ხუთი ძირითადი ინდუსტრია კერამიკული პროდუქტების მომავალი განვითარებისთვის

ელექტრო მანქანების ინდუსტრია

 

ჩინეთის ავტომობილების მწარმოებელთა ასოციაციის უახლესი მონაცემებით, ჩინეთმა აწარმოა და გაყიდა 6,253 მილიონი და 6,067 მილიონი ახალი ენერგეტიკული მანქანა, შესაბამისად, იანვარსა და ნოემბერს შორის, რაც დაახლოებით 100%-ით გაიზარდა წელიწადში, 25%-იანი საბაზრო წილით. წარმოებასა და გაყიდვების ზრდასთან ერთად, რომელიც ამ დროის განმავლობაში ბევრად აჭარბებდა ბაზარს, ახალი ენერგეტიკული მანქანების შეღწევადობამ გადააჭარბა 36%-ს და აგრძელებს ზრდას. ელექტრო მანქანების ტექნოლოგია მუდმივად ვითარდება, რამაც დააჩქარა მისი კომპონენტების დიზაინისა და მასალების შეცვლა. ახალი ენერგეტიკული ელექტრო მანქანების გამოყენებამ სრულად მოიცვა მოწინავე კერამიკული მასალები მათი უნიკალური შესრულების უპირატესობების გამო.

მათ შორის გავრცელებულია HIP სილიციუმის ნიტრიდის შემცველი ბურთულები და მაღალი თბოგამტარობის სილიციუმის ნიტრიდის სუბსტრატები.

 

 

01 HIP ბურთები სილიკონის ნიტრიდის საკისრებისთვის

ახალი ენერგეტიკული სატრანსპორტო საშუალებების ძრავის საკისრები მოითხოვს უფრო დაბალ სიმკვრივეს და შედარებით მეტ აცვიათ მდგრად მასალებს მათი უფრო მაღალი ბრუნვის სიჩქარის გამო სტანდარტულ საკისრებთან შედარებით. სილიციუმის ნიტრიდის კერამიკულ საკისრებში, ბურთულები წარმოქმნიან ნაკლებ სითბოს და ხახუნს ტარების სისტემაში. კერძოდ, სილიციუმის ნიტრიდი არის ბუნებრივად წარმოქმნილი ელექტრო იზოლატორი, რომელსაც შეუძლია თავიდან აიცილოს ელექტრული კოროზია ტარების გამონადენისგან, გაახანგრძლივოს საპოხი მასალების და საკისრები და საბოლოოდ გამოიწვიოს საკისრების უკმარისობა. ის იდეალურია სხვადასხვა სექტორში გამოსაყენებლად, ელექტრო მანქანების ჩათვლით.

 

კერამიკული საკისრები სულ უფრო მეტად ცვლის ფოლადის ბურთულ საკისრებს ელექტროძრავების ეპოქაში. სილიკონის ნიტრიდის კერამიკული ბურთულიანი საკისრები გამოიყენება შიდა Xiaopeng P7, G9, Weilai ET7 და სხვა მოდელებში. მაგალითად, Tesla-ს მიერ გამოყენებული ძრავის გამომავალი ლილვი იყენებს კერამიკულ საკისრებს, ჰიბრიდულ კერამიკულ საკისრებს, რომლებიც შექმნილია NSK-ის მიერ და 50 სილიციუმის ნიტრიდის ბურთულებისგან დამზადებული ბურთები.

ცხელი იზოსტატიკური წნეხი (HIP) და გაზის წნევით შედუღება (GPS) არის ორი ყველაზე პოპულარული მოსამზადებელი ტექნიკა სილიციუმის ნიტრიდის კერამიკული ბურთულების შედუღებისთვის. ეს ორი მეთოდი იძლევა კერამიკულ ბურთებს, რომლებიც ხშირად გამოიყენება მრავალ გარემოში. HIP სილიციუმის ნიტრიდი უზრუნველყოფს მაღალ მექანიკურ თვისებებს და უფრო მეტ დაღლილობას, ვიდრე GPS სილიკონის ნიტრიდი.

ამჟამად, ცნობილი უცხოური ფირმები აგრძელებენ საერთაშორისო ბაზრის წილის და განვითარების მიმართულების კონტროლს, ხოლო იაპონური, ევროპული და ამერიკული კორპორაციები აგრძელებენ დომინირებას მაღალი დონის კერამიკული ტარების საქონლის წარმოებაში. 2015 წელს დაარსდა National Materials High-Tech Nitride Ceramics Co., Ltd. ჩემს ქვეყანაში.

მნიშვნელოვანი წინსვლა მოახდინა ცხელი იზოსტატიკურად დაპრესილი სილიციუმის ნიტრიდის კერამიკული ბურთულების მასობრივი წარმოების ტექნოლოგიაში, რაც გახდა პირველი კომპანია ჩინეთში, რომელმაც დააარსა ამ მასალების მასობრივი წარმოება და მთლიანობაში მესამე კომპანია Toshiba-ს შემდეგ იაპონიაში და Kustec-ში აშშ-ში. SKF შვედეთში, Timken აშშ-ში, GMN გერმანიაში და Forsa ესპანეთში იმ ქვეყნებს შორისაა, სადაც მისი პროდუქტები იგზავნება. გარდა ამისა, შესადარებელ მეთოდებს იყენებს Sinoceramic Jinsheng და სხვები, რათა შექმნან სილიციუმის ნიტრიდის ტარების ბურთები 1000 MPa მოღუნვის სიმტკიცით.

 

 

02 მაღალი თბოგამტარობის სილიციუმის ნიტრიდის კერამიკული სუბსტრატი

სილიციუმის ნიტრიდის კერამიკული სუბსტრატები ძირითადად გამოიყენება ენერგიის ერთეულებში, ნახევარგამტარ მოწყობილობებში და ინვერტორებში სუფთა ელექტრო მანქანების (EV) და ჰიბრიდული ელექტრო მანქანების (HEV) და აქვთ უზარმაზარი ბაზრის პოტენციალი და გამოყენების პერსპექტივები.

ამჟამად, მაღალი თბოგამტარობის სილიციუმის ნიტრიდის კერამიკული სუბსტრატის მასალების კომერციული გამოყენებისთვის საჭიროა მოღუნვის სიძლიერე 650 მპა, გატეხვის სიმტკიცე 5-7 მპა·მ1/2 და თბოგამტარობა 85 ვ/(მ·K). Toshiba Group, Hitachi Metals, Nippon Electric Chemical, Maruwa და Nippon Fine Ceramics არის ძირითადი კომპანიები, რომლებსაც აქვთ მაღალი თბოგამტარობის მქონე სილიციუმის ნიტრიდის კერამიკული სუბსტრატების მასობრივი წარმოების უნარი.

 

გარდა ამისა, მიღწეულია გარკვეული წინსვლა შიდა კვლევებში სილიციუმის ნიტრიდის კერამიკული სუბსტრატის მასალებზე. აგლომერაციის მეთოდისა და პროცესის ოპტიმიზაციის გზით, Beijing Sinoma Artificial Crystal Research Institute Co., Ltd.-მ წარმატებით მოამზადა სილიციუმის ნიტრიდის კერამიკული სუბსტრატი მოსახვევში 700-800 MPa, მსხვრევად სიმტკიცით ≥8MPa·m1/2 და თერმული კონდუქტომეტრული ≥8WW(m·0K). სილიციუმის ნიტრიდის კერამიკული სუბსტრატი, რომელიც დამზადებულია Sinoma High-Tech Nitride Ceramics Co., Ltd.-ის პეკინის ფილიალის მიერ, ფირის ჩამოსხმის პროცესის გამოყენებით, აქვს თერმული კონდუქტომეტრული 100 W/(m·K).

 

ელექტრო მანქანები ამჟამად უახლოვდება ინტელექტს ახალი ენერგეტიკული მანქანების მზარდი პოპულარობის და ხელოვნური ინტელექტის (AI) განვითარების შედეგად. ავტომობილების მწარმოებლებმა ასევე გამოიჩინეს ინტერესი სხვადასხვა კერამიკული მასალების მიმართ, მათ შორის ლიდარის შესაფუთი მასალები, ნახშირბადის კერამიკული მუხრუჭები, მაღალი ტევადობის MLCC, კერამიკული თბოგამტარი მასალები და ა.შ.

 

ნახევარგამტარების წარმოება

"ერთი თაობის ტექნოლოგიის, ერთი თაობის პროცესის, ერთი თაობის აღჭურვილობის" სამრეწველო კანონი არეგულირებს ნახევარგამტარულ ინდუსტრიას და ზუსტი ნაწილების ტექნოლოგიაში მიღწევები გადამწყვეტია ნახევარგამტარული აღჭურვილობის მოდერნიზაციისა და გამეორებისთვის. ზუსტი კერამიკული ნაწილები მათ შორის ყველაზე წარმომადგენლობითი მასალაა ნახევარგამტარული ზუსტი ნაწილებისთვის. ისინი გამოიყენება ნახევარგამტარების წარმოების მთელ რიგ ძირითად პროცესებში, მათ შორის ოხრახუში, ორთქლის ქიმიური დეპონირება, ფიზიკური ორთქლის დეპონირება და იონური იმპლანტაცია. როგორიცაა მექანიკური სატარი იარაღი, ელექტროსტატიკური ჩამკეტები, ლაინერები, სახელმძღვანელო რელსები და საკისრები, სხვათა შორის. ის ასრულებს სტაბილიზაციის, თავდაცვისა და ყურადღების გაფანტვის როლებს, განსაკუთრებით აღჭურვილობის ღრუში.

 

ნახევარგამტარების წარმოება ნახევარგამტარების ინდუსტრია იმართება "ერთი თაობის ტექნოლოგიის, ერთი თაობის პროცესის, ერთი თაობის აღჭურვილობის" ინდუსტრიული კანონით და ზუსტი ნაწილების ტექნოლოგიის გაუმჯობესება აუცილებელია ნახევარგამტარული მანქანების მოდერნიზაციისა და გამეორებისთვის. ნახევარგამტარული სიზუსტის ნაწილებისთვის გამოყენებული ყველა მასალისგან, ზუსტი კერამიკული ნაწილები ყველაზე წარმომადგენლობითია. ისინი გამოიყენება გრავირებაში, ორთქლის ქიმიურ დეპონირებაში, ფიზიკურ ორთქლის დეპონირებაში და იონთა იმპლანტაციაში, ნახევარგამტარების წარმოების სხვა მნიშვნელოვან პროცედურებთან ერთად. მაგალითად, საკისრები, ლაინერები, სახელმძღვანელო რელსები, ელექტროსტატიკური ჩამკეტები და მექანიკური ტარების მკლავები. ის ემსახურება როგორც გადახვევას, დაცვას და სტაბილიზაციას, განსაკუთრებით აღჭურვილობის ღრუში.

 

 

ენერგიის დაზოგვის და გარემოს დაცვის ინდუსტრია

ეროვნული „ორმაგი ნახშირბადის“ პოლიტიკის ხელმძღვანელობით, ყველა ინდუსტრია თანდათან ვითარდება ენერგიის დაზოგვის, ნახშირბადის შემცირების, დაბინძურების შემცირებისა და ეფექტურობის გაუმჯობესების მიმართულებით. ამ ფონზე, კერამიკული ინდუსტრია ემუქრება ენერგიის მოხმარებას და გარემოს დაცვას, მაგრამ მას ასევე მოაქვს განვითარების ახალი შესაძლებლობები კერამიკული მასალებისთვის.

 

 

01 კერამიკული მემბრანა

ჩვეულებრივი ფილტრაციის გამოყოფის ტექნოლოგიის ჩანაცვლების მიზნით, მემბრანის გამიჯვნის ტექნოლოგია მის ბირთვში კერამიკული მემბრანით ამჟამად ძირითადად გამოიყენება როგორც მაღალი ეფექტურობის გამოყოფის პროცესი პროცესის ინდუსტრიაში და წყლის სპეციალური დამუშავების სფეროებში ფილტრაციის განცალკევების, კონცენტრაციისა და გაწმენდისთვის, და გაწმენდისა და მინარევების მოსაშორებლად.

კერამიკული ბრტყელი მემბრანა

მათ შორის, სითხეები კომპლექსურ პარამეტრებში შეიძლება გაფილტრული, გამოყოფა და გაწმენდა მაღალი ხარისხის კერამიკული ბრტყელი მემბრანების გამოყენებით. მაღალი ტემპერატურისა და წნევის წინააღმდეგობა, ძლიერი ქიმიური სტაბილურობა, მაღალი ფილტრაციის ეფექტურობა, კარგი საიმედოობა, დაბალი საოპერაციო და ტექნიკური ხარჯები, გახანგრძლივებული მომსახურების ვადა და გარემოსდაცვითი კეთილგანწყობა მთელი სასიცოცხლო ციკლის განმავლობაში არის მათი ზოგიერთი ატრიბუტი. იგი ფართოდ იქნა გამოყენებული და დაწინაურებული მუნიციპალური კანალიზაციის, განაწილებული წყლის დამუშავების, შავი და სუნიანი წყლის დამუშავების, აღდგენილი წყლის ხელახალი გამოყენებისა და სამრეწველო პარკის ჩამდინარე წყლების გაწმენდის სფეროებში. ეს არის განვითარების ძირითადი მიმართულება საერთაშორისო მაღალი ხარისხის კერამიკული გამყოფი მემბრანების სფეროში და აქვს ბაზრის ფართო პერსპექტივები.

წყლის მკურნალობასთან ერთად, ჰორიზონტზეა ჰაერის დაბინძურების მართვა ჩემს ქვეყანაშიც. ეკოლოგიურად სუფთა, იშვიათი დედამიწის ლითონის ოქსიდის სისტემის ნანო-დენიტრიფიკაციის კატალიზატორი ჩაიტვირთება კერამიკული ბოჭკოვან კომპოზიტურ მემბრანულ მასალაზე, როგორც დამხმარე ორგანო, რათა შეიქმნას მაღალი ტემპერატურის ბოჭკოვანი მემბრანა დენიტრიფიკაციისა და მტვრის მოსაშორებლად, ფილტრის ელემენტი ინტეგრირებული დენიტრიფიკაციისა და მტვრის მოცილების ფუნქციებით, რომელსაც შეუძლია მიაღწიოს გაზის პირდაპირ გაწმენდას მაღალი ტემპერატურის პირობებში.

 

 

02 აეროგელი

აეროგელის, სუპერ საიზოლაციო მასალის ფართო მწვანე და დაბალი ნახშირბადის განვითარებამ შექმნა აეროგელის სექტორის ზრდის აქამდე გაუგონარი პოტენციალი. მოსალოდნელია, რომ ახალი აეროგელის ტექნოლოგია ინტეგრირებული იქნება მწვანე წარმოების ზრდასთან, რათა შეიქმნას მეტი ახალი პროდუქტის აპლიკაციები მწვანე ინდუსტრიების უფრო სწრაფად განვითარების ტენდენციის შესაბამისად.

 

აეროგელს აქვს უკიდურესად დაბალი სიმკვრივე, ულტრა მაღალი ფორიანობა, დაბალი გარდატეხის ინდექსი, დაბალი თბოგამტარობა, დაბალი აკუსტიკური წინაღობა და სხვა მახასიათებლები, რომლებიც არ გააჩნიათ ზოგადად მყარ მასალებს. ამ მახასიათებლების წყალობით, მას აქვს დიდი გამოყენების პერსპექტივები თბოიზოლაციის, ბიომედიცინის, ხმის იზოლაციის, ადსორბციის და ა.შ. სფეროებში და ბაზრის მოთხოვნის პოტენციალი უზარმაზარია.

 

 

ბიომედიცინის ინდუსტრია

უფრო და უფრო მეტი ხელოვნური იმპლანტანტები და ორგანოები იქნება გამოყენებული თერაპიულ გარემოში საზოგადოების განვითარებისა და ადამიანების ცხოვრების გაუმჯობესებასთან ერთად. ჩემს ქვეყანაში, ლითონები, როგორიცაა უჟანგავი ფოლადი და კობალტის შენადნობები, დიდი ხანია გამოიყენება ორთოპედიული სამკურნალოდ და შეკეთებისთვის მათი უმაღლესი მექანიკური და კონტროლის თვისებების გამო; მიუხედავად ამისა, მათი ბიოთავსებადობა აკლია. შესაბამისად, ბაზარი და კვლევები საფარის მასალების ან ბიოკერამიკის, რომლებიც უფრო ჯანსაღი და თავსებადია, სწრაფად ფართოვდება.

განსაკუთრებული მოტეხილობისა და აცვიათ წინააღმდეგობის გამო, ბიოსამედიცინო კერამიკა, როგორიცაა Al2O3, ZrO2, ZTA, Si3N4 და მასთან დაკავშირებული კომპოზიციური კერამიკული მასალები, ხშირად გამოიყენება ქირურგიულ დატვირთვის მზიდ პროთეზებში, სტომატოლოგიურ იმპლანტებში, ძვლის შემცვლელებში და ა.შ. ცირკონიუმის ოქსიდი ხშირად გამოიყენება მისი სიძლიერის გამო. მინის კერამიკის გამო. მათ შორის, სილიციუმის ნიტრიდი აერთიანებს ბაქტერიციდულ ეფექტს და თვითშეზეთვის თვისებებს და მის იმპლანტს აქვს გრძელვადიანი სტაბილური ბიოლოგიური სტაბილურობა.

2022 წელს სამედიცინო კერამიკული მასალების მსოფლიო ბაზრის ზომა პროგნოზირებულია დაახლოებით $15 მილიარდი აშშ დოლარი. 2022 წელს ჩინეთში სამედიცინო კერამიკული მასალების ბაზარი დაახლოებით 4,5 მილიარდი აშშ დოლარი იქნება. მათგან ალუმინის კერამიკა შეადგენს უმრავლესობას (დაახლოებით 60%). სილიციუმის ნიტრიდის კერამიკა გამოიყენება ორთოპედიული იმპლანტებისთვის, ხოლო ცირკონიის კერამიკა ძირითადად გამოიყენება სტომატოლოგიაში.

 

 

საჰაერო კოსმოსური სექტორი

კერამიკა მუდმივად გამოირჩევა თავისი განსაკუთრებული შესრულებით სხვადასხვა მკაცრი გამოყენების სიტუაციებში. სამხედრო და საჰაერო კოსმოსური ინდუსტრია არის მოწინავე კერამიკის ორი ყველაზე პოპულარული ბაზარი. "მაღალი ტემპერატურის წინააღმდეგობა" და "სტელსი" არის ორი ძირითადი კერამიკული განვითარების ხაზი საჰაერო კოსმოსურ ინდუსტრიაში.

 

ახალი თაობის სამხედრო საავიაციო ძრავებს მზარდი მოთხოვნილება აქვს ახალი მაღალტემპერატურული რეზისტენტული სტრუქტურული მასალების მიმართ, რადგან თანდათან მცირდება ერთკრისტალების, თერმული ბარიერის საფარის და ჰაერის აქტიური გაგრილების პოტენციალი. SiC/SiC-CMC გაჩნდა, როგორც ერთ-ერთი საუკეთესო ვარიანტი მაღალი ტემპერატურისადმი მდგრადი სტრუქტურული მასალებისთვის. SiC/SiC-CMC ძლიერდება და ძლიერდება დიდწილად სილიციუმის კარბიდის ბოჭკოებით. SiC/SiC-CMC-სთვის ყველაზე მნიშვნელოვანი ნედლეული არის სილიციუმის კარბიდის ბოჭკოვანი, რომელსაც აქვს ტემპერატურის წინააღმდეგობა 1200°C-ზე მეტი და მიიპყრო საავიაციო ძალების ყურადღება კვლევის კონკურსში.

 

 

როგორც წესი, შედგება შთამნთქმელი საშუალებისა (შთამნთქმელი) და მატრიცული მასალისგან (ზოგჯერ ცნობილია როგორც შემკვრელის სახელი), შთამნთქმელი მასალები არის ყველაზე მნიშვნელოვანი სტელსი მასალები. სილიციუმის კარბიდი არის ძირითადი ინგრედიენტი, რომელიც გამოიყენება მრავალზოლიანი შთამნთქმელი კერამიკული მასალების შესაქმნელად; არაორგანული კერამიკული ნანონაწილაკები და არაორგანული პოლიმერული მასალები გაერთიანებულია და ქმნიან კერამიკულ ინფრაწითელ სტელსტის მასალებს, ერთგვარ საფარს. ფართოზოლოვანი ელექტრომაგნიტური ტალღების ეფექტური შთანთქმის შესაქმნელად, არაორგანული კერამიკული ნანონაწილაკები თანაბრად იშლება არაორგანულ პოლიმერულ მატრიცაში და საგულდაგულოდ კონტროლდება.