u koje se isporučuju njegovi proizvodi. Nadalje, Sinoceramic Jinsheng i drugi koriste uporedive metode za stvaranje kuglica ležaja od silicijum nitrida sa čvrstoćom savijanja od 1000 MPa.

 

 

02 Keramička podloga od silicijum nitrida visoke toplotne provodljivosti

Keramičke podloge od silicijum nitrida uglavnom se koriste u energetskim jedinicama, poluvodičkim uređajima i inverterima čisto električnih vozila (EV) i hibridnih električnih vozila (HEV), i imaju ogroman tržišni potencijal i izglede za primenu.

Trenutno je potrebna čvrstoća na savijanje od 650 MPa, žilavost loma od 5–7 MPa·m1/2 i toplotna provodljivost od 85 W/(m·K) za komercijalnu upotrebu keramičkih materijala podloge od silicijum nitrida visoke toplotne provodljivosti. Toshiba Group, Hitachi Metals, Nippon Electric Chemical, Maruwa i Nippon Fine Ceramics su primarne kompanije koje posjeduju kapacitet za masovnu proizvodnju keramičkih podloga od silicijum nitrida visoke toplotne provodljivosti.

 

Osim toga, došlo je do određenog napretka u domaćim istraživanjima keramičkih supstratnih materijala silicijum nitrida. Optimizacijom metode i procesa sinterovanja, Beijing Sinoma Artificial Crystal Research Institute Co., Ltd. je uspješno pripremio keramičku podlogu od silicijum nitrida sa čvrstoćom na savijanje od 700-800MPa, žilavošću na lom od ≥8MPa·m1/2 i toplotnom provodljivošću od 8MPa·m1/2.(m80KW/≥m). Keramička podloga od silicijum nitrida koju proizvodi pekinški ogranak Sinoma High-Tech Nitride Ceramics Co., Ltd., koristeći proces livenja trake, ima toplotnu provodljivost od 100 W/(m·K).

 

Električna vozila se trenutno približavaju inteligenciji kao rezultat rastuće popularnosti novih energetskih vozila i razvoja umjetne inteligencije (AI). Proizvođači automobila također su pokazali interes za razne keramičke materijale, uključujući lidar materijale za pakiranje, karbonske keramičke kočnice, MLCC velikog kapaciteta, keramičke termo provodljive materijale itd.

 

Proizvodnja poluprovodnika

Industrijski zakon "jedna generacija tehnologije, jedna generacija procesa, jedna generacija opreme" upravlja industrijom poluvodiča, a napredak u tehnologiji preciznih dijelova je ključan za modernizaciju i ponavljanje poluvodičke opreme. Precizni keramički dijelovi su među njima najreprezentativniji materijali za precizne poluvodičke dijelove. Koriste se u brojnim ključnim procesima proizvodnje poluprovodnika, uključujući jetkanje, hemijsko taloženje parom, fizičko taloženje pare i ionsku implantaciju. kao što su mehaničke ručice za rukovanje, elektrostatičke stezne glave, obloge, vodilice i ležajevi, između ostalog. Obavlja uloge stabilizacije, odbrane i distrakcije, posebno unutar šupljine opreme.

 

Proizvodnja poluprovodnika Industrija poluprovodnika je vođena industrijskim zakonom "jedna generacija tehnologije, jedna generacija procesa, jedna generacija opreme", a poboljšanja u tehnologiji preciznih dijelova su od suštinskog značaja za modernizaciju i ponavljanje poluvodičkih mašina. Od svih materijala koji se koriste za poluvodičke precizne dijelove, precizni keramički dijelovi su najreprezentativniji. Koriste se u jetkanju, hemijskom taloženju pare, fizičkom taloženju pare i ionskoj implantaciji, između ostalih važnih postupaka proizvodnje poluprovodnika. kao što su ležajevi, obloge, vodilice, elektrostatičke stezne glave i mehaničke ručice za rukovanje, da spomenemo samo neke. Služi kao skretanje, odbrana i stabilizacija, posebno unutar šupljine opreme.

 

 

Industrija uštede energije i zaštite životne sredine

Pod vodstvom nacionalne politike „dual carbon“ sve industrije se postepeno razvijaju u pravcu uštede energije, smanjenja ugljika, smanjenja zagađenja i poboljšanja efikasnosti. Pod ovom pozadinom, keramička industrija se suočava s potrošnjom energije i pritiscima zaštite okoliša, ali također donosi nove razvojne mogućnosti keramičkim materijalima.

 

 

01 Keramička membrana

Kako bi zamijenila konvencionalnu tehnologiju filtracijskog odvajanja, tehnologija membranske separacije s keramičkom membranom u svojoj srži trenutno se prvenstveno koristi kao visokoučinkoviti proces separacije u procesnoj industriji i posebnim poljima obrade vode za filtracijsko odvajanje, koncentraciju i pročišćavanje, te pročišćavanje i uklanjanje nečistoća.

Keramička ravna membrana

Među njima, tekućine u složenim postavkama mogu se filtrirati, odvajati i pročišćavati korištenjem keramičkih ravnih membrana visokih performansi. Otpornost na visoke temperature i pritisak, jaka hemijska stabilnost, visoka efikasnost filtriranja, dobra pouzdanost, niski troškovi rada i održavanja, produženi radni vek i ekološka prihvatljivost tokom životnog ciklusa su neki od njihovih atributa. Široko se koristi i promovira u oblastima komunalne kanalizacije, distribuiranog tretmana vode, tretmana crne i smrdljive vode, ponovne upotrebe obnovljene vode i tretmana otpadnih voda industrijskog parka. To je primarni razvojni pravac u oblasti međunarodnih keramičkih separacionih membrana visokih performansi i ima širok spektar tržišnih perspektiva.

Uz tretman vode, na vidiku je i upravljanje zagađenjem vazduha u mojoj zemlji. Ekološki prihvatljiv katalizator nano-denitrifikacije sistema oksida rijetkih zemnih metala stavlja se na kompozitni materijal membrane od keramičkih vlakana kao potporno tijelo za stvaranje visokotemperaturne vlaknaste membrane za denitrifikaciju i uklanjanje prašine, filter elementa s integriranim funkcijama denitrifikacije i uklanjanja prašine koji može postići direktno pročišćavanje plina u uvjetima visoke temperature.

 

 

02 Aerogel

Ekstenzivni razvoj zelenog i niskougljičnog aerogela, super izolacionog materijala, stvorio je do sada nečuven potencijal za rast sektora aerogela. Očekuje se da će se nova tehnologija aerogela integrirati s rastom zelene proizvodnje kako bi se stvorilo više novih aplikacija proizvoda u skladu s trendom bržeg razvoja zelenih industrija.

 

Aerogel ima izuzetno nisku gustinu, ultra visoku poroznost, nizak indeks prelamanja, nisku toplotnu provodljivost, nisku akustičnu impedanciju i druge karakteristike koje generalni čvrsti materijali nemaju. Zbog ovih karakteristika ima velike izglede za primjenu u oblastima toplinske izolacije, biomedicine, zvučne izolacije, adsorpcije itd., a potencijal potražnje na tržištu je ogroman.

 

 

Industrija biomedicine

Sve više i više umjetnih implantata i organa koristit će se u terapijskim okruženjima kako se društvo bude razvijalo i životi ljudi postajali sve bolji. U mojoj naciji, metali poput nerđajućeg čelika i legura kobalta dugo se koriste za ortopedsko zarastanje i popravke zbog svojih superiornih mehaničkih i kontrolnih kvaliteta; ipak, njihova biokompatibilnost nedostaje. Posljedično, tržište i istraživanja za materijale za premaze ili biokeramiku koji su zdraviji i kompatibilniji se brzo šire.

Zbog svoje izuzetne žilavosti na lom i otpornosti na habanje, biomedicinska keramika poput Al2O3, ZrO2, ZTA, Si3N4 i srodnih kompozitnih keramičkih materijala često se koristi u hirurškim nosivim protezama, zubnim implantatima, nadomjescima za kosti, itd. Cirkonijum oksid se često koristi u materijalima za ljepotu i ljepotu zbog svoje čvrstoće za zube zbog svoje čvrstoće stakla. keramike. Među njima, silicijum nitrid kombinuje baktericidno dejstvo i svojstva samopodmazivanja, a njegov implantat ima dugoročnu stabilnu biološku stabilnost.

U 2022. godini predviđa se da će veličina svjetskog tržišta medicinskih keramičkih materijala biti oko 15 milijardi dolara. Očekuje se da će tržište medicinskih keramičkih materijala u Kini 2022. vrijediti oko 4,5 milijardi američkih dolara. Od toga, aluminijska keramika čini većinu (oko 60%). Silicijum nitridna keramika se koristi za ortopedske implantate, dok se cirkonijum keramika prvenstveno koristi u stomatologiji.

 

 

Vazdušni sektor

Keramika se dosljedno ističe svojim izuzetnim performansama u raznim teškim situacijama primjene. Vojna i svemirska industrija su dva najomiljenija tržišta primjene napredne keramike. "Otpornost na visoke temperature" i "stealth" su dvije primarne razvojne linije keramike u zrakoplovnoj industriji.

 

Nova generacija motora vojne avijacije ima sve veću potrebu za novim konstrukcijskim materijalima otpornim na visoke temperature jer se potencijal monokristala, prevlaka termalne barijere i aktivnog hlađenja zraka postepeno iscrpljuje. SiC/SiC-CMC se pojavio kao jedna od najboljih opcija za konstrukcijske materijale otporne na visoke temperature. SiC/SiC-CMC je ojačan i ojačan velikim dijelom vlaknima od silicijum karbida. Najvažnija sirovina za SiC/SiC-CMC je silicijum karbidna vlakna, koja imaju temperaturnu otpornost iznad 1200°C i koja su privukla pažnju vazduhoplovnih snaga u istraživačkom takmičenju.

 

 

Obično se sastoje od upijajućeg medija (apsorbenta) i matričnog materijala (ponekad poznatog kao vezivo), upijajući materijali su među najvažnijim materijalima koji se skrivaju. Silicijum karbid je primarni sastojak koji se koristi za stvaranje višepojasnih upijajućih keramičkih materijala; anorganske keramičke nanočestice i anorganski polimerni materijali se kombinuju da formiraju keramičke infracrvene stelt materijale, neku vrstu premaza. Kako bi se proizvela efikasna širokopojasna apsorpcija elektromagnetnih valova, neorganske keramičke nanočestice su jednolično dispergirane u neorganskoj polimernoj matrici i pažljivo kontrolirane.