सिरेमिक उत्पादों के भविष्य के विकास के लिए पाँच प्रमुख उद्योग

इलेक्ट्रिक वाहनों के लिए उद्योग

 

चाइना एसोसिएशन ऑफ ऑटोमोबाइल मैन्युफैक्चरर्स के नवीनतम आंकड़ों के अनुसार, जनवरी और नवंबर के बीच चीन ने क्रमशः 6.253 मिलियन और 6.067 मिलियन नई ऊर्जा कारों का उत्पादन और बिक्री की, जो पिछले साल की तुलना में लगभग 100% अधिक है और 25% बाजार हिस्सेदारी के साथ है। इस दौरान विनिर्माण और बिक्री में वृद्धि, जो बाजार से कहीं अधिक थी, के साथ-साथ, नई ऊर्जा वाहनों की पहुँच 36% से अधिक हो गई है और बढ़ती जा रही है। इलेक्ट्रिक वाहन तकनीक लगातार विकसित हो रही है, जिससे इसके घटकों के डिज़ाइन और सामग्रियों के प्रतिस्थापन में तेज़ी आई है। नई ऊर्जा वाले इलेक्ट्रिक वाहनों के उपयोग ने उन्नत तकनीकों को पूरी तरह से अपना लिया है। सिरेमिक सामग्री उनके अद्वितीय प्रदर्शन लाभ के कारण।

इनमें एचआईपी सिलिकॉन नाइट्राइड बेयरिंग बॉल्स और उच्च तापीय चालकता वाले सिलिकॉन नाइट्राइड सब्सट्रेट प्रचलित हैं।

 

 

01 सिलिकॉन नाइट्राइड बियरिंग्स के लिए एचआईपी बॉल्स

नई ऊर्जा वाहनों के लिए मोटर बेयरिंग, मानक बेयरिंग की तुलना में अपनी उच्च घूर्णन दर के कारण, कम घनत्व और अपेक्षाकृत अधिक घिसाव-प्रतिरोधी सामग्री की मांग करते हैं। सिलिकॉन नाइट्राइड सिरेमिक बेयरिंग में, बॉल बेयरिंग सिस्टम के भीतर कम ऊष्मा और घर्षण उत्पन्न करते हैं। विशेष रूप से, सिलिकॉन नाइट्राइड एक प्राकृतिक रूप से पाया जाने वाला विद्युत रोधक है जो बेयरिंग डिस्चार्ज से होने वाले विद्युत क्षरण को रोक सकता है, स्नेहक और बेयरिंग के जीवनकाल को बढ़ा सकता है, और अंततः बेयरिंग को खराब कर सकता है। यह इलेक्ट्रिक कारों सहित विभिन्न क्षेत्रों में उपयोग के लिए आदर्श है।

 

इलेक्ट्रिक ड्राइव के युग में, सिरेमिक बियरिंग्स तेज़ी से स्टील बॉल बियरिंग्स की जगह ले रहे हैं। सिलिकॉन नाइट्राइड सिरेमिक बॉल इंसुलेटेड बियरिंग्स का इस्तेमाल घरेलू ज़ियाओपेंग P7, G9, वेइलाई ET7 और अन्य मॉडलों में किया जाता है। उदाहरण के लिए, टेस्ला द्वारा इस्तेमाल की जाने वाली मोटर के आउटपुट शाफ्ट में सिरेमिक बियरिंग्स, NSK द्वारा डिज़ाइन किए गए हाइब्रिड सिरेमिक बियरिंग्स और 50 सिलिकॉन नाइट्राइड बॉल्स से बनी बियरिंग बॉल्स का इस्तेमाल किया गया है।

गर्म आइसोस्टेटिक दबाव (HIP) और गैस दबाव सिंटरिंग (जीपीएस) सिलिकॉन नाइट्राइड सिरेमिक बॉल सिंटरिंग के लिए दो सबसे लोकप्रिय प्रारंभिक तकनीकें हैं। इन दोनों विधियों से सिरेमिक बॉल प्राप्त होते हैं जिनका उपयोग कई स्थितियों में अक्सर किया जाता है। एचआईपी सिलिकॉन नाइट्राइड, जीपीएस सिलिकॉन नाइट्राइड की तुलना में बेहतर यांत्रिक गुण और लंबा थकान जीवन प्रदान करता है।

वर्तमान में, प्रसिद्ध विदेशी कंपनियां अंतर्राष्ट्रीय बाजार हिस्सेदारी को नियंत्रित करना और विकसित करना जारी रखती हैंबजेजबकि जापानी, यूरोपीय और अमेरिकी निगम उच्च अंत सिरेमिक असर वाले सामान के निर्माण पर हावी हैं। 2015 में मेरे देश में नेशनल मटेरियल हाई-टेक नाइट्राइड सिरेमिक्स कंपनी लिमिटेड की स्थापना हुई।

हॉट आइसोस्टेटिकली प्रेस्ड सिलिकॉन नाइट्राइड सिरेमिक बॉल्स के बड़े पैमाने पर उत्पादन की तकनीक में उल्लेखनीय प्रगति हुई है, जिससे यह चीन में इन सामग्रियों का बड़े पैमाने पर उत्पादन शुरू करने वाली पहली कंपनी और जापान में तोशिबा और संयुक्त राज्य अमेरिका में कुस्टेक के बाद तीसरी कंपनी बन गई है। स्वीडन में एसकेएफ, अमेरिका में टिमकेन, जर्मनी में जीएमएन और स्पेन में फोर्सा उन देशों में शामिल हैं जहाँ इसके उत्पाद भेजे जाते हैं। इसके अलावा, सिनोसिरेमिक जिनशेंग और अन्य कंपनियाँ 1000 एमपीए बंकन क्षमता वाली सिलिकॉन नाइट्राइड बियरिंग बॉल्स बनाने के लिए तुलनीय विधियों का उपयोग करती हैं।

 

 

02 उच्च तापीय चालकता सिलिकॉन नाइट्राइड सिरेमिक सब्सट्रेट

सिलिकॉन नाइट्राइड सिरेमिक सबस्ट्रेट्स का उपयोग मुख्य रूप से शुद्ध इलेक्ट्रिक वाहनों (ईवी) और हाइब्रिड इलेक्ट्रिक वाहनों (एचईवी) की बिजली इकाइयों, अर्धचालक उपकरणों और इनवर्टर में किया जाता है, और इसमें विशाल बाजार क्षमता और अनुप्रयोग संभावनाएं हैं।

वर्तमान में, उच्च तापीय चालकता वाले सिलिकॉन नाइट्राइड सिरेमिक सब्सट्रेट सामग्रियों के व्यावसायिक उपयोग के लिए 650 MPa की बंकन शक्ति, 5–7 MPa·m² की भंजन कठोरता और 85 W/(m·K) की तापीय चालकता आवश्यक है। तोशिबा समूह, हिताची मेटल्स, निप्पॉन इलेक्ट्रिक केमिकल, मारुवा और निप्पॉन फाइन सिरेमिक्स प्रमुख कंपनियाँ हैं जिनके पास उच्च तापीय चालकता वाले सिलिकॉन नाइट्राइड सिरेमिक सब्सट्रेट का बड़े पैमाने पर उत्पादन करने की क्षमता है।

 

इसके अतिरिक्त, सिलिकॉन नाइट्राइड सिरेमिक सब्सट्रेट सामग्रियों पर घरेलू अनुसंधान में भी कुछ प्रगति हुई है। सिंटरिंग विधि और प्रक्रिया को अनुकूलित करके, बीजिंग सिनोमा आर्टिफिशियल क्रिस्टल रिसर्च इंस्टीट्यूट कंपनी लिमिटेड ने 700-800MPa की बंकन क्षमता, ≥8MPa·m² की फ्रैक्चर टफनेस और ≥80W/(m·K) की तापीय चालकता वाला एक सिलिकॉन नाइट्राइड सिरेमिक सब्सट्रेट सफलतापूर्वक तैयार किया है। सिनोमा हाई-टेक नाइट्राइड सिरेमिक्स कंपनी लिमिटेड की बीजिंग शाखा द्वारा टेप कास्टिंग प्रक्रिया का उपयोग करके निर्मित सिलिकॉन नाइट्राइड सिरेमिक सब्सट्रेट की तापीय चालकता 100 W/(m·K) है।

 

नई ऊर्जा वाहनों की बढ़ती लोकप्रियता और कृत्रिम बुद्धिमत्ता (एआई) के विकास के परिणामस्वरूप, इलेक्ट्रिक वाहन वर्तमान में बुद्धिमत्ता के और करीब पहुँच रहे हैं। ऑटोमोबाइल निर्माताओं ने विभिन्न प्रकार की सिरेमिक सामग्रियों में भी रुचि दिखाई है, जिनमें लिडार पैकिंग सामग्री, कार्बन सिरेमिक ब्रेक, उच्च क्षमता वाली एमएलसीसी, सिरेमिक तापीय चालक सामग्री आदि शामिल हैं।

 

अर्धचालकों का निर्माण

"प्रौद्योगिकी की एक पीढ़ी, प्रक्रिया की एक पीढ़ी, उपकरण की एक पीढ़ी" का औद्योगिक नियम अर्धचालक उद्योग को नियंत्रित करता है, और परिशुद्धता पुर्जे प्रौद्योगिकी में प्रगति अर्धचालक उपकरणों के आधुनिकीकरण और पुनरावृत्ति के लिए अत्यंत महत्वपूर्ण है। परिशुद्धता सिरेमिक पुर्जे, अर्धचालक परिशुद्धता पुर्जों के लिए सबसे अधिक प्रतिनिधि सामग्री हैं। इनका उपयोग कई प्रमुख अर्धचालक निर्माण प्रक्रियाओं में किया जाता है, जिनमें नक़्क़ाशी, रासायनिक वाष्प निक्षेपण, भौतिक वाष्प निक्षेपण और आयन आरोपण शामिल हैं। जैसे यांत्रिक हैंडलिंग आर्म्स, इलेक्ट्रोस्टैटिक चक्स, लाइनर्स, गाइडिंग रेल्स और बेयरिंग आदि। यह विशेष रूप से उपकरण गुहा के भीतर स्थिरीकरण, रक्षा और विकर्षण की भूमिकाएँ निभाता है।

 

अर्धचालकों का उत्पादन अर्धचालक उद्योग "प्रौद्योगिकी की एक पीढ़ी, प्रक्रिया की एक पीढ़ी, उपकरणों की एक पीढ़ी" के औद्योगिक नियम द्वारा शासित होता है, और अर्धचालक मशीनरी के आधुनिकीकरण और पुनरावर्तन के लिए परिशुद्धता पुर्जे प्रौद्योगिकी में सुधार आवश्यक है। अर्धचालक परिशुद्धता पुर्जों के लिए प्रयुक्त सभी सामग्रियों में, परिशुद्धता सिरेमिक पुर्जे सबसे अधिक प्रतिनिधि हैं। इनका उपयोग नक़्क़ाशी, रासायनिक वाष्प निक्षेपण, भौतिक वाष्प निक्षेपण, और आयन आरोपण सहित अन्य महत्वपूर्ण अर्धचालक निर्माण प्रक्रियाओं में किया जाता है, जैसे कि बेयरिंग, लाइनर, मार्गदर्शक रेल, स्थिरवैद्युत चक, और यांत्रिक हैंडलिंग आर्म्स, आदि। यह विशेष रूप से उपकरण गुहा के अंदर, मोड़, सुरक्षा और स्थिरीकरण का कार्य करता है।

 

 

ऊर्जा-बचत और पर्यावरण संरक्षण उद्योग

राष्ट्रीय "दोहरी कार्बन" नीति के मार्गदर्शन में, सभी उद्योग धीरे-धीरे ऊर्जा बचत, कार्बन न्यूनीकरण, प्रदूषण न्यूनीकरण और दक्षता सुधार की दिशा में विकसित हो रहे हैं। इस पृष्ठभूमि में, सिरेमिक उद्योग ऊर्जा खपत और पर्यावरण संरक्षण के दबावों का सामना कर रहा है, लेकिन यह सिरेमिक सामग्रियों के लिए विकास के नए अवसर भी लेकर आ रहा है।

 

 

01 सिरेमिक झिल्ली

पारंपरिक निस्पंदन पृथक्करण प्रौद्योगिकी को प्रतिस्थापित करने के लिए, सिरेमिक झिल्ली के साथ झिल्ली पृथक्करण प्रौद्योगिकी को वर्तमान में मुख्य रूप से प्रक्रिया उद्योग में उच्च दक्षता पृथक्करण प्रक्रिया के रूप में उपयोग किया जाता है और निस्पंदन पृथक्करण, एकाग्रता और शुद्धिकरण, और शुद्धिकरण और अशुद्धता हटाने के लिए विशेष जल उपचार क्षेत्रों में उपयोग किया जाता है।

सिरेमिक फ्लैट झिल्ली

इनमें से, जटिल परिस्थितियों में तरल पदार्थों को उच्च-प्रदर्शन सिरेमिक फ्लैट झिल्लियों का उपयोग करके फ़िल्टर, पृथक और शुद्ध किया जा सकता है। उच्च तापमान और दबाव प्रतिरोध, मजबूत रासायनिक स्थिरता, उच्च फ़िल्टरिंग दक्षता, अच्छी विश्वसनीयता, कम परिचालन और रखरखाव लागत, लंबी सेवा जीवन और पूरे जीवन चक्र में पर्यावरण मित्रता उनकी कुछ विशेषताएँ हैं। इसका व्यापक रूप से नगरपालिका सीवेज, वितरित जल उपचार, काले और दुर्गंधयुक्त जल उपचार, पुनः प्राप्त जल पुन: उपयोग और औद्योगिक पार्क अपशिष्ट जल उपचार के क्षेत्रों में उपयोग और प्रचार किया गया है। यह अंतरराष्ट्रीय उच्च-प्रदर्शन सिरेमिक पृथक्करण झिल्लियों के क्षेत्र में प्राथमिक विकास दिशा है और इसकी बाजार संभावनाओं की एक विस्तृत श्रृंखला है।

जल उपचार के साथ-साथ, मेरे देश में वायु प्रदूषण प्रबंधन भी क्षितिज पर है। पर्यावरण-अनुकूल दुर्लभ मृदा-धातु ऑक्साइड प्रणाली नैनो-विनाइट्रीफिकेशन उत्प्रेरक को सिरेमिक फाइबर मिश्रित झिल्ली सामग्री पर सहायक निकाय के रूप में लगाया जाता है ताकि विनाइट्रीफिकेशन और धूल हटाने के लिए उच्च-तापमान फाइबर झिल्ली बनाई जा सके, एक फ़िल्टर तत्व जिसमें एकीकृत विनाइट्रीफिकेशन और धूल हटाने की क्रियाएँ होती हैं जो उच्च तापमान की परिस्थितियों में गैस का प्रत्यक्ष शुद्धिकरण कर सकती हैं।

 

 

02 एरोजेल

सुपर इंसुलेटिंग सामग्री, एरोजेल, के व्यापक हरित और निम्न-कार्बन विकास ने एरोजेल क्षेत्र के विकास के लिए अब तक की अभूतपूर्व संभावनाएँ पैदा की हैं। नई एरोजेल तकनीक को हरित विनिर्माण के विकास के साथ एकीकृत किए जाने की उम्मीद है ताकि हरित उद्योगों के तेज़ी से विकास के रुझान के अनुरूप और अधिक नए उत्पाद अनुप्रयोग तैयार किए जा सकें।

 

एरोजेल में अत्यंत कम घनत्व, अति-उच्च सरंध्रता, निम्न अपवर्तनांक, निम्न तापीय चालकता, निम्न ध्वनिक प्रतिबाधा और अन्य विशेषताएँ होती हैं जो सामान्य ठोस पदार्थों में नहीं होतीं। इन विशेषताओं के कारण, थर्मल इन्सुलेशन, बायोमेडिसिन, ध्वनि इन्सुलेशन, अवशोषण आदि क्षेत्रों में इसके अनुप्रयोग की अपार संभावनाएँ हैं, और बाजार में इसकी माँग भी बहुत अधिक है।

 

 

बायोमेडिसिन उद्योग

जैसे-जैसे समाज विकसित होगा और लोगों का जीवन बेहतर होगा, चिकित्सीय स्थितियों में कृत्रिम प्रत्यारोपण और अंगों का उपयोग बढ़ता जाएगा। मेरे देश में, स्टेनलेस स्टील और कोबाल्ट मिश्र धातुओं जैसी धातुओं का उपयोग उनके उत्कृष्ट यांत्रिक और नियंत्रण गुणों के कारण लंबे समय से आर्थोपेडिक उपचार और मरम्मत के लिए किया जाता रहा है; हालाँकि, उनकी जैव-संगतता का अभाव है। परिणामस्वरूप, अधिक स्वस्थ और अनुकूल कोटिंग सामग्री या बायोसिरेमिक्स का बाज़ार और अनुसंधान तेज़ी से बढ़ रहा है।

अपनी असाधारण फ्रैक्चर कठोरता और घिसाव प्रतिरोधक क्षमता के कारण, Al2O3, ZrO2, ZTA, Si3N4 जैसे बायोमेडिकल सिरेमिक और संबंधित मिश्रित सिरेमिक सामग्री का उपयोग अक्सर सर्जिकल लोड-असर कृत्रिम अंगों, दंत प्रत्यारोपण, अस्थि प्रतिस्थापन आदि में किया जाता है। ज़िरकोनियम ऑक्साइड का उपयोग अक्सर अपने अच्छे प्रदर्शन और सुंदरता के कारण दंत पुनर्स्थापन सामग्री में किया जाता है, लेकिन इसकी मजबूती ग्लास सिरेमिक के कारण होती है। इनमें से, सिलिकॉन नाइट्राइड जीवाणुनाशक प्रभाव और स्व-स्नेहन गुणों को जोड़ता है, और इसके प्रत्यारोपण में दीर्घकालिक स्थिर जैविक स्थिरता होती है।

2022 में, चिकित्सा सिरेमिक सामग्रियों के वैश्विक बाज़ार का आकार लगभग 15 अरब अमेरिकी डॉलर होने का अनुमान है। 2022 में, चीन में चिकित्सा सिरेमिक सामग्रियों का बाज़ार लगभग 4.5 अरब अमेरिकी डॉलर का होने की उम्मीद है। इनमें से, एल्यूमिना सिरेमिक्स का हिस्सा सबसे ज़्यादा (लगभग 60%) है। सिलिकॉन नाइट्राइड सिरेमिक्स का इस्तेमाल आर्थोपेडिक इम्प्लांट्स में किया जाता है, जबकि ज़िरकोनिया सिरेमिक्स का इस्तेमाल मुख्य रूप से दंत चिकित्सा में किया जाता है।

 

 

एयरोस्पेस क्षेत्र

सिरेमिक विभिन्न प्रकार की कठोर अनुप्रयोग स्थितियों में अपने असाधारण प्रदर्शन के लिए निरंतर अग्रणी रहे हैं। सैन्य और एयरोस्पेस उद्योग उन्नत सिरेमिक के लिए दो सबसे लोकप्रिय अनुप्रयोग बाज़ार हैं। "उच्च तापमान प्रतिरोध" और "स्टील्थ" एयरोस्पेस उद्योग में सिरेमिक विकास की दो प्रमुख दिशाएँ हैं।

 

सैन्य विमानन इंजनों की नई पीढ़ी को नए उच्च-तापमान प्रतिरोधी संरचनात्मक सामग्रियों की बढ़ती आवश्यकता है क्योंकि एकल क्रिस्टल, तापीय अवरोधक कोटिंग्स और सक्रिय वायु शीतलन की क्षमता धीरे-धीरे कम होती जा रही है। SiC/SiC-CMC उच्च-तापमान प्रतिरोधी संरचनात्मक सामग्रियों के लिए शीर्ष विकल्पों में से एक के रूप में उभरा है। SiC/SiC-CMC को मुख्यतः सिलिकॉन कार्बाइड फाइबर द्वारा मजबूत और कठोर बनाया जाता है। SiC/SiC-CMC के लिए सबसे महत्वपूर्ण कच्चा माल सिलिकॉन कार्बाइड फाइबर है, जिसकी तापमान प्रतिरोधक क्षमता 1200°C से अधिक है और इसने एक शोध प्रतियोगिता में विमानन क्षेत्र की प्रमुख कंपनियों का ध्यान आकर्षित किया है।

 

 

आमतौर पर एक अवशोषक माध्यम (अवशोषक) और एक मैट्रिक्स पदार्थ (जिसे कभी-कभी बाइंडर भी कहा जाता है) से मिलकर बने अवशोषक पदार्थ सबसे महत्वपूर्ण स्टील्थ पदार्थों में से एक हैं। सिलिकॉन कार्बाइड बहु-बैंड अवशोषक सिरेमिक पदार्थों को बनाने में प्रयुक्त होने वाला प्राथमिक घटक है; अकार्बनिक सिरेमिक नैनोकण और अकार्बनिक बहुलक पदार्थ मिलकर सिरेमिक इन्फ्रारेड स्टील्थ पदार्थ बनाते हैं, जो एक प्रकार का लेप है। प्रभावी ब्रॉडबैंड विद्युत चुम्बकीय तरंग अवशोषण उत्पन्न करने के लिए, अकार्बनिक सिरेमिक नैनोकणों को एक अकार्बनिक बहुलक मैट्रिक्स में समान रूप से फैलाया जाता है और सावधानीपूर्वक नियंत्रित किया जाता है।