Viisi päätoimialaa keraamisten tuotteiden tulevaan kehittämiseen
Sähköajoneuvojen teollisuus
Kiina valmisti ja myi 6,253 miljoonaa ja 6,067 miljoonaa uutta energia-autoa tammi-marraskuussa, mikä on noin 100 % enemmän kuin vuotta aiemmin, ja sen markkinaosuus oli 25 % Kiinan autonvalmistajien liiton uusimpien lukujen mukaan. Tuona aikana huomattavasti markkinoita nopeamman valmistuksen ja myynnin kasvun ohella uusien energiaajoneuvojen osuus on ylittänyt 36 % ja jatkaa nousuaan. Sähköajoneuvojen tekniikka kehittyy jatkuvasti, mikä on nopeuttanut sen komponenttimallien ja materiaalien vaihtamista. Uusien energiatehokkaiden sähköajoneuvojen käyttö on omaksunut täysin kehittyneet keraamiset materiaalit niiden ainutlaatuisten suorituskykyetujen ansiosta.
Niistä HIP-piinitridilaakeripallot ja korkean lämmönjohtavuuden omaavat piinitridisubstraatit ovat yleisiä.
01 HIP-pallot piinitridilaakereille
Uusien energiaajoneuvojen moottorin laakerit vaativat pienempää tiheyttä ja suhteellisen kulutusta kestävämpiä materiaaleja, koska niiden pyörimisnopeus on tavallista suurempi. Keraamisissa piinitridilaakereissa kuulat tuottavat vähemmän lämpöä ja kitkaa laakerijärjestelmässä. Erityisesti piinitridi on luonnossa esiintyvä sähköeriste, joka voi estää sähkökorroosiota laakerien purkauksesta, pidentää voiteluaineiden ja laakerien käyttöikää ja lopulta aiheuttaa laakerin vikoja. Se on ihanteellinen käytettäväksi useilla aloilla, mukaan lukien sähköautot.
Keraamiset laakerit korvaavat yhä enemmän teräskuulalaakereita sähkökäyttöjen aikakaudella. Piinitridikeraamisia kuulaeristettyjä laakereita käytetään kotimaisissa Xiaopeng P7-, G9-, Weilai ET7- ja muissa malleissa. Esimerkiksi Teslan käyttämän moottorin ulostuloakselissa käytetään keraamisia laakereita, NSK:n suunnittelemia hybridikeraamilaakereita sekä 50 piinitridipallosta valmistettuja laakeripalloja.
Kuumaisostaattinen puristus (HIP) ja kaasupainesintraus (GPS) ovat kaksi suosituinta valmistustekniikkaa piinitridikeraamisen kuulasintrauksessa. Näillä kahdella menetelmällä saadaan keraamisia palloja, joita käytetään usein monissa olosuhteissa. HIP-piinitridi tarjoaa erinomaiset mekaaniset ominaisuudet ja pidemmän väsymisiän kuin GPS-piinitridi.
Tällä hetkellä tunnetut ulkomaiset yritykset hallitsevat edelleen kansainvälistä markkinaosuutta ja kehityssuuntaa, kun taas japanilaiset, eurooppalaiset ja amerikkalaiset yritykset hallitsevat edelleen huippuluokan keraamisten laakerituotteiden valmistusta. Vuonna 2015 kotimaassani perustettiin National Materials High-Tech Nitride Ceramics Co., Ltd.
teki merkittävän edistyksen kuuma-isostaattisesti puristettujen piinitridikeraamisten pallojen massatuotannon teknologiassa, jolloin se on ensimmäinen yritys Kiinassa, joka aloitti näiden materiaalien massatuotannon, ja kolmas yritys kokonaisuudessaan Japanin Toshiban ja yhdysvaltalaisen Kustecin jälkeen. SKF Ruotsissa, Timken Yhdysvalloissa, GMN Saksassa ja Forsa Espanjassa ovat niitä maita, joihin sen tuotteita lähetetään. Lisäksi Sinoceramic Jinsheng ja muut käyttävät vastaavia menetelmiä luodakseen piinitridilaakeripalloja, joiden taivutuslujuus on 1000 MPa.
02 Korkean lämmönjohtavuuden omaava piinitridikeraaminen alusta
Piinitridikeraamisia substraatteja käytetään pääasiassa puhtaiden sähköajoneuvojen (EV) ja hybridisähköajoneuvojen (HEV) tehoyksiköissä, puolijohdelaiteissa ja inverttereissä, ja niillä on valtava markkinapotentiaali ja sovellusnäkymät.
Tällä hetkellä korkean lämmönjohtavuuden omaavien piinitridikeraamisten substraattimateriaalien kaupalliseen käyttöön vaaditaan taivutuslujuus 650 MPa, murtolujuus 5–7 MPa·m1/2 ja lämmönjohtavuus 85 W/(m·K). Toshiba Group, Hitachi Metals, Nippon Electric Chemical, Maruwa ja Nippon Fine Ceramics ovat tärkeimpiä yrityksiä, joilla on kapasiteettia massatuotantona piinitridikeraamisia substraatteja, joilla on korkea lämmönjohtavuus.
Lisäksi piinitridikeraamisten substraattimateriaalien kotimainen tutkimus on edistynyt jonkin verran. Optimoimalla sintrausmenetelmän ja -prosessin Beijing Sinoma Artificial Crystal Research Institute Co., Ltd. on onnistuneesti valmistanut piinitridikeraamisen alustan, jonka taivutuslujuus on 700-800 MPa, murtolujuus ≥8MPa·m1/2 ja lämmönjohtavuus ≥m·8KW/(m·8KW). Sinoma High-Tech Nitride Ceramics Co., Ltd.:n Pekingin sivuliikkeen nauhavaluprosessilla valmistaman keraamisen piinitridialustan lämmönjohtavuus on 100 W/(m·K).
Sähköajoneuvot ovat tällä hetkellä siirtymässä lähemmäksi älykkyyttä uusien energiaajoneuvojen kasvavan suosion ja tekoälyn (AI) kehityksen seurauksena. Autonvalmistajat ovat myös osoittaneet kiinnostusta erilaisiin keraamisiin materiaaleihin, mukaan lukien lidar-tiivistemateriaalit, hiilikeraamiset jarrut, suuren kapasiteetin MLCC, keraamiset lämpöä johtavat materiaalit jne.
Puolijohteiden valmistus
Teollinen laki "yksi sukupolvi teknologiaa, yksi sukupolvi prosessia, yksi sukupolvi laitteita" hallitsee puolijohdeteollisuutta, ja tarkkuusosien tekniikan edistyminen on ratkaisevan tärkeää puolijohdelaitteiden modernisoinnissa ja iteraatiossa. Tarkkuuskeraamiset osat ovat puolijohteiden tarkkuusosien edustavimpia materiaaleja. Niitä käytetään useissa keskeisissä puolijohteiden valmistusprosesseissa, mukaan lukien etsaus, kemiallinen höyrypinnoitus, fyysinen höyrypinnoitus ja ioni-istutus. kuten mekaaniset käsittelyvarret, sähköstaattiset istukat, vaipat, ohjauskiskot ja laakerit, mm. Se suorittaa vakautus-, puolustus- ja häiriötekijöitä erityisesti laitteistoontelossa.
Puolijohteiden tuotanto Puolijohdeteollisuutta hallitsee teollinen laki "yksi sukupolvi teknologiaa, yksi sukupolvi prosessia, yksi sukupolvi laitteita", ja tarkkuusosien teknologian parannukset ovat olennaisia puolijohdekoneiden modernisoinnissa ja iteraatiossa. Kaikista puolijohteiden tarkkuusosissa käytetyistä materiaaleista tarkkuuskeraamiset osat ovat edustavimpia. Niitä käytetään syövytyksessä, kemiallisessa höyrypinnoituksessa, fysikaalisessa höyrypinnoituksessa ja ioni-istutuksissa muiden tärkeiden puolijohteiden valmistusmenetelmien joukossa. kuten laakerit, vaipat, ohjauskiskot, sähköstaattiset istukat ja mekaaniset käsittelyvarret, muutamia mainitakseni. Se toimii ohjauksena, puolustuksena ja vakauttajana, erityisesti laitteistoontelon sisällä.
Energiaa säästävä ja ympäristönsuojeluteollisuus
Kansallisen "kaksoishiilipolitiikan" ohjauksessa kaikki teollisuudenalat kehittyvät vähitellen energiansäästön, hiilidioksidin vähentämisen, saastumisen vähentämisen ja tehokkuuden parantamisen suuntaan. Tämän taustan alla keramiikkateollisuus kohtaa energiankulutuksen ja ympäristönsuojelun paineita, mutta se tuo myös uusia kehitysmahdollisuuksia keraamisiin materiaaleihin.
01 Keraaminen kalvo
Perinteisen suodatuserotusteknologian korvaamiseksi kalvoerotustekniikkaa, jonka ytimessä on keraaminen kalvo, hyödynnetään tällä hetkellä ensisijaisesti tehokkaana erotusprosessina prosessiteollisuudessa sekä erityisillä vedenkäsittelyn aloilla suodatuserotukseen, väkevöintiin ja puhdistamiseen sekä puhdistukseen ja epäpuhtauksien poistoon.
Keraaminen litteä kalvo
Niiden joukossa nesteitä monimutkaisissa olosuhteissa voidaan suodattaa, erottaa ja puhdistaa käyttämällä korkean suorituskyvyn keraamisia litteitä kalvoja. Korkea lämpötila- ja paineenkesto, vahva kemiallinen stabiilisuus, korkea suodatustehokkuus, hyvä luotettavuus, alhaiset käyttö- ja ylläpitokustannukset, pidempi käyttöikä ja ympäristöystävällisyys koko elinkaaren ajan ovat joitakin niiden ominaisuuksia. Sitä on käytetty ja edistetty laajalti kunnallisen jäteveden, hajautetun vedenkäsittelyn, mustan ja hajuveden käsittelyn, kierrätetyn veden uudelleenkäytön ja teollisuuspuistojen jäteveden käsittelyn aloilla. Se on ensisijainen kehityssuunta kansainvälisten korkean suorituskyvyn keraamisten erotuskalvojen alalla ja sillä on laaja valikoima markkinanäkymiä.
Vedenkäsittelyn ohella myös ilmansaasteiden hallinta maassani on horisontissa. Ympäristöystävällinen harvinaisten maametallien oksidijärjestelmän nanodenitrifikaatiokatalyytti ladataan keraamiseen kuitukomposiittikalvomateriaaliin tukikappaleena korkean lämpötilan kuitukalvon luomiseksi denitrifikaatiota ja pölynpoistoa varten, suodatinelementin, jossa on integroidut denitrifikaatio- ja pölynpoistotoiminnot, jotka voivat saavuttaa kaasun suoran puhdistuksen korkeissa lämpötiloissa.
02 Airgel
Aerogeelin, supereristysmateriaalin, laaja vihreä ja vähähiilinen kehitys on luonut tähän asti ennenkuulumattomia mahdollisuuksia aerogeelisektorin kasvulle. Uuden aerogeeliteknologian odotetaan integroituvan vihreän valmistuksen kasvuun, jotta saadaan aikaan lisää uusia tuotesovelluksia vihreän teollisuuden nopeamman kehittymisen trendin mukaisesti.
Airgeelillä on erittäin pieni tiheys, erittäin korkea huokoisuus, alhainen taitekerroin, alhainen lämmönjohtavuus, alhainen akustinen impedanssi ja muita ominaisuuksia, joita ei ole yleisillä kiinteillä materiaaleilla. Näiden ominaisuuksien ansiosta sillä on erinomaiset sovellusmahdollisuudet lämmöneristyksen, biolääketieteen, äänieristyksen, adsorption jne. aloilla, ja markkinoiden kysyntäpotentiaali on valtava.
Biolääketieteen teollisuus
Yhä enemmän keinotekoisia implantteja ja elimiä tullaan käyttämään terapeuttisissa ympäristöissä yhteiskunnan kehittyessä ja ihmisten elämän parantuessa. Kotimaassani metalleja, kuten ruostumatonta terästä ja kobolttiseoksia, on käytetty pitkään ortopediseen parantamiseen ja korjaamiseen niiden erinomaisten mekaanisten ja hallintaominaisuuksien vuoksi; kuitenkin niiden biologinen yhteensopivuus puuttuu. Näin ollen terveellisempien ja yhteensopivampien pinnoitemateriaalien tai biokeramiikan markkinat ja tutkimus kasvavat nopeasti.
Poikkeuksellisen murtolujuuden ja kulutuskestävyyden vuoksi biolääketieteellisiä keraamisia materiaaleja, kuten Al2O3, ZrO2, ZTA, Si3N4 ja vastaavia keraamisia komposiittimateriaaleja käytetään usein kirurgisissa kantavissa proteeseissa, hammasimplanteissa, luunkorvikkeissa jne. Zirkoniumoksidia käytetään usein kauneussuorituskykynsä ja -materiaaleihinsa johtuen lasista, sen hyvästä restaurointilujuudesta. Näistä piinitridissä yhdistyvät bakterisidinen vaikutus ja itsevoitelevat ominaisuudet, ja sen implantilla on pitkäaikainen vakaa biologinen stabiilisuus.
Vuonna 2022 lääketieteellisten keraamisten materiaalien maailmanlaajuisten markkinoiden koon ennustetaan olevan noin 15 miljardia dollaria. Vuonna 2022 lääketieteellisten keraamisten materiaalien markkinoiden Kiinassa odotetaan olevan noin 4,5 miljardia Yhdysvaltain dollaria. Niistä alumiinioksidikeramiikka muodostaa suurimman osan (noin 60 %). Piinitridikeramiikkaa käytetään ortopedisissa implanteissa, kun taas zirkoniumoksidikeramiikkaa käytetään pääasiassa hammaslääketieteessä.
Ilmailuala
Keramiikka erottuu jatkuvasti poikkeuksellisesta suorituskyvystään useissa ankarissa käyttötilanteissa. Sotilas- ja ilmailuteollisuus ovat kaksi edistyneen keramiikan suosituimpia sovellusmarkkinoita. "Korkean lämpötilan kestävyys" ja "stealth" ovat kaksi ensisijaista keraamisen kehityslinjaa ilmailuteollisuudessa.
Uuden sukupolven sotilaslentokoneiden moottoreilla on kasvava tarve uusille korkeita lämpötiloja kestäville rakennemateriaaleille, koska yksittäiskiteiden, lämpösulkupinnoitteiden ja aktiivisen ilmajäähdytyksen mahdollisuudet ovat vähitellen loppumassa. SiC/SiC-CMC on noussut yhdeksi korkeita lämpötiloja kestävien rakennemateriaalien parhaista vaihtoehdoista. SiC/SiC-CMC vahvistetaan ja karkaistaan suurelta osin piikarbidikuidulla. SiC/SiC-CMC:n tärkein raaka-aine on piikarbidikuitu, jonka lämpötilankesto on yli 1200°C ja joka on kiinnittänyt ilmailuvoimien huomion tutkimuskilpailussa.
Tyypillisesti absorboivasta väliaineesta (absorbentti) ja matriisimateriaalista (tunnetaan joskus sideaineena) koostuvat absorboivat materiaalit ovat tärkeimpiä varkain materiaaleja. Piikarbidi on ensisijainen ainesosa, jota käytetään moninauhaisten imukykyisten keraamisten materiaalien luomiseen; epäorgaaniset keraamiset nanohiukkaset ja epäorgaaniset polymeerimateriaalit muodostavat keraamisia infrapuna-stealth-materiaaleja, eräänlaisen pinnoitteen. Tehokkaan laajakaistaisen sähkömagneettisen aallon absorption aikaansaamiseksi epäorgaaniset keraamiset nanohiukkaset dispergoidaan tasaisesti epäorgaaniseen polymeerimatriisiin ja niitä valvotaan huolellisesti.