Cinco grandes industrias para o desenvolvemento futuro de produtos cerámicos
Industria de vehículos eléctricos
China produciu e vendeu 6,253 millóns e 6,067 millóns de coches de nova enerxía, respectivamente, entre xaneiro e novembro, un 100% máis interanual, cunha cota de mercado do 25%, segundo os datos máis recentes da Asociación China de Fabricantes de Automóbiles. Xunto ao crecemento da fabricación e das vendas que superaron con creces ao mercado durante ese tempo, a penetración de vehículos de nova enerxía superou o 36% e segue aumentando. A tecnoloxía dos vehículos eléctricos está en constante evolución, o que acelerou a substitución dos deseños e materiais dos seus compoñentes. O uso de vehículos eléctricos de nova enerxía aceptou plenamente os materiais cerámicos avanzados debido ás súas vantaxes de rendemento únicas.
Entre eles, predominan as bolas de nitruro de silicio HIP e os substratos de nitruro de silicio de alta condutividade térmica.
01 Bolas HIP para rodamentos de nitruro de silicio
Os rodamentos de motor para vehículos de nova enerxía esixen materiais de menor densidade e comparativamente máis resistentes ao desgaste debido ás súas maiores taxas de rotación en comparación cos rodamentos estándar. Nos rodamentos cerámicos de nitruro de silicio, as bolas producen menos calor e fricción dentro do sistema de rodamentos. En concreto, o nitruro de silicio é un illante eléctrico natural que pode evitar a corrosión eléctrica da descarga dos rodamentos, prolongar a vida útil dos lubricantes e dos rodamentos e, finalmente, inducir a falla dos rodamentos. É ideal para o seu uso en diversos sectores, incluídos os coches eléctricos.
Os rodamentos de cerámica están a substituír cada vez máis os rodamentos de esferas de aceiro na era dos accionamentos eléctricos. Os rodamentos illados de bolas cerámicas de nitruro de silicio úsanse nos modelos domésticos Xiaopeng P7, G9, Weilai ET7 e outros. Por exemplo, o eixe de saída do motor utilizado por Tesla emprega rodamentos cerámicos, rodamentos cerámicos híbridos deseñados por NSK e bolas de rodamentos feitas de 50 bolas de nitruro de silicio.
O prensado isostático en quente (HIP) e a sinterización a presión de gas (GPS) son as dúas técnicas preparatorias máis populares para a sinterización de bolas cerámicas de nitruro de silicio. Estes dous métodos producen bolas de cerámica que se usan con frecuencia en moitos escenarios. O nitruro de silicio HIP proporciona calidades mecánicas superiores e unha vida útil máis longa que o nitruro de silicio GPS.
Actualmente, empresas estranxeiras coñecidas seguen controlando a cota de mercado internacional e a dirección do desenvolvemento, mentres que as corporacións xaponesas, europeas e estadounidenses seguen dominando a fabricación de produtos cerámicos de alta gama. 2015 foi o establecemento de National Materials High-Tech Nitruro Ceramics Co., Ltd. na miña nación.
fixo un avance significativo na tecnoloxía para a produción en masa de bolas cerámicas de nitruro de silicio prensadas isostáticamente en quente, converténdose na primeira empresa en China en establecer a produción en masa destes materiais e na terceira empresa en xeral, por detrás de Toshiba en Xapón e Kustec nos Estados Unidos. SKF en Suecia, Timken en EEUU, GMN en Alemaña e Forsa en España están entre os países aos que se envían os seus produtos. Ademais, Sinoceramic Jinsheng e outros utilizan métodos comparables para crear bolas de nitruro de silicio cunha resistencia á flexión de 1000 MPa.
02 Substrato cerámico de nitruro de silicio de alta condutividade térmica
Os substratos cerámicos de nitruro de silicio utilízanse principalmente nas unidades de potencia, dispositivos semicondutores e inversores de vehículos eléctricos puros (EV) e vehículos eléctricos híbridos (HEV), e teñen un enorme potencial de mercado e perspectivas de aplicación.
Actualmente, unha resistencia á flexión de 650 MPa, unha dureza á fractura de 5-7 MPa·m1/2 e unha condutividade térmica de 85 W/(m·K) son necesarias para o uso comercial de materiais de substrato cerámico de nitruro de silicio de alta condutividade térmica. O Grupo Toshiba, Hitachi Metals, Nippon Electric Chemical, Maruwa e Nippon Fine Ceramics son as principais empresas que posúen a capacidade de producir en masa substratos cerámicos de nitruro de silicio con alta condutividade térmica.
Ademais, houbo algúns avances na investigación doméstica sobre materiais de substrato cerámico de nitruro de silicio. Ao optimizar o método e o proceso de sinterización, Beijing Sinoma Artificial Crystal Research Institute Co., Ltd. preparou con éxito un substrato cerámico de nitruro de silicio cunha resistencia á flexión de 700-800MPa, unha tenacidade á fractura de ≥8MPa·m1/2 e unha condutividade térmica ≥80W/(m·K). O substrato cerámico de nitruro de silicio fabricado pola filial de Beijing de Sinoma High-Tech Nitrude Ceramics Co., Ltd. mediante o proceso de fundición de cinta ten unha condutividade térmica de 100 W/(m·K).
Os vehículos eléctricos achéganse actualmente á intelixencia como resultado da crecente popularidade dos vehículos de nova enerxía e do desenvolvemento da intelixencia artificial (IA). Os fabricantes de automóbiles tamén mostraron interese nunha variedade de materiais cerámicos, incluíndo materiais de embalaxe lidar, freos cerámicos de carbono, MLCC de alta capacidade, materiais cerámicos condutores térmicos, etc.
Fabricación de semicondutores
A lei industrial de "unha xeración de tecnoloxía, unha xeración de procesos, unha xeración de equipos" rexe a industria de semicondutores e os avances na tecnoloxía de pezas de precisión son cruciais para a modernización e iteración dos equipos de semicondutores. As pezas cerámicas de precisión son os materiais máis representativos para pezas de precisión de semicondutores entre elas. Utilízanse nunha serie de procesos clave de fabricación de semicondutores, incluíndo o gravado, a deposición química de vapor, a deposición física de vapor e a implantación iónica. como brazos de manipulación mecánica, portabrocas electrostáticas, forros, raíles de guía e rodamentos, entre outros. Desempeña as funcións de estabilización, defensa e distracción, especialmente dentro da cavidade do equipo.
Produción de semicondutores A industria de semicondutores réxese pola lei industrial de "unha xeración de tecnoloxía, unha xeración de procesos, unha xeración de equipos" e as melloras na tecnoloxía de pezas de precisión son esenciais para a modernización e iteración da maquinaria de semicondutores. De todos os materiais utilizados para pezas de precisión de semicondutores, as pezas cerámicas de precisión son as máis representativas. Empréganse no gravado, a deposición química de vapor, a deposición física de vapor e a implantación iónica, entre outros procedementos importantes de fabricación de semicondutores. como rodamentos, forros, carrís de guía, portabrocas electrostáticas e brazos de manipulación mecánica, por citar algúns. Serve como desvío, defensa e estabilización, especialmente dentro da cavidade do equipo.
Industria de aforro enerxético e protección ambiental
Baixo a orientación da política nacional de "dobre carbono", todas as industrias están a desenvolverse gradualmente na dirección do aforro de enerxía, a redución de carbono, a redución da contaminación e a mellora da eficiencia. Neste contexto, a industria cerámica enfróntase ao consumo de enerxía e ás presións de protección ambiental, pero tamén ofrece novas oportunidades de desenvolvemento aos materiais cerámicos.
01 Membrana cerámica
Co fin de substituír a tecnoloxía de separación de filtración convencional, a tecnoloxía de separación de membrana con membrana cerámica no seu núcleo utilízase principalmente como proceso de separación de alta eficiencia na industria de procesos e campos especiais de tratamento de auga para a separación, concentración e purificación de filtración, e purificación e eliminación de impurezas.
Membrana plana cerámica
Entre eles, os fluídos en ambientes complexos pódense filtrar, separar e purificar mediante membranas planas cerámicas de alto rendemento. Algúns dos seus atributos son a alta resistencia á temperatura e á presión, unha forte estabilidade química, unha alta eficiencia de filtrado, unha boa fiabilidade, baixos custos de operación e mantemento, unha vida útil prolongada e un respeto ao medio ambiente durante todo o ciclo de vida. Foi moi utilizado e promovido nas áreas de sumidoiros municipais, tratamento de augas distribuídas, tratamento de augas negras e cheirosas, reutilización de augas recuperadas e tratamento de augas residuais do parque industrial. É a principal dirección de desenvolvemento no campo das membranas de separación cerámicas internacionais de alto rendemento e ten unha ampla gama de perspectivas de mercado.
Xunto co tratamento da auga, a xestión da contaminación do aire na miña nación tamén está no horizonte. O catalizador de nanodesnitrificación do sistema de óxidos de metais de terras raras ecolóxico cárgase nun material de membrana composta de fibra cerámica como corpo de soporte para crear a membrana de fibra de alta temperatura para a desnitrificación e a eliminación de po, un elemento filtrante con funcións integradas de desnitrificación e eliminación de po que pode lograr a purificación directa do gas en condicións de alta temperatura.
02 Aeroxel
O amplo desenvolvemento verde e baixo en carbono do aeroxel, un material super illante, creou un potencial ata agora inédito para o crecemento do sector do aeroxel. Espérase que a nova tecnoloxía de aeroxel se integre co crecemento da fabricación verde para crear máis novas aplicacións de produtos en liña coa tendencia de que as industrias verdes se desenvolvan máis rapidamente.
O aeroxel ten unha densidade extremadamente baixa, porosidade ultra alta, baixo índice de refracción, baixa condutividade térmica, baixa impedancia acústica e outras características que non teñen os materiais sólidos xerais. Estas características fan que teña grandes perspectivas de aplicación nos campos do illamento térmico, a biomedicina, o illamento acústico, a adsorción, etc., e o potencial de demanda do mercado é enorme.
Industria da biomedicina
Cada vez utilizaranse máis implantes e órganos artificiais en contextos terapéuticos a medida que a sociedade se desenvolve e a vida das persoas mellore. Na miña nación, metais como o aceiro inoxidable e as aliaxes de cobalto utilizáronse durante moito tempo para a cura e reparación ortopédicas debido ás súas calidades mecánicas e de control superiores; con todo, falta a súa biocompatibilidade. En consecuencia, o mercado e a investigación de materiais de revestimento ou biocerámicas máis saudables e compatibles están a expandirse rapidamente.
Debido á súa excepcional dureza á fractura e resistencia ao desgaste, as cerámicas biomédicas como Al2O3, ZrO2, ZTA, Si3N4 e materiais cerámicos compostos relacionados úsanse frecuentemente en próteses cirúrxicas de soporte, implantes dentais, substitutos óseos, etc. O óxido de circonio úsase con frecuencia na restauración de vidro debido ao seu bo rendemento e a súa beleza. Entre estes, o nitruro de silicio combina o efecto bactericida e as propiedades autolubricantes, e o seu implante ten unha estabilidade biolóxica estable a longo prazo.
En 2022, prevese que o tamaño do mercado mundial de materiais cerámicos médicos ronde os 15.000 millóns de dólares. En 2022, espérase que o mercado de materiais cerámicos médicos en China teña un valor aproximado de 4.500 millóns de dólares. Delas, as cerámicas de alúmina son a maioría (un 60%). A cerámica de nitruro de silicio emprégase para implantes ortopédicos, mentres que as cerámicas de circonio utilízanse principalmente en odontoloxía.
O sector aeroespacial
As cerámicas destacan constantemente polo seu excepcional rendemento nunha variedade de situacións de aplicación difíciles. As industrias militares e aeroespaciales son dous dos mercados de aplicacións máis populares para a cerámica avanzada. "Resistencia a altas temperaturas" e "sigilo" son as dúas principais liñas de desenvolvemento de cerámica na industria aeroespacial.
A nova xeración de motores de aviación militar ten unha necesidade crecente de novos materiais estruturais resistentes ás altas temperaturas, xa que o potencial dos cristais únicos, os revestimentos de barreira térmica e o arrefriamento activo do aire vaise esgotando gradualmente. SiC/SiC-CMC emerxeu como unha das principais opcións para materiais estruturais resistentes a altas temperaturas. SiC/SiC-CMC está reforzado e endurecido en gran parte por fibra de carburo de silicio. A materia prima máis importante para SiC/SiC-CMC é a fibra de carburo de silicio, que ten unha resistencia á temperatura superior a 1200 ° C e chamou a atención das potencias da aviación nun concurso de investigación.
Normalmente consiste nun medio absorbente (absorbente) e un material de matriz (ás veces coñecido como aglutinante), os materiais absorbentes están entre os materiais furtivos máis cruciais. O carburo de silicio é o ingrediente principal usado para crear materiais cerámicos absorbentes de bandas múltiples; nanopartículas cerámicas inorgánicas e materiais de polímeros inorgánicos combínanse para formar materiais cerámicos invisibles infravermellos, unha especie de revestimento. Co fin de producir unha absorción eficaz de ondas electromagnéticas de banda ancha, as nanopartículas cerámicas inorgánicas están uniformemente dispersas nunha matriz de polímeros inorgánicos e son coidadosamente controladas.