Керамик бүтээгдэхүүний ирээдүйн хөгжлийн таван том үйлдвэр
Цахилгаан тээврийн хэрэгслийн үйлдвэрлэл
Хятадын Автомашин үйлдвэрлэгчдийн холбооны хамгийн сүүлийн үеийн тоо баримтаас үзвэл, 1-11-р сарын хооронд Хятад улс 6 сая 253 мянган ширхэг шинэ эрчим хүчний автомашин үйлдвэрлэж, 6 сая 670 мянган ширхэг шинэ эрчим хүчний автомашин үйлдвэрлэж, борлуулсан нь жилийн өмнөхөөс 100%-иар нэмэгдэж, зах зээлд эзлэх хувь 25%-д хүрсэн байна. Тухайн үед зах зээлээс хол давсан үйлдвэрлэл, борлуулалтын өсөлтийн зэрэгцээ шинэ эрчим хүчний тээврийн хэрэгслийн нэвтрэлт 36%-иас давж, өссөөр байна. Цахилгаан тээврийн хэрэгслийн технологи байнга хөгжиж байгаа нь түүний эд ангиудын загвар, материалыг солих ажлыг хурдасгаж байна. Шинэ эрчим хүчний цахилгаан тээврийн хэрэгслийг ашиглах нь өвөрмөц гүйцэтгэлийн давуу талуудын улмаас дэвшилтэт керамик материалыг бүрэн хамарсан.
Тэдгээрийн дотор HIP цахиурын нитрид агуулсан бөмбөлөг, өндөр дулаан дамжуулалт бүхий цахиурын нитридын субстратууд зонхилж байна.
01 Цахиурын нитридын холхивчийн HIP бөмбөг
Шинэ эрчим хүчний тээврийн хэрэгслийн мотор холхивч нь стандарт холхивчтой харьцуулахад өндөр эргэлтийн хурдтай тул бага нягтралтай, харьцангуй элэгдэлд тэсвэртэй материал шаарддаг. Цахиурын нитридын керамик холхивчийн хувьд бөмбөлгүүд нь холхивчийн систем дотор бага дулаан, үрэлтийг үүсгэдэг. Тодруулбал, цахиурын нитрид нь холхивчийн цахилгаан зэврэлтээс хамгаалж, тосолгооны материал, холхивчийн ашиглалтын хугацааг уртасгаж, улмаар холхивчийн эвдрэлийг үүсгэдэг байгалийн гаралтай цахилгаан тусгаарлагч юм. Энэ нь цахилгаан машин зэрэг янз бүрийн салбарт ашиглахад тохиромжтой.
Керамик холхивч нь цахилгаан хөтөчийн эрин үед ган бөмбөлөг холхивчийг улам бүр орлож байна. Цахиурын нитридын керамик бөмбөлөг тусгаарлагдсан холхивчийг дотоодын Xiaopeng P7, G9, Weilai ET7 болон бусад загваруудад ашигладаг. Жишээлбэл, Теслагийн ашигладаг моторын гаралтын босоо ам нь керамик холхивч, NSK-ийн зохион бүтээсэн эрлийз керамик холхивч, 50 цахиурын нитридын бөмбөлөгөөр хийсэн холхивчийн бөмбөлөгүүдийг ашигладаг.
Халуун изостатик шахалт (HIP) ба хийн даралтат шингэлэх (GPS) нь цахиурын нитридын керамик бөмбөлөг агломерын бэлтгэлийн хамгийн түгээмэл хоёр арга юм. Эдгээр хоёр арга нь олон орчинд байнга ашиглагддаг керамик бөмбөлөгүүдийг өгдөг. HIP цахиурын нитрид нь GPS-ийн цахиурын нитридээс илүү механик чанар, ядрах хугацааг уртасгадаг.
Одоогийн байдлаар гадаадын нэр хүндтэй пүүсүүд олон улсын зах зээлд эзлэх хувь, хөгжлийн чиг хандлагыг хэвээр хадгалсаар байгаа бол Япон, Европ, Америкийн корпорацууд дээд зэрэглэлийн керамик эдлэлийн үйлдвэрлэлд ноёрхсон хэвээр байна. 2015 онд манай улсад National Materials High-Tech Nitride Ceramics Co., Ltd компани байгуулагдсан.
Халуун изостатикаар дарагдсан цахиурын нитрид керамик бөмбөлөгүүдийг олноор үйлдвэрлэх технологид томоохон дэвшил гаргаж, Хятадад эдгээр материалын бөөнөөр үйлдвэрлэсэн анхны компани, Японы Toshiba болон АНУ-ын Kustec-ийн дараа орсон гурав дахь компани болов. Шведийн SKF, АНУ-ын Timken, Германы GMN, Испанийн Форса зэрэг орнуудад бүтээгдэхүүнээ тээвэрлэдэг. Цаашилбал, Sinoceramic Jinsheng болон бусад хүмүүс 1000 МПа гулзайлтын хүч чадал бүхий цахиурын нитрид агуулсан бөмбөлөг үүсгэхийн тулд харьцуулах аргыг ашигладаг.
02 Өндөр дулаан дамжилтын цахиурын нитридын керамик субстрат
Цахиурын нитридын керамик субстратыг голчлон цэвэр цахилгаан автомашин (EV) болон эрлийз цахилгаан тээврийн хэрэгслийн (HEV) эрчим хүчний нэгж, хагас дамжуулагч төхөөрөмж, инвертерт ашигладаг бөгөөд зах зээлийн асар их боломж, хэрэглээний хэтийн төлөвтэй байдаг.
Одоогийн байдлаар өндөр дулаан дамжуулалт бүхий цахиурын нитридийн керамик субстратын материалыг арилжааны зориулалтаар ашиглахад 650 МПа гулзайлтын бат бэх, 5-7 МПа·м1/2 хугарлын бат бөх чанар, 85 Вт/(м·К) дулаан дамжуулалт шаардлагатай байна. Toshiba Group, Hitachi Metals, Nippon Electric Chemical, Maruwa, Nippon Fine Ceramics зэрэг нь өндөр дулаан дамжуулалт бүхий цахиурын нитридын керамик субстратыг олноор үйлдвэрлэх хүчин чадалтай гол компаниуд юм.
Нэмж дурдахад цахиурын нитридын керамик субстратын материалын талаархи дотоодын судалгаанд тодорхой ахиц дэвшил гарсан. Бээжингийн Синома хиймэл болор судлалын хүрээлэн нь агнуурын арга, процессыг оновчтой болгосноор 700-800МПа гулзайлтын бат бэх, ≥8МПа·м1/2 хугарлын бат бөх, ≥Вт/м/К дулаан дамжуулалт бүхий цахиурын нитридын керамик субстратыг амжилттай бэлтгэсэн байна. Синома Өндөр Технологийн Нитрид Керамик ХХК-ийн Бээжин дэх салбарын туузан цутгах процессоор үйлдвэрлэсэн цахиурын нитридын керамик субстрат нь 100 Вт/(м·К) дулаан дамжуулалттай.
Шинэ эрчим хүчний автомашины нэр хүнд нэмэгдэж, хиймэл оюун ухаан (AI) хөгжсөний үр дүнд одоогийн байдлаар цахилгаан машинууд оюун ухаанд ойртож байна. Автомашины үйлдвэрлэгчид лидар сав баглаа боодлын материал, нүүрстөрөгчийн керамик тоормос, өндөр хүчин чадалтай MLCC, керамик дулаан дамжуулагч материал гэх мэт төрөл бүрийн керамик материалыг сонирхож байна.
Хагас дамжуулагчийн үйлдвэрлэл
"Нэг үеийн технологи, нэг үеийн процесс, нэг үеийн тоног төхөөрөмж" гэсэн аж үйлдвэрийн хууль нь хагас дамжуулагчийн үйлдвэрлэлийг зохицуулдаг бөгөөд нарийн эд ангиудын технологийн дэвшил нь хагас дамжуулагч төхөөрөмжийг шинэчлэх, давтахад маш чухал юм. Нарийвчлалтай керамик эд анги нь хагас дамжуулагч нарийн эд ангиудыг хамгийн их төлөөлөх материал юм. Эдгээрийг сийлбэр, химийн уурын хуримтлал, физик уурын хуримтлал, ион суулгац зэрэг хагас дамжуулагч үйлдвэрлэлийн хэд хэдэн үндсэн процесст ашигладаг. механик харьцах гар, цахилгаан статик ган, доторлогоо, чиглүүлэгч төмөр зам, холхивч гэх мэт. Энэ нь тогтворжуулах, хамгаалах, анхаарал сарниулах үүргийг гүйцэтгэдэг, ялангуяа төхөөрөмжийн хөндийд.
Хагас дамжуулагчийн үйлдвэрлэл Хагас дамжуулагчийн үйлдвэр нь "нэг үеийн технологи, нэг үеийн процесс, нэг үеийн тоног төхөөрөмж" гэсэн аж үйлдвэрийн хуулиар зохицуулагддаг бөгөөд хагас дамжуулагч машиныг шинэчлэх, давтахад нарийн эд ангиудын технологийг сайжруулах зайлшгүй шаардлагатай. Хагас дамжуулагч нарийн эд ангиудад ашигласан бүх материалаас нарийн керамик эд анги нь хамгийн их төлөөлөлтэй байдаг. Эдгээрийг хагас дамжуулагч үйлдвэрлэх бусад чухал процедурын дунд сийлбэр, химийн уурын хуримтлал, физик уурын хуримтлал, ион суулгацад ашигладаг. холхивч, доторлогоо, чиглүүлэгч төмөр зам, цахилгаан статик патрон, механик бариул зэрэг хэд хэдэн зүйлийг нэрлэж болно. Энэ нь ялангуяа тоног төхөөрөмжийн хөндийн доторх урсгалыг өөрчлөх, хамгаалах, тогтворжуулах үүрэг гүйцэтгэдэг.
Эрчим хүч хэмнэх, байгаль орчныг хамгаалах салбар
Үндэсний "хос нүүрстөрөгч"-ийн бодлогын удирдлаган дор бүх үйлдвэрүүд эрчим хүч хэмнэх, нүүрстөрөгчийн хийг бууруулах, бохирдлыг бууруулах, үр ашгийг дээшлүүлэх чиглэлээр шат дараатай хөгжиж байна. Ийм нөхцөлд керамик үйлдвэрлэл эрчим хүчний хэрэглээ, байгаль орчныг хамгаалах дарамттай тулгардаг ч керамик материалыг хөгжүүлэх шинэ боломжуудыг авчирдаг.
01 Керамик мембран
Уламжлалт шүүлтүүрээр ялгах технологийг орлуулахын тулд үндсэндээ керамик мембранаар мембран тусгаарлах технологийг процессын үйлдвэрлэл, тусгай ус цэвэршүүлэх талбарт шүүлтүүрээр ялгах, баяжуулах, цэвэршүүлэх, цэвэршүүлэх, бохирдлыг арилгах зэрэгт өндөр үр ашигтай ялгах процесс болгон ашиглаж байна.
Керамик хавтгай мембран
Тэдгээрийн дотроос нарийн төвөгтэй нөхцөлд байгаа шингэнийг өндөр үзүүлэлттэй керамик хавтгай мембран ашиглан шүүж, салгаж, цэвэрлэж болно. Температур, даралтын өндөр эсэргүүцэл, химийн хүчтэй тогтвортой байдал, шүүлтүүрийн өндөр үр ашиг, найдвартай байдал, ашиглалтын болон засвар үйлчилгээний зардал бага, ашиглалтын хугацааг уртасгах, амьдралын мөчлөгийн туршид байгаль орчинд ээлтэй байх зэрэг нь тэдний зарим шинж чанарууд юм. Энэ нь хотын бохир ус, тархсан ус цэвэршүүлэх, хар, үнэртэй ус цэвэрлэх, сэргээсэн усыг дахин ашиглах, аж үйлдвэрийн паркийн бохир ус цэвэрлэх зэрэгт өргөнөөр ашиглаж, сурталчилж байна. Энэ нь олон улсын өндөр хүчин чадалтай керамик тусгаарлагч мембраныг хөгжүүлэх үндсэн чиглэл бөгөөд зах зээлийн өргөн хүрээний хэтийн төлөвтэй.
Ус цэвэршүүлэхийн хажуугаар манай улсын агаарын бохирдлыг бууруулах асуудал ч мөн адил өрнөж байна. Байгаль орчинд ээлтэй ховор металлын ислийн системийн нано-денитрификация катализаторыг керамик шилэн нийлмэл мембран материалд ачиж, өндөр температурт хийг цэвэршүүлэх, тоосыг зайлуулах нэгдсэн функц бүхий шүүлтүүр элемент болох денитрификаци болон тоосыг зайлуулах өндөр температурт шилэн мембраныг бий болгодог.
02 Арогель
Супер дулаалгын материал болох аэрогелийн ногоон болон нүүрстөрөгчийн агууламж багатай өргөн цар хүрээтэй боловсруулалт нь аэрогелийн салбарыг хөгжүүлэхэд урьд өмнө сонсож байгаагүй боломжуудыг бий болгосон. Шинэ аэрогель технологийг ногоон үйлдвэрлэлийн өсөлттэй нэгтгэж, ногоон үйлдвэрлэл илүү хурдан хөгжиж буй чиг хандлагын дагуу илүү олон шинэ бүтээгдэхүүний хэрэглээг бий болгохоор төлөвлөж байна.
Аэргель нь маш бага нягтралтай, хэт өндөр сүвэрхэг, хугарлын илтгэгч бага, дулаан дамжуулалт бага, акустик эсэргүүцэл бага зэрэг ерөнхий хатуу материалд байдаггүй бусад шинж чанартай байдаг. Эдгээр шинж чанарууд нь дулаан тусгаарлалт, биоанагаах ухаан, дуу чимээ тусгаарлагч, шингээлт гэх мэт салбарт өргөн хэрэглээний хэтийн төлөвтэй болгодог бөгөөд зах зээлийн эрэлт хэрэгцээ асар их юм.
Биоанагаах ухааны салбар
Нийгэм хөгжиж, хүмүүсийн амьдрал сайжирч байгаа энэ үед хиймэл суулгац, эд эрхтнийг эмчилгээний зориулалтаар ашиглах нь нэмэгдсээр байна. Манай үндэстэнд зэвэрдэггүй ган, кобальтын хайлш зэрэг металуудыг механик болон хяналтын сайн чанарын улмаас ортопедийн эдгэрэлт, засварын ажилд удаан хугацаагаар ашиглаж ирсэн; Гэсэн хэдий ч тэдгээрийн био нийцтэй байдал дутмаг байна. Тиймээс илүү эрүүл, илүү нийцтэй бүрэх материал эсвэл биокерамикийн зах зээл, судалгаа эрчимтэй хөгжиж байна.
Хагаралд тэсвэртэй, элэгдэлд тэсвэртэй тул Al2O3, ZrO2, ZTA, Si3N4 зэрэг биоанагаах ухааны керамик болон холбогдох нийлмэл керамик материалыг мэс заслын даацын протез, шүдний имплант, яс орлуулагч зэрэгт ихэвчлэн ашигладаг. Цирконийн исэл нь гоо сайхан, бат бөх чанар сайтай тул гоо сайхны материалд байнга ашиглагддаг. шилэн керамик руу. Эдгээрээс цахиурын нитрид нь нян устгах үйлчилгээ, өөрөө тослох шинж чанарыг хослуулсан бөгөөд түүний суулгац нь удаан хугацааны тогтвортой биологийн тогтвортой байдлыг хангадаг.
2022 онд эмнэлгийн керамик материалын дэлхийн зах зээлийн хэмжээ ойролцоогоор 15 тэрбум доллар байх төлөвтэй байна. 2022 онд Хятадын эмнэлгийн керамик материалын зах зээл ойролцоогоор 4.5 тэрбум ам.доллар байх төлөвтэй байна. Тэдгээрийн дийлэнх хувийг хөнгөн цагааны керамик (60 орчим%) эзэлдэг. Цахиурын нитридийн керамик эдлэлийг ортопедийн суулгацад ашигладаг бол циркониа керамикийг шүдний эмчилгээнд голчлон ашигладаг.
Агаарын сансрын салбар
Керамикууд нь янз бүрийн хатуу ширүүн хэрэглээний нөхцөлд онцгой гүйцэтгэлээрээ байнга ялгардаг. Цэргийн болон сансар судлалын салбар нь дэвшилтэт керамик эдлэлийн хэрэглээний зах зээлд хамгийн их таалагддаг хоёр салбар юм. "Өндөр температурт тэсвэртэй" ба "далд" нь сансар огторгуйн үйлдвэрлэлийн керамик үйлдвэрлэлийн үндсэн хоёр шугам юм.
Цэргийн нисэхийн шинэ үеийн хөдөлгүүрүүд нь дан талст, дулааны хаалт бүрэх, идэвхтэй агаар хөргөх чадвар аажмаар шавхагдаж байгаа тул өндөр температурт тэсвэртэй шинэ бүтцийн материалын хэрэгцээ улам бүр нэмэгдэж байна. SiC/SiC-CMC нь өндөр температурт тэсвэртэй бүтцийн материалын шилдэг сонголтуудын нэг болсон. SiC/SiC-CMC нь ихэвчлэн цахиурын карбидын эслэгээр бэхждэг. SiC/SiC-CMC-ийн хамгийн чухал түүхий эд бол 1200°С-аас дээш температурт тэсвэртэй цахиур карбид эслэг бөгөөд судалгааны уралдаанд нисэхийн гүрнүүдийн анхаарлыг татсан юм.
Ихэвчлэн шингээгч (шингээгч) ба матриц материалаас (заримдаа холбогч гэж нэрлэдэг) бүрддэг бөгөөд шингээгч материалууд нь хамгийн чухал үл үзэгдэх материалуудын нэг юм. Цахиурын карбид нь олон зурваст шингээгч керамик материалыг бүтээхэд ашигладаг үндсэн бүрэлдэхүүн хэсэг юм; Органик бус керамик нано хэсгүүд болон органик бус полимер материалууд нэгдэж керамик хэт улаан туяаны үл үзэгдэх материалыг бүрдүүлдэг. Өргөн зурвасын цахилгаан соронзон долгионы шингээлтийг үр дүнтэй болгохын тулд органик бус керамик нано хэсгүүдийг органик бус полимер матрицад жигд тарааж, сайтар хянадаг.