Viis peamist tööstust keraamikatoodete edasiseks arendamiseks
Elektrisõidukite tööstus
Hiina autotootjate liidu värskeimate andmete kohaselt tootis ja müüs Hiina jaanuarist novembrini vastavalt 6,253 miljonit ja 6,067 miljonit uut energiaautot, mis on ligikaudu 100% rohkem kui aasta varem ning turuosa on 25%. Koos tootmis- ja müügikasvuga, mis ületas sel ajal turgu, on uute energiasõidukite osakaal ületanud 36% ja kasvab jätkuvalt. Elektrisõidukite tehnoloogia areneb pidevalt, mis on kiirendanud selle komponentide disaini ja materjalide väljavahetamist. Uute energiaga elektrisõidukite kasutamine on nende ainulaadsete jõudluse eeliste tõttu täielikult omaks võtnud täiustatud keraamilised materjalid.
Nende hulgas on levinud HIP-räninitriidi kandvad kuulid ja kõrge soojusjuhtivusega räninitriidsubstraadid.
01 HIP kuulid räninitriidlaagritele
Uute energiasõidukite mootorilaagrid nõuavad madalamat tihedust ja suhteliselt kulumiskindlamaid materjale tänu nende suuremale pöörlemiskiirusele võrreldes tavaliste laagritega. Silikoonnitriidkeraamilistes laagrites toodavad kuulid laagrisüsteemis vähem soojust ja hõõrdumist. Täpsemalt, räninitriid on looduslikult esinev elektriisolaator, mis võib takistada elektrikorrosiooni tekkimist laagrite tühjenemisest, pikendada määrdeainete ja laagrite eluiga ning lõpuks põhjustada laagrite rikkeid. See sobib ideaalselt kasutamiseks erinevates sektorites, sealhulgas elektriautodes.
Keraamilised laagrid asendavad elektriajamite ajastul üha enam terasest kuullaagreid. Räninitriidi keraamilisi kuulisolatsiooniga laagreid kasutatakse kodumaistes Xiaopeng P7, G9, Weilai ET7 ja muudes mudelites. Näiteks Tesla kasutatava mootori väljundvõll kasutab keraamilisi laagreid, NSK disainitud hübriidkeraamilisi laagreid ja 50 räninitriidkuulist valmistatud laagrikuule.
Kuum isostaatpressimine (HIP) ja gaasirõhuga paagutamine (GPS) on kaks kõige populaarsemat räninitriidi keraamilise kuulpaagutamise ettevalmistavat tehnikat. Need kaks meetodit annavad keraamilisi kuule, mida kasutatakse sageli paljudes seadetes. HIP-ränitriid pakub suurepäraseid mehaanilisi omadusi ja pikemat väsimust kui GPS-ränitriid.
Praegu kontrollivad tuntud välisfirmad jätkuvalt rahvusvahelist turuosa ja arengusuunda, samas kui Jaapani, Euroopa ja Ameerika korporatsioonid domineerivad jätkuvalt kõrgekvaliteediliste keraamiliste kandekaupade tootmises. 2015. aastal asutati minu riigis National Materials High-Tech Nitride Ceramics Co., Ltd.
tegi olulise edusammu tehnoloogias kuumisostaatiliselt pressitud räninitriidkeraamiliste kuulide masstootmise tehnoloogias, muutes selle esimeseks ettevõtteks Hiinas, kes alustas nende materjalide masstootmist, ja kolmandaks ettevõtteks üldiselt Jaapani Toshiba ja USA Kusteci järel. SKF Rootsis, Timken USA-s, GMN Saksamaal ja Forsa Hispaanias on nende riikide hulgas, kuhu tema tooteid tarnitakse. Lisaks kasutavad Sinoceramic Jinsheng ja teised võrreldavaid meetodeid 1000 MPa paindetugevusega räni nitriidi kandvate kuulide loomiseks.
02 Kõrge soojusjuhtivusega räninitriidkeraamiline substraat
Räninitriidkeraamilisi substraate kasutatakse peamiselt puhaste elektrisõidukite (EV) ja hübriidelektrisõidukite (HEV) jõuallikates, pooljuhtseadmetes ja inverterites ning neil on tohutu turupotentsiaal ja kasutusvõimalused.
Praegu on suure soojusjuhtivusega räninitriidkeraamiliste alusmaterjalide kaubanduslikuks kasutamiseks vajalik paindetugevus 650 MPa, purunemistugevus 5–7 MPa·m1/2 ja soojusjuhtivus 85 W/(m·K). Toshiba Group, Hitachi Metals, Nippon Electric Chemical, Maruwa ja Nippon Fine Ceramics on peamised ettevõtted, mis suudavad toota suure soojusjuhtivusega räninitriidkeraamilisi substraate.
Lisaks on rännitriidkeraamiliste substraadimaterjalide kodumaistes uuringutes tehtud edusamme. Paagutamismeetodit ja -protsessi optimeerides on Beijing Sinoma Artificial Crystal Research Institute Co., Ltd. edukalt valmistanud räninitriidkeraamilise substraadi, mille paindetugevus on 700–800 MPa, purunemistugevus ≥8MPa·m1/2 ja soojusjuhtivus ≥m·8K0W/(m·8K0). Sinoma High-Tech Nitride Ceramics Co., Ltd. Pekingi filiaalis lindivalamise protsessis toodetud räninitriidkeraamilise substraadi soojusjuhtivus on 100 W/(m·K).
Elektrisõidukid liiguvad praegu uute energiasõidukite populaarsuse kasvu ja tehisintellekti (AI) arengu tõttu intelligentsusele lähemale. Autotootjad on huvi tundnud ka mitmesuguste keraamiliste materjalide vastu, sealhulgas lidari tihendusmaterjalid, süsinikkeraamilised pidurid, suure võimsusega MLCC, keraamilised soojusjuhtivad materjalid jne.
Pooljuhtide tootmine
Tööstusseadus "üks põlvkond tehnoloogiat, üks põlvkond protsess, üks põlvkond seadmeid" reguleerib pooljuhtide tööstust ning täppisosade tehnoloogia edusammud on pooljuhtseadmete moderniseerimiseks ja iteratsiooniks üliolulised. Täppiskeraamilised osad on nende hulgast kõige tüüpilisemad pooljuhtide täppisosade materjalid. Neid kasutatakse paljudes peamistes pooljuhtide tootmisprotsessides, sealhulgas söövitamises, keemilises aurustamises, füüsilises aurustamises ja ioonide implanteerimises. nagu mehaanilised käsivarred, elektrostaatilised padrunid, vooderdised, juhtsiinid ja laagrid. See täidab stabiliseerimise, kaitse ja tähelepanu hajutamise rolle, eriti varustuse õõnsuses.
Pooljuhtide tootmine Pooljuhtide tööstust reguleerib tööstusseadus "üks põlvkond tehnoloogiat, üks põlvkond protsess, üks põlvkond seadmeid" ning täppisosade tehnoloogia täiustamine on pooljuhtmasinate moderniseerimiseks ja iteratsiooniks hädavajalik. Kõigist pooljuhtide täppisosade valmistamiseks kasutatavatest materjalidest on täppiskeraamilised osad esinduslikumad. Neid kasutatakse muude oluliste pooljuhtide tootmisprotseduuride hulgas söövitamisel, keemilisel aurustamise-sadestamisel, füüsilisel aurustamise-sadestamisel ja ioonide implanteerimisel. näiteks laagrid, vooderdised, juhtsiinid, elektrostaatilised padrunid ja mehaanilised käsivarred, kui nimetada vaid mõnda. See toimib kõrvalejuhtimise, kaitse ja stabilisaatorina, eriti varustuse õõnsuses.
Energiasäästlik ja keskkonnakaitsetööstus
Riikliku "kahekordse süsiniku" poliitika juhtimisel arenevad kõik tööstusharud järk-järgult energiasäästu, süsinikdioksiidi vähendamise, saaste vähendamise ja tõhususe parandamise suunas. Selle taustal seisab keraamikatööstus silmitsi energiatarbimise ja keskkonnakaitsega, kuid see toob uusi arenguvõimalusi ka keraamilistele materjalidele.
01 Keraamiline membraan
Tavapärase filtreerimiseraldustehnoloogia asendamiseks kasutatakse keraamilise membraaniga membraanide eraldamise tehnoloogiat praegu peamiselt kõrge efektiivsusega eraldusprotsessina töötlevas tööstuses ja spetsiaalsetes veetöötlusvaldkondades filtreerimise eraldamiseks, kontsentreerimiseks ja puhastamiseks ning puhastamiseks ja lisandite eemaldamiseks.
Keraamiline lame membraan
Nende hulgas saab keerukates seadetes olevaid vedelikke filtreerida, eraldada ja puhastada, kasutades suure jõudlusega keraamilisi lamedaid membraane. Kõrge temperatuuri- ja rõhukindlus, tugev keemiline stabiilsus, kõrge filtreerimise efektiivsus, hea töökindlus, madalad kasutus- ja hoolduskulud, pikem kasutusiga ja keskkonnasõbralikkus kogu elutsükli jooksul on mõned nende atribuudid. Seda on laialdaselt kasutatud ja reklaamitud olmereovee, hajutatud veepuhastuse, musta ja lõhnava vee puhastamise, taaskasutatud vee taaskasutamise ja tööstuspargi reoveepuhastuse valdkonnas. See on esmane arendussuund rahvusvaheliste suure jõudlusega keraamiliste eraldusmembraanide valdkonnas ja sellel on lai valik turuväljavaateid.
Koos veepuhastusega on silmapiiril ka õhusaaste ohjamine minu riigis. Keskkonnasõbralik haruldaste muldmetallide oksiidisüsteemi nano-denitrifikatsioonikatalüsaator laaditakse keraamilisest kiust komposiitmembraani materjalile kui tugikehale, et luua kõrge temperatuuriga kiudmembraan denitrifikatsiooniks ja tolmu eemaldamiseks, integreeritud denitrifikatsiooni- ja tolmueemaldusfunktsiooniga filtrielement, mis võimaldab gaasi otse puhastada kõrge temperatuuri tingimustes.
02 Airgel
Suurepärase isolatsioonimaterjali aerogeeli ulatuslik roheline ja vähese süsinikdioksiidiheitega arendus on loonud seni ennekuulmatu potentsiaali aerogeelisektori kasvuks. Uut aerogeelitehnoloogiat loodetakse integreerida rohelise tootmise kasvuga, et luua rohkem uusi tooterakendusi, mis on kooskõlas rohelise tööstuse kiirema arengu suundumusega.
Airgeelil on äärmiselt madal tihedus, ülikõrge poorsus, madal murdumisnäitaja, madal soojusjuhtivus, madal akustiline impedants ja muud omadused, mida tavalistel tahketel materjalidel ei ole. Nende omaduste tõttu on sellel suurepärased kasutusvõimalused soojusisolatsiooni, biomeditsiini, heliisolatsiooni, adsorptsiooni jne valdkonnas ning turunõudluse potentsiaal on tohutu.
Biomeditsiini tööstus
Ühiskonna arenedes ja inimeste elu paremaks muutudes hakatakse teraapias kasutama järjest rohkem kunstlikke implantaate ja -organeid. Minu riigis on metalle, nagu roostevaba teras ja koobaltisulamid, kasutatud juba pikka aega ortopeediliseks raviks ja parandamiseks tänu nende suurepärastele mehaanilistele ja kontrollitavatele omadustele; sellegipoolest puudub nende biosobivus. Järelikult laieneb tervislikumate ja paremini kokkusobivate kattematerjalide või biokeraamika turg ja uuringud kiiresti.
Tänu oma erakordsele murdumiskindlusele ja kulumiskindlusele kasutatakse biomeditsiinilise keraamika, nagu Al2O3, ZrO2, ZTA, Si3N4 ja nendega seotud komposiitkeraamilisi materjale sageli kirurgilistes kandeproteesides, hambaimplantaatides, luuasendajates jne. Tsirkooniumoksiidi kasutatakse sageli tänu heale hambakeraamikale, tänu heale hambakeraamika tugevusele ja materjalidele. Nende hulgas ühendab räninitriid bakteritsiidse toime ja isemäärduvad omadused ning selle implantaadil on pikaajaline stabiilne bioloogiline stabiilsus.
2022. aastal prognoositakse meditsiinikeraamiliste materjalide ülemaailmse turu suuruseks umbes 15 miljardit USA dollarit. 2022. aastal peaks Hiina meditsiinikeraamiliste materjalide turu väärtus olema ligikaudu 4,5 miljardit USA dollarit. Neist enamuse (umbes 60%) moodustab alumiiniumoksiidi keraamika. Räninitriidkeraamikat kasutatakse ortopeediliste implantaatide jaoks, samas kui tsirkooniumoksiidi keraamikat kasutatakse peamiselt hambaravis.
Lennundussektor
Keraamika paistab järjekindlalt silma erakordse jõudluse poolest erinevates karmides kasutusolukordades. Sõja- ja kosmosetööstus on arenenud keraamika kaks kõige populaarsemat rakendusturgu. "Kõrge temperatuuritaluvus" ja "stealth" on kaks peamist keraamika arendusliini lennundustööstuses.
Uue põlvkonna sõjalennundusmootorites on üha suurem vajadus uute kõrge temperatuuriga vastupidavate konstruktsioonimaterjalide järele, kuna monokristallide, termotõkkekatete ja aktiivse õhkjahutuse potentsiaal on järk-järgult ammendunud. SiC/SiC-CMC on kujunenud üheks parimaks valikuks kõrgele temperatuurile vastupidavate konstruktsioonimaterjalide jaoks. SiC/SiC-CMC on suures osas tugevdatud ja karastatud ränikarbiidkiuga. SiC/SiC-CMC kõige olulisem tooraine on ränikarbiidkiud, mille temperatuuritaluvus on üle 1200°C ja mis on pälvinud lennundusjõudude tähelepanu teadusvõistlusel.
Tavaliselt koosnevad absorbeerivast keskkonnast (absorbent) ja maatriksmaterjalist (mõnikord tuntud kui sideaine), on absorbeerivad materjalid ühed kõige olulisemad varjatud materjalid. Ränikarbiid on peamine koostisosa, mida kasutatakse mitme ribaga absorbeerivate keraamiliste materjalide loomiseks; anorgaanilised keraamilised nanoosakesed ja anorgaanilised polümeermaterjalid moodustavad keraamilised infrapuna-varjatud materjalid, omamoodi katte. Tõhusa lairiba elektromagnetlainete neeldumise saavutamiseks hajutatakse anorgaanilised keraamilised nanoosakesed ühtlaselt anorgaanilises polümeermaatriksis ja neid kontrollitakse hoolikalt.