Piecas galvenās nozares keramikas izstrādājumu turpmākajai attīstībai

Elektromobiļu rūpniecība

 

Saskaņā ar jaunākajiem Ķīnas Automobiļu ražotāju asociācijas datiem, Ķīna laika posmā no janvāra līdz novembrim saražoja un pārdeva attiecīgi 6,253 miljonus un 6,067 miljonus jaunu enerģijas automobiļu, kas ir par aptuveni 100% vairāk nekā gadu iepriekš, ar 25% tirgus daļu. Līdz ar ražošanas un pārdošanas pieaugumu, kas šajā laikā ievērojami pārsniedza tirgu, jaunu enerģijas transportlīdzekļu izplatība ir pārsniegusi 36% un turpina pieaugt. Elektrisko transportlīdzekļu tehnoloģija nepārtraukti attīstās, kas ir paātrinājusi tā detaļu konstrukcijas un materiālu nomaiņu. Jaunu enerģijas elektrisko transportlīdzekļu izmantošana ir pilnībā iekļāvusi progresīvus keramikas materiālus to unikālo veiktspējas priekšrocību dēļ.

Starp tiem izplatītas ir HIP silīcija nitrīda gultņu lodītes un augstas siltumvadītspējas silīcija nitrīda substrāti.

 

 

01 GŪZAS lodītes silīcija nitrīda gultņiem

Motora gultņiem jauniem enerģijas transportlīdzekļiem ir nepieciešams mazāks blīvums un salīdzinoši nodilumizturīgāki materiāli, jo tiem ir lielāks rotācijas ātrums, salīdzinot ar standarta gultņiem. Silīcija nitrīda keramikas gultņos lodītes rada mazāk siltuma un berzes gultņu sistēmā. Konkrēti, silīcija nitrīds ir dabiski sastopams elektriskais izolators, kas var novērst gultņu izlādes izraisītu elektrisko koroziju, pagarināt smērvielu un gultņu kalpošanas laiku un galu galā izraisīt gultņu bojājumus. Tas ir ideāli piemērots lietošanai dažādās nozarēs, tostarp elektriskajās automašīnās.

 

Elektrisko piedziņu laikmetā keramiskie gultņi arvien vairāk aizstāj tērauda lodīšu gultņus. Silīcija nitrīda keramikas lodīšu izolācijas gultņi tiek izmantoti sadzīves Xiaopeng P7, G9, Weilai ET7 un citos modeļos. Piemēram, Tesla izmantotā motora izejas vārpstā ir izmantoti keramiskie gultņi, hibrīda keramikas gultņi, ko izstrādājis NSK, un gultņu lodītes, kas izgatavotas no 50 silīcija nitrīda lodītēm.

Karstā izostatiskā presēšana (HIP) un gāzes spiediena saķepināšana (GPS) ir divas populārākās sagatavošanas metodes silīcija nitrīda keramikas lodīšu saķepināšanai. Šīs divas metodes rada keramikas bumbiņas, kuras bieži izmanto daudzos iestatījumos. HIP silīcija nitrīds nodrošina izcilas mehāniskās īpašības un ilgāku noguruma kalpošanas laiku nekā GPS silīcija nitrīds.

Šobrīd pazīstamas ārvalstu firmas turpina kontrolēt starptautiskā tirgus daļu un attīstības virzienu, savukārt Japānas, Eiropas un Amerikas korporācijas turpina dominēt augstākās klases keramikas nesošo izstrādājumu ražošanā. 2015. gadā manā valstī tika izveidots uzņēmums National Materials High-Tech Nitride Ceramics Co., Ltd.

paveica ievērojamu progresu karsti izostatiski presētu silīcija nitrīda keramikas lodīšu masveida ražošanas tehnoloģijā, padarot to par pirmo uzņēmumu Ķīnā, kas uzsāka šo materiālu masveida ražošanu, un par trešo uzņēmumu kopumā aiz Toshiba Japānā un Kustec Amerikas Savienotajās Valstīs. SKF Zviedrijā, Timken ASV, GMN Vācijā un Forsa Spānijā ir starp valstīm, uz kurām tiek nosūtīti tā produkti. Turklāt Sinoceramic Jinsheng un citi izmanto salīdzināmas metodes, lai izveidotu silīcija nitrīda gultņu lodītes ar 1000 MPa lieces izturību.

 

 

02 Silīcija nitrīda keramikas substrāts ar augstu siltumvadītspēju

Silīcija nitrīda keramikas substrātus galvenokārt izmanto tīru elektrisko transportlīdzekļu (EV) un hibrīdelektrisko transportlīdzekļu (HEV) barošanas blokos, pusvadītāju ierīcēs un invertoros, un tiem ir milzīgs tirgus potenciāls un pielietojuma perspektīvas.

Pašlaik augstas siltumvadītspējas silīcija nitrīda keramikas substrāta materiālu komerciālai lietošanai ir nepieciešama lieces izturība 650 MPa, izturība pret lūzumu 5–7 MPa·m1/2 un siltumvadītspēja 85 W/(m·K). Toshiba Group, Hitachi Metals, Nippon Electric Chemical, Maruwa un Nippon Fine Ceramics ir galvenie uzņēmumi, kas spēj masveidā ražot silīcija nitrīda keramikas substrātus ar augstu siltumvadītspēju.

 

Turklāt ir panākts zināms progress vietējos pētījumos par silīcija nitrīda keramikas substrāta materiāliem. Optimizējot saķepināšanas metodi un procesu, Beijing Sinoma Artificial Crystal Research Institute Co., Ltd. ir veiksmīgi sagatavojis silīcija nitrīda keramikas substrātu ar lieces izturību 700-800 MPa, izturību pret lūzumu ≥8MPa·m1/2 un siltumvadītspēju ≥m·8KW/(m·8KW). Silīcija nitrīda keramikas substrātam, ko ražo Sinoma High-Tech Nitride Ceramics Co., Ltd. Pekinas filiāle, izmantojot lentes liešanas procesu, siltumvadītspēja ir 100 W/(m·K).

 

Elektriskie transportlīdzekļi pašlaik tuvojas intelektam, jo ​​pieaug jaunu enerģijas transportlīdzekļu popularitāte un mākslīgā intelekta (AI) attīstība. Automobiļu ražotāji ir izrādījuši interesi arī par dažādiem keramikas materiāliem, tostarp lidar iepakojuma materiāliem, oglekļa keramikas bremzēm, lieljaudas MLCC, keramikas siltumvadītiem materiāliem utt.

 

Pusvadītāju ražošana

Rūpnieciskais likums "viena tehnoloģiju paaudze, viena procesa paaudze, viena iekārtu paaudze" regulē pusvadītāju nozari, un precīzo daļu tehnoloģiju sasniegumi ir ļoti svarīgi pusvadītāju iekārtu modernizācijai un atkārtošanai. Precīzijas keramikas detaļas ir visreprezentatīvākie materiāli pusvadītāju precizitātes daļām. Tos izmanto vairākos galvenajos pusvadītāju ražošanas procesos, tostarp kodināšanā, ķīmiskajā tvaiku pārklāšanā, fizikālā tvaiku pārklāšanā un jonu implantācijā. piemēram, mehāniskās pārvietošanas sviras, elektrostatiskās patronas, starplikas, vadošās sliedes un gultņi. Tas veic stabilizācijas, aizsardzības un uzmanības novēršanas funkcijas, jo īpaši aprīkojuma dobumā.

 

Pusvadītāju ražošana Pusvadītāju nozari regulē industriālais likums "viena tehnoloģiju paaudze, viena procesa paaudze, viena iekārtu paaudze", un precīzo detaļu tehnoloģijas uzlabojumi ir būtiski pusvadītāju iekārtu modernizācijai un atkārtošanai. No visiem materiāliem, ko izmanto pusvadītāju precizitātes detaļām, precīzās keramikas detaļas ir reprezentatīvākās. Tos izmanto kodināšanā, ķīmiskajā tvaiku pārklāšanā, fizikālajā tvaiku pārklāšanā un jonu implantācijā, kā arī citas svarīgas pusvadītāju ražošanas procedūras. piemēram, gultņi, starplikas, vadošās sliedes, elektrostatiskās patronas un mehāniskās vadības sviras, lai nosauktu tikai dažus. Tas kalpo kā novirzīšana, aizsardzība un stabilizācija, īpaši aprīkojuma dobumā.

 

 

Enerģijas taupīšanas un vides aizsardzības nozare

Valsts "divkāršā oglekļa" politikas vadībā visas nozares pakāpeniski attīstās enerģijas taupīšanas, oglekļa samazināšanas, piesārņojuma samazināšanas un efektivitātes uzlabošanas virzienā. Šādos apstākļos keramikas rūpniecība saskaras ar enerģijas patēriņu un vides aizsardzības spiedienu, taču tā rada arī jaunas attīstības iespējas keramikas materiāliem.

 

 

01 Keramikas membrāna

Lai aizstātu parasto filtrācijas atdalīšanas tehnoloģiju, membrānas atdalīšanas tehnoloģija ar keramisko membrānu tās kodolā pašlaik galvenokārt tiek izmantota kā augstas efektivitātes separācijas process apstrādes rūpniecībā un speciālos ūdens attīrīšanas laukos filtrācijas atdalīšanai, koncentrēšanai un attīrīšanai, kā arī attīrīšanai un piemaisījumu noņemšanai.

Keramikas plakana membrāna

Tostarp šķidrumus sarežģītos apstākļos var filtrēt, atdalīt un attīrīt, izmantojot augstas veiktspējas keramikas plakanas membrānas. Augsta temperatūras un spiediena izturība, spēcīga ķīmiskā stabilitāte, augsta filtrēšanas efektivitāte, laba uzticamība, zemas ekspluatācijas un apkopes izmaksas, pagarināts kalpošanas laiks un videi draudzīgums visā dzīves ciklā ir dažas no to īpašībām. Tas ir plaši izmantots un popularizēts komunālo notekūdeņu, sadalītā ūdens attīrīšanas, melnā un smaržīgā ūdens attīrīšanas, reģenerētā ūdens atkārtotas izmantošanas un industriālā parka notekūdeņu attīrīšanas jomās. Tas ir galvenais attīstības virziens starptautisko augstas veiktspējas keramikas atdalīšanas membrānu jomā, un tam ir plašas tirgus perspektīvas.

Līdztekus ūdens attīrīšanai pie apvāršņa ir arī gaisa piesārņojuma pārvaldība manā valstī. Videi draudzīgais retzemju metālu oksīdu sistēmas nanodenitrifikācijas katalizators tiek uzkrauts uz keramikas šķiedru kompozītmateriāla membrānas materiāla kā atbalsta korpuss, lai izveidotu augstas temperatūras šķiedru membrānu denitrifikācijai un putekļu noņemšanai, filtra elementu ar integrētām denitrifikācijas un putekļu noņemšanas funkcijām, kas var nodrošināt tiešu gāzes attīrīšanu augstas temperatūras apstākļos.

 

 

02 Airgel

Plašā zaļā un zema oglekļa satura aerogela, īpaši izolējoša materiāla, izstrāde ir radījusi līdz šim nedzirdētu aerogēla nozares izaugsmes potenciālu. Paredzams, ka jaunā aerogela tehnoloģija tiks integrēta ar zaļās ražošanas izaugsmi, lai radītu vairāk jaunu produktu lietojumu atbilstoši zaļo nozaru straujākas attīstības tendencei.

 

Airgelam ir ārkārtīgi zems blīvums, īpaši augsta porainība, zems refrakcijas indekss, zema siltumvadītspēja, zema akustiskā pretestība un citas īpašības, kas parasti nepiemīt cietajiem materiāliem. Šo īpašību dēļ tai ir lielas pielietojuma perspektīvas siltumizolācijas, biomedicīnas, skaņas izolācijas, adsorbcijas uc jomās, un tirgus pieprasījuma potenciāls ir milzīgs.

 

 

Biomedicīnas nozare

Arvien vairāk mākslīgo implantu un orgānu tiks izmantoti terapeitiskos apstākļos, sabiedrībai attīstoties un cilvēku dzīvei uzlabojoties. Manā valstī metāli, piemēram, nerūsējošais tērauds un kobalta sakausējumi, jau sen ir izmantoti ortopēdiskai dziedināšanai un labošanai, pateicoties to izcilajām mehāniskajām un kontroles īpašībām; tomēr trūkst to bioloģiskā saderības. Līdz ar to veselīgāku un saderīgāku pārklājuma materiālu vai biokeramikas tirgus un pētījumi strauji paplašinās.

Tā kā biomedicīnas keramika, piemēram, Al2O3, ZrO2, ZTA, Si3N4 un radniecīgi kompozītmateriāli keramikas materiāli ir īpaši izturīga pret lūzumiem un nodilumizturība, bieži tiek izmantoti ķirurģiskās nesošās protēzēs, zobu implantos, kaulu aizstājējos u.c. Cirkonija oksīds bieži tiek izmantots tā skaistuma veiktspējas un materiālu dēļ, pateicoties tā labajai zobu restaurācijai. Starp tiem silīcija nitrīds apvieno baktericīdo iedarbību un pašeļļošanas īpašības, un tā implantam ir ilgstoša stabila bioloģiskā stabilitāte.

Tiek prognozēts, ka 2022. gadā pasaules medicīnas keramikas materiālu tirgus apjoms būs aptuveni 15 miljardi USD. Paredzams, ka 2022. gadā medicīnas keramikas materiālu tirgus Ķīnā būs aptuveni 4,5 miljardu ASV dolāru vērtībā. No tiem lielāko daļu (apmēram 60%) veido alumīnija oksīda keramika. Silīcija nitrīda keramiku izmanto ortopēdiskiem implantiem, savukārt cirkonija keramiku galvenokārt izmanto zobārstniecībā.

 

 

Aviācijas un kosmosa nozare

Keramika pastāvīgi izceļas ar izcilu veiktspēju dažādās skarbās pielietošanas situācijās. Militārā un kosmosa rūpniecība ir divi no populārākajiem modernās keramikas lietojumu tirgiem. "Augstas temperatūras izturība" un "slēpšanās" ir divas galvenās keramikas izstrādes līnijas aviācijas un kosmosa nozarē.

 

Jaunās paaudzes militārās aviācijas dzinējiem pieaug nepieciešamība pēc jauniem augstas temperatūras izturīgiem konstrukcijas materiāliem, jo ​​monokristālu, termiskās barjeras pārklājumu un aktīvās gaisa dzesēšanas potenciāls pakāpeniski tiek izsmelts. SiC/SiC-CMC ir kļuvusi par vienu no labākajām iespējām augstas temperatūras izturīgiem konstrukcijas materiāliem. SiC/SiC-CMC lielā mērā stiprina un rūdīts ar silīcija karbīda šķiedru. Vissvarīgākais SiC/SiC-CMC izejmateriāls ir silīcija karbīda šķiedra, kuras temperatūras noturība pārsniedz 1200°C un kas ir pievērsusi aviācijas spēku uzmanību pētniecības konkursā.

 

 

Parasti tie sastāv no absorbējošas vides (absorbenta) un matricas materiāla (dažreiz zināma kā saistviela), un absorbējošie materiāli ir vieni no vissvarīgākajiem slepenajiem materiāliem. Silīcija karbīds ir galvenā sastāvdaļa, ko izmanto, lai radītu daudzjoslu absorbējošus keramikas materiālus; neorganiskās keramikas nanodaļiņas un neorganiskie polimēru materiāli apvienojas, veidojot keramikas infrasarkano staru slepenus materiālus, sava veida pārklājumu. Lai nodrošinātu efektīvu platjoslas elektromagnētisko viļņu absorbciju, neorganiskās keramikas nanodaļiņas tiek vienmērīgi izkliedētas neorganiskā polimēra matricā un rūpīgi kontrolētas.