Πέντε μεγάλες βιομηχανίες για τη μελλοντική ανάπτυξη κεραμικών προϊόντων

Βιομηχανία ηλεκτρικών οχημάτων

 

Η Κίνα παρήγαγε και πούλησε 6,253 εκατομμύρια και 6,067 εκατομμύρια νέα ενεργειακά αυτοκίνητα, αντίστοιχα, μεταξύ Ιανουαρίου και Νοεμβρίου, αύξηση περίπου 100% σε ετήσια βάση, με μερίδιο αγοράς 25%, σύμφωνα με τα πιο πρόσφατα στοιχεία από την Ένωση Κατασκευαστών Αυτοκινήτων της Κίνας. Μαζί με την ανάπτυξη της κατασκευής και των πωλήσεων που ξεπέρασε κατά πολύ την αγορά εκείνη την περίοδο, η διείσδυση νέων ενεργειακών οχημάτων έχει ξεπεράσει το 36% και συνεχίζει να αυξάνεται. Η τεχνολογία των ηλεκτρικών οχημάτων εξελίσσεται συνεχώς, γεγονός που έχει επισπεύσει την αντικατάσταση των σχεδίων και των υλικών των εξαρτημάτων του. Η χρήση ηλεκτρικών οχημάτων νέας ενέργειας έχει αγκαλιάσει πλήρως τα προηγμένα κεραμικά υλικά λόγω των μοναδικών πλεονεκτημάτων απόδοσης τους.

Μεταξύ αυτών, κυριαρχούν σφαιρίδια νιτριδίου του πυριτίου HIP και υποστρώματα νιτριδίου πυριτίου υψηλής θερμικής αγωγιμότητας.

 

 

01 Μπάλες HIP για ρουλεμάν νιτριδίου πυριτίου

Τα ρουλεμάν κινητήρα για οχήματα νέας ενέργειας απαιτούν χαμηλότερη πυκνότητα και συγκριτικά πιο ανθεκτικά στη φθορά υλικά λόγω των υψηλότερων ρυθμών περιστροφής τους σε σύγκριση με τα τυπικά ρουλεμάν. Στα κεραμικά ρουλεμάν νιτριδίου του πυριτίου, οι σφαίρες παράγουν λιγότερη θερμότητα και τριβή εντός του συστήματος ρουλεμάν. Συγκεκριμένα, το νιτρίδιο του πυριτίου είναι ένας φυσικός ηλεκτρικός μονωτήρας που μπορεί να αποτρέψει την ηλεκτρική διάβρωση από την εκκένωση του ρουλεμάν, να παρατείνει τη διάρκεια ζωής των λιπαντικών και των ρουλεμάν και τελικά να προκαλέσει αστοχία του ρουλεμάν. Είναι ιδανικό για χρήση σε διάφορους τομείς, συμπεριλαμβανομένων των ηλεκτρικών αυτοκινήτων.

 

Τα κεραμικά ρουλεμάν αντικαθιστούν όλο και περισσότερο τα χαλύβδινα ρουλεμάν στην εποχή των ηλεκτροκίνησης. Τα ρουλεμάν με μόνωση από κεραμικό νιτρίδιο πυριτίου χρησιμοποιούνται σε οικιακά μοντέλα Xiaopeng P7, G9, Weilai ET7 και άλλα μοντέλα. Για παράδειγμα, ο άξονας εξόδου του κινητήρα που χρησιμοποιεί η Tesla χρησιμοποιεί κεραμικά ρουλεμάν, υβριδικά κεραμικά ρουλεμάν σχεδιασμένα από την NSK και ρουλεμάν από 50 μπάλες νιτριδίου του πυριτίου.

Η θερμή ισοστατική συμπίεση (HIP) και η πυροσυσσωμάτωση με πίεση αερίου (GPS) είναι οι δύο πιο δημοφιλείς προπαρασκευαστικές τεχνικές για τη σύντηξη κεραμικών σφαιρών με νιτρίδιο του πυριτίου. Αυτές οι δύο μέθοδοι παράγουν κεραμικές μπάλες που χρησιμοποιούνται συχνά σε πολλές ρυθμίσεις. Το νιτρίδιο πυριτίου HIP παρέχει ανώτερες μηχανικές ιδιότητες και μεγαλύτερη διάρκεια κόπωσης από το νιτρίδιο πυριτίου GPS.

Επί του παρόντος, γνωστές ξένες εταιρείες συνεχίζουν να ελέγχουν το διεθνές μερίδιο αγοράς και την κατεύθυνση ανάπτυξης, ενώ οι ιαπωνικές, ευρωπαϊκές και αμερικανικές εταιρείες συνεχίζουν να κυριαρχούν στην κατασκευή ειδών κεραμικών ρουλεμάν υψηλής ποιότητας. Το 2015 ιδρύθηκε η National Materials High-Tech Nitride Ceramics Co., Ltd. στη χώρα μου.

έκανε σημαντική πρόοδο στην τεχνολογία μαζικής παραγωγής θερμών ισοστατικά συμπιεσμένων κεραμικών σφαιρών νιτριδίου του πυριτίου, καθιστώντας την την πρώτη εταιρεία στην Κίνα που δημιούργησε μαζική παραγωγή αυτών των υλικών και την τρίτη εταιρεία συνολικά, πίσω από την Toshiba στην Ιαπωνία και την Kustec στις Ηνωμένες Πολιτείες. Η SKF στη Σουηδία, η Timken στις ΗΠΑ, η GMN στη Γερμανία και η Forsa στην Ισπανία είναι μεταξύ των χωρών στις οποίες αποστέλλονται τα προϊόντα της. Επιπλέον, συγκρίσιμες μέθοδοι χρησιμοποιούνται από τη Sinoceramic Jinsheng και άλλους για τη δημιουργία σφαιρών που φέρουν νιτρίδιο πυριτίου με αντοχή κάμψης 1000 MPa.

 

 

02 Κεραμικό υπόστρωμα νιτριδίου πυριτίου υψηλής θερμικής αγωγιμότητας

Τα κεραμικά υποστρώματα νιτριδίου πυριτίου χρησιμοποιούνται κυρίως σε μονάδες ισχύος, συσκευές ημιαγωγών και μετατροπείς αμιγώς ηλεκτρικών οχημάτων (EV) και υβριδικών ηλεκτρικών οχημάτων (HEV) και έχουν τεράστιες δυνατότητες αγοράς και προοπτικές εφαρμογής.

Επί του παρόντος, απαιτούνται αντοχή σε κάμψη 650 MPa, αντοχή σε θραύση 5–7 MPa·m1/2 και θερμική αγωγιμότητα 85 W/(m·K) για την εμπορική χρήση υλικών κεραμικού υποστρώματος νιτριδίου πυριτίου υψηλής θερμικής αγωγιμότητας. Οι Toshiba Group, Hitachi Metals, Nippon Electric Chemical, Maruwa και Nippon Fine Ceramics είναι οι κύριες εταιρείες που διαθέτουν την ικανότητα μαζικής παραγωγής κεραμικών υποστρωμάτων νιτριδίου του πυριτίου με υψηλή θερμική αγωγιμότητα.

 

Επιπλέον, έχει σημειωθεί κάποια πρόοδος στην εγχώρια έρευνα σχετικά με υλικά κεραμικού υποστρώματος νιτριδίου του πυριτίου. Με τη βελτιστοποίηση της μεθόδου και της διαδικασίας πυροσυσσωμάτωσης, το Beijing Sinoma Artificial Crystal Research Institute Co., Ltd. έχει παρασκευάσει με επιτυχία ένα κεραμικό υπόστρωμα νιτριδίου του πυριτίου με αντοχή σε κάμψη 700-800 MPa, αντοχή στη θραύση ≥8MPa·m1/2 και θερμική αγωγιμότητα ≥8·0W/m·0K). Το κεραμικό υπόστρωμα νιτριδίου πυριτίου που κατασκευάζεται από το Beijing Branch της Sinoma High-Tech Nitride Ceramics Co., Ltd. χρησιμοποιώντας τη διαδικασία χύτευσης ταινίας έχει θερμική αγωγιμότητα 100 W/(m·K).

 

Τα ηλεκτρικά οχήματα προσεγγίζουν επί του παρόντος τη νοημοσύνη ως αποτέλεσμα της αυξανόμενης δημοτικότητας των οχημάτων νέας ενέργειας και της ανάπτυξης της τεχνητής νοημοσύνης (AI). Οι κατασκευαστές αυτοκινήτων έχουν επίσης δείξει ενδιαφέρον για μια ποικιλία κεραμικών υλικών, όπως υλικά συσκευασίας lidar, κεραμικά φρένα από άνθρακα, MLCC υψηλής χωρητικότητας, κεραμικά θερμικά αγώγιμα υλικά κ.λπ.

 

Κατασκευή ημιαγωγών

Ο βιομηχανικός νόμος της «μίας γενιάς τεχνολογίας, μίας γενιάς διεργασιών, μίας γενιάς εξοπλισμού» διέπει τη βιομηχανία ημιαγωγών και οι εξελίξεις στην τεχνολογία εξαρτημάτων ακριβείας είναι ζωτικής σημασίας για τον εκσυγχρονισμό και την επανάληψη του εξοπλισμού ημιαγωγών. Τα κεραμικά εξαρτήματα ακριβείας είναι τα πιο αντιπροσωπευτικά υλικά για εξαρτήματα ακριβείας ημιαγωγών μεταξύ αυτών. Χρησιμοποιούνται σε μια σειρά βασικών διαδικασιών κατασκευής ημιαγωγών, συμπεριλαμβανομένης της χάραξης, της εναπόθεσης χημικών ατμών, της φυσικής εναπόθεσης ατμών και της εμφύτευσης ιόντων. όπως μηχανικοί βραχίονες χειρισμού, ηλεκτροστατικά τσοκ, επενδύσεις, ράγες οδήγησης και ρουλεμάν, μεταξύ άλλων. Εκτελεί τους ρόλους της σταθεροποίησης, της άμυνας και της απόσπασης της προσοχής, ιδιαίτερα εντός της κοιλότητας του εξοπλισμού.

 

Παραγωγή ημιαγωγών Η βιομηχανία ημιαγωγών διέπεται από το βιομηχανικό δίκαιο της «μίας γενιάς τεχνολογίας, μίας γενιάς διεργασιών, μίας γενιάς εξοπλισμού» και οι βελτιώσεις στην τεχνολογία εξαρτημάτων ακριβείας είναι απαραίτητες για τον εκσυγχρονισμό και την επανάληψη των μηχανημάτων ημιαγωγών. Από όλα τα υλικά που χρησιμοποιούνται για εξαρτήματα ακριβείας ημιαγωγών, τα κεραμικά εξαρτήματα ακριβείας είναι τα πιο αντιπροσωπευτικά. Χρησιμοποιούνται στη χάραξη, την εναπόθεση χημικών ατμών, την φυσική εναπόθεση ατμών και την εμφύτευση ιόντων, μεταξύ άλλων σημαντικών διαδικασιών κατασκευής ημιαγωγών. όπως ρουλεμάν, χιτώνια, ράγες οδήγησης, ηλεκτροστατικά τσοκ και μηχανικοί βραχίονες χειρισμού, για να αναφέρουμε μερικά. Χρησιμεύει ως εκτροπή, άμυνα και σταθεροποίηση, ειδικά μέσα στην κοιλότητα του εξοπλισμού.

 

 

Βιομηχανία εξοικονόμησης ενέργειας και προστασίας του περιβάλλοντος

Υπό την καθοδήγηση της εθνικής πολιτικής «διπλού άνθρακα», όλες οι βιομηχανίες αναπτύσσονται σταδιακά προς την κατεύθυνση της εξοικονόμησης ενέργειας, της μείωσης του άνθρακα, της μείωσης της ρύπανσης και της βελτίωσης της απόδοσης. Κάτω από αυτό το υπόβαθρο, η κεραμική βιομηχανία αντιμετωπίζει πιέσεις κατανάλωσης ενέργειας και προστασίας του περιβάλλοντος, αλλά προσφέρει επίσης νέες ευκαιρίες ανάπτυξης στα κεραμικά υλικά.

 

 

01 Κεραμική μεμβράνη

Προκειμένου να αντικατασταθεί η συμβατική τεχνολογία διαχωρισμού με διήθηση, η τεχνολογία διαχωρισμού μεμβράνης με κεραμική μεμβράνη στον πυρήνα της χρησιμοποιείται επί του παρόντος κυρίως ως διαδικασία διαχωρισμού υψηλής απόδοσης στη βιομηχανία διεργασιών και σε ειδικά πεδία επεξεργασίας νερού για διαχωρισμό διήθησης, συγκέντρωση και καθαρισμό και καθαρισμό και αφαίρεση ακαθαρσιών.

Κεραμική επίπεδη μεμβράνη

Μεταξύ αυτών, τα υγρά σε πολύπλοκες ρυθμίσεις μπορούν να φιλτραριστούν, να διαχωριστούν και να καθαριστούν χρησιμοποιώντας επίπεδες κεραμικές μεμβράνες υψηλής απόδοσης. Αντοχή σε υψηλή θερμοκρασία και πίεση, ισχυρή χημική σταθερότητα, υψηλή απόδοση φιλτραρίσματος, καλή αξιοπιστία, χαμηλό κόστος λειτουργίας και συντήρησης, εκτεταμένη διάρκεια ζωής και φιλικότητα προς το περιβάλλον σε όλο τον κύκλο ζωής είναι μερικά από τα χαρακτηριστικά τους. Έχει χρησιμοποιηθεί και προωθηθεί ευρέως στους τομείς των αστικών λυμάτων, της διανεμημένης επεξεργασίας νερού, της επεξεργασίας μαύρων και δύσοσμων υδάτων, της επαναχρησιμοποίησης νερού και της επεξεργασίας λυμάτων βιομηχανικού πάρκου. Είναι η κύρια κατεύθυνση ανάπτυξης στον τομέα των διεθνών κεραμικών μεμβρανών διαχωρισμού υψηλής απόδοσης και έχει ένα ευρύ φάσμα προοπτικών αγοράς.

Μαζί με την επεξεργασία των υδάτων, η διαχείριση της ατμοσφαιρικής ρύπανσης στη χώρα μου είναι επίσης στον ορίζοντα. Ο φιλικός προς το περιβάλλον καταλύτης νανο-απονιτροποίησης του συστήματος οξειδίων σπάνιων γαιών-μετάλλων φορτώνεται σε σύνθετο υλικό μεμβράνης από κεραμικές ίνες ως σώμα στήριξης για τη δημιουργία της μεμβράνης ινών υψηλής θερμοκρασίας για απονιτροποίηση και αφαίρεση σκόνης, ένα στοιχείο φίλτρου με ενσωματωμένες λειτουργίες απονιτροποίησης και αφαίρεσης σκόνης που μπορεί να επιτύχει άμεσο καθαρισμό αερίου σε υψηλή θερμοκρασία.

 

 

02 Airgel

Η εκτεταμένη πράσινη ανάπτυξη και η ανάπτυξη χαμηλών εκπομπών άνθρακα του αεροτζελ, ενός εξαιρετικά μονωτικού υλικού, έχει δημιουργήσει ασυνήθιστες προοπτικές για την ανάπτυξη του τομέα του αερογέλης. Η νέα τεχνολογία airgel αναμένεται να ενσωματωθεί με την ανάπτυξη της πράσινης παραγωγής για τη δημιουργία περισσότερων νέων εφαρμογών προϊόντων σύμφωνα με την τάση των πράσινων βιομηχανιών που αναπτύσσονται πιο γρήγορα.

 

Το Airgel έχει εξαιρετικά χαμηλή πυκνότητα, εξαιρετικά υψηλό πορώδες, χαμηλό δείκτη διάθλασης, χαμηλή θερμική αγωγιμότητα, χαμηλή ακουστική αντίσταση και άλλα χαρακτηριστικά που δεν έχουν τα γενικά στερεά υλικά. Αυτά τα χαρακτηριστικά το καθιστούν να έχει μεγάλες προοπτικές εφαρμογής στους τομείς της θερμομόνωσης, της βιοϊατρικής, της ηχομόνωσης, της προσρόφησης κ.λπ., και οι δυνατότητες ζήτησης της αγοράς είναι τεράστιες.

 

 

Βιομηχανία βιοϊατρικής

Όλο και περισσότερα τεχνητά εμφυτεύματα και όργανα θα χρησιμοποιούνται σε θεραπευτικά περιβάλλοντα καθώς η κοινωνία αναπτύσσεται και οι ζωές των ανθρώπων βελτιώνονται. Στη χώρα μου, μέταλλα όπως ο ανοξείδωτος χάλυβας και τα κράματα κοβαλτίου έχουν χρησιμοποιηθεί από καιρό για ορθοπεδική επούλωση και επισκευή λόγω των ανώτερων μηχανικών και ελεγκτικών ιδιοτήτων τους. Ωστόσο, η βιοσυμβατότητά τους λείπει. Κατά συνέπεια, η αγορά και η έρευνα για υλικά επικάλυψης ή βιοκεραμικά που είναι πιο υγιεινά και πιο συμβατά επεκτείνονται με ταχείς ρυθμούς.

Λόγω της εξαιρετικής αντοχής σε θραύση και αντοχής στη φθορά, βιοϊατρικά κεραμικά όπως Al2O3, ZrO2, ZTA, Si3N4 και συναφή σύνθετα κεραμικά υλικά χρησιμοποιούνται συχνά σε χειρουργικές φέρουσες προθέσεις, οδοντικά εμφυτεύματα, υποκατάστατα οστών κ.λπ. λόγω υαλοκεραμικής. Μεταξύ αυτών, το νιτρίδιο του πυριτίου συνδυάζει τη βακτηριοκτόνο δράση και τις αυτολιπαινόμενες ιδιότητες και το εμφύτευμά του έχει μακροχρόνια σταθερή βιολογική σταθερότητα.

Το 2022, το μέγεθος της παγκόσμιας αγοράς ιατρικών κεραμικών υλικών προβλέπεται να είναι περίπου 15 δισεκατομμύρια δολάρια ΗΠΑ. Το 2022, η αγορά ιατρικών κεραμικών υλικών στην Κίνα αναμένεται να ανέλθει σε περίπου 4,5 δισεκατομμύρια δολάρια ΗΠΑ. Από αυτά τα κεραμικά αλουμίνας αποτελούν την πλειοψηφία (περίπου 60%). Τα κεραμικά νιτριδίου του πυριτίου χρησιμοποιούνται για ορθοπεδικά εμφυτεύματα, ενώ τα κεραμικά ζιρκονίας χρησιμοποιούνται κυρίως στην οδοντιατρική.

 

 

Ο τομέας της αεροδιαστημικής

Τα κεραμικά ξεχωρίζουν σταθερά για την εξαιρετική τους απόδοση σε μια ποικιλία σκληρών καταστάσεων εφαρμογής. Η στρατιωτική και η αεροδιαστημική βιομηχανία είναι δύο από τις πιο δημοφιλείς αγορές εφαρμογών για προηγμένα κεραμικά. Η "αντοχή σε υψηλές θερμοκρασίες" και η "stealth" είναι οι δύο κύριες γραμμές ανάπτυξης κεραμικής στην αεροδιαστημική βιομηχανία.

 

Η νέα γενιά κινητήρων στρατιωτικής αεροπορίας έχει μια αυξανόμενη ανάγκη για νέα δομικά υλικά ανθεκτικά σε υψηλές θερμοκρασίες, καθώς η δυνατότητα των μονοκρυστάλλων, των επιστρώσεων θερμικού φραγμού και της ενεργού ψύξης αέρα εξαντλείται σταδιακά. Το SiC/SiC-CMC έχει αναδειχθεί ως μία από τις κορυφαίες επιλογές για ανθεκτικά σε υψηλές θερμοκρασίες δομικά υλικά. Το SiC/SiC-CMC ενισχύεται και σκληραίνει σε μεγάλο βαθμό από ίνες καρβιδίου του πυριτίου. Η πιο σημαντική πρώτη ύλη για το SiC/SiC-CMC είναι οι ίνες καρβιδίου του πυριτίου, οι οποίες έχουν αντοχή σε θερμοκρασία άνω των 1200°C και έχουν τραβήξει την προσοχή των αεροπορικών δυνάμεων σε έναν ερευνητικό διαγωνισμό.

 

 

Συνήθως αποτελούνται από ένα απορροφητικό μέσο (απορροφητικό) και ένα υλικό μήτρας (μερικές φορές γνωστό ως συνδετικό), τα απορροφητικά υλικά είναι από τα πιο κρίσιμα υλικά stealth. Το καρβίδιο του πυριτίου είναι το κύριο συστατικό που χρησιμοποιείται για τη δημιουργία απορροφητικών κεραμικών υλικών πολλαπλών ζωνών. ανόργανα κεραμικά νανοσωματίδια και ανόργανα πολυμερή υλικά συνδυάζονται για να σχηματίσουν κεραμικά υπέρυθρα υλικά stealth, ένα είδος επίστρωσης. Προκειμένου να παραχθεί αποτελεσματική ευρυζωνική απορρόφηση ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων, τα ανόργανα κεραμικά νανοσωματίδια διασκορπίζονται ομοιόμορφα σε μια μήτρα ανόργανου πολυμερούς και ελέγχονται προσεκτικά.