सिरेमिक उत्पादनांच्या भविष्यातील विकासासाठी पाच प्रमुख उद्योग

इलेक्ट्रिक वाहनांसाठी उद्योग

 

चीनने जानेवारी ते नोव्हेंबर या कालावधीत अनुक्रमे ६.२५३ दशलक्ष आणि ६.०६७ दशलक्ष नवीन ऊर्जा कारचे उत्पादन आणि विक्री केली, जी वर्षानुवर्षे सुमारे १००% वाढली आहे, आणि २५% बाजारपेठेतील हिस्सा आहे, असे चायना असोसिएशन ऑफ ऑटोमोबाईल मॅन्युफॅक्चरर्सच्या ताज्या आकडेवारीनुसार म्हटले आहे. त्या काळात उत्पादन आणि विक्री वाढीसह, नवीन ऊर्जा वाहनांचा वापर ३६% पेक्षा जास्त झाला आहे आणि तो वाढतच आहे. इलेक्ट्रिक वाहन तंत्रज्ञान सतत विकसित होत आहे, ज्यामुळे त्याच्या घटक डिझाइन आणि साहित्याच्या बदलीला गती मिळाली आहे. नवीन ऊर्जा इलेक्ट्रिक वाहनांच्या वापराने त्यांच्या अद्वितीय कामगिरी फायद्यांमुळे प्रगत सिरेमिक साहित्य पूर्णपणे स्वीकारले आहे.

त्यापैकी, HIP सिलिकॉन नायट्राइड बेअरिंग बॉल आणि उच्च थर्मल चालकता असलेले सिलिकॉन नायट्राइड सब्सट्रेट्स प्रचलित आहेत.

 

 

सिलिकॉन नायट्राइड बेअरिंग्जसाठी ०१ HIP बॉल

नवीन ऊर्जा वाहनांसाठी असलेल्या मोटर बेअरिंग्जना कमी घनता आणि तुलनेने जास्त पोशाख-प्रतिरोधक साहित्याची आवश्यकता असते कारण मानक बेअरिंग्जच्या तुलनेत त्यांचा रोटेशन दर जास्त असतो. सिलिकॉन नायट्राइड सिरेमिक बेअरिंग्जमध्ये, बॉल बेअरिंग सिस्टममध्ये कमी उष्णता आणि घर्षण निर्माण करतात. विशेषतः, सिलिकॉन नायट्राइड हे नैसर्गिकरित्या उद्भवणारे इलेक्ट्रिकल इन्सुलेटर आहे जे बेअरिंग डिस्चार्जपासून होणारे इलेक्ट्रिकल गंज रोखू शकते, स्नेहक आणि बेअरिंग्जचे आयुष्य वाढवू शकते आणि अखेरीस बेअरिंग बिघाड होऊ शकते. इलेक्ट्रिक कारसह विविध क्षेत्रांमध्ये वापरण्यासाठी हे आदर्श आहे.

 

इलेक्ट्रिक ड्राइव्हच्या युगात स्टील बॉल बेअरिंग्जची जागा सिरेमिक बेअरिंग्ज वाढत्या प्रमाणात घेत आहेत. घरगुती झियाओपेंग पी७, जी९, वेईलाई ईटी७ आणि इतर मॉडेल्समध्ये सिलिकॉन नायट्राइड सिरेमिक बॉल इन्सुलेटेड बेअरिंग्ज वापरली जातात. उदाहरणार्थ, टेस्लाने वापरलेल्या मोटरच्या आउटपुट शाफ्टमध्ये सिरेमिक बेअरिंग्ज, एनएसकेने डिझाइन केलेले हायब्रिड सिरेमिक बेअरिंग्ज आणि ५० सिलिकॉन नायट्राइड बॉलपासून बनवलेले बेअरिंग बॉल वापरले जातात.

सिलिकॉन नायट्राइड सिरेमिक बॉल सिंटरिंगसाठी हॉट आयसोस्टॅटिक प्रेसिंग (HIP) आणि गॅस प्रेशर सिंटरिंग (GPS) ही दोन सर्वात लोकप्रिय तयारी तंत्रे आहेत. या दोन पद्धतींमधून सिरेमिक बॉल मिळतात जे अनेक सेटिंग्जमध्ये वारंवार वापरले जातात. HIP सिलिकॉन नायट्राइड GPS सिलिकॉन नायट्राइडपेक्षा उत्कृष्ट यांत्रिक गुण आणि जास्त थकवा देणारे आयुष्य प्रदान करते.

सध्या, सुप्रसिद्ध परदेशी कंपन्या आंतरराष्ट्रीय बाजारपेठेतील वाटा आणि विकासाच्या दिशेने नियंत्रण ठेवत आहेत, तर जपानी, युरोपियन आणि अमेरिकन कंपन्या उच्च दर्जाच्या सिरेमिक बेअरिंग वस्तूंच्या उत्पादनात वर्चस्व गाजवत आहेत. २०१५ मध्ये माझ्या देशात नॅशनल मटेरियल्स हाय-टेक नायट्राइड सिरेमिक्स कंपनी लिमिटेडची स्थापना झाली.

हॉट आयसोस्टॅटिकली प्रेस्ड सिलिकॉन नायट्राइड सिरेमिक बॉल्सचे मोठ्या प्रमाणात उत्पादन करण्याच्या तंत्रज्ञानात लक्षणीय प्रगती केली आहे, ज्यामुळे या पदार्थांचे मोठ्या प्रमाणात उत्पादन करणारी ती चीनमधील पहिली कंपनी बनली आहे आणि जपानमधील तोशिबा आणि युनायटेड स्टेट्समधील कुस्टेक नंतर एकूण तिसरी कंपनी आहे. स्वीडनमधील एसकेएफ, अमेरिकेतील टिमकेन, जर्मनीतील जीएमएन आणि स्पेनमधील फोर्सा हे ज्या देशांमध्ये त्यांची उत्पादने पाठवली जातात त्यापैकी आहेत. शिवाय, सिनोसेरामिक जिनशेंग आणि इतरांकडून १००० एमपीए बेंडिंग स्ट्रेंथसह सिलिकॉन नायट्राइड बेअरिंग बॉल्स तयार करण्यासाठी तुलनात्मक पद्धती वापरल्या जातात.

 

 

०२ उच्च औष्णिक चालकता सिलिकॉन नायट्राइड सिरेमिक सब्सट्रेट

सिलिकॉन नायट्राइड सिरेमिक सब्सट्रेट्स प्रामुख्याने शुद्ध इलेक्ट्रिक वाहने (EV) आणि हायब्रिड इलेक्ट्रिक वाहने (HEV) च्या पॉवर युनिट्स, सेमीकंडक्टर डिव्हाइसेस आणि इन्व्हर्टरमध्ये वापरले जातात आणि त्यांच्याकडे प्रचंड बाजारपेठ क्षमता आणि अनुप्रयोग संभावना आहेत.

सध्या, उच्च थर्मल चालकता असलेल्या सिलिकॉन नायट्राइड सिरेमिक सब्सट्रेट मटेरियलच्या व्यावसायिक वापरासाठी 650 MPa ची वाकण्याची ताकद, 5-7 MPa·m1/2 ची फ्रॅक्चर कडकपणा आणि 85 W/(m·K) ची थर्मल चालकता आवश्यक आहे. तोशिबा ग्रुप, हिताची मेटल्स, निप्पॉन इलेक्ट्रिक केमिकल, मारुवा आणि निप्पॉन फाइन सिरेमिक्स या उच्च थर्मल चालकता असलेल्या सिलिकॉन नायट्राइड सिरेमिक सब्सट्रेटचे मोठ्या प्रमाणात उत्पादन करण्याची क्षमता असलेल्या प्राथमिक कंपन्या आहेत.

 

याव्यतिरिक्त, सिलिकॉन नायट्राइड सिरेमिक सब्सट्रेट मटेरियलवरील देशांतर्गत संशोधनात काही प्रगती झाली आहे. सिंटरिंग पद्धत आणि प्रक्रिया ऑप्टिमाइझ करून, बीजिंग सिनोमा आर्टिफिशियल क्रिस्टल रिसर्च इन्स्टिट्यूट कंपनी लिमिटेडने ७००-८००MPa ची वाकण्याची शक्ती, ≥८MPa·m1/2 ची फ्रॅक्चर कडकपणा आणि ≥८०W/(m·K) ची थर्मल चालकता असलेला सिलिकॉन नायट्राइड सिरेमिक सब्सट्रेट यशस्वीरित्या तयार केला आहे. सिनोमा हाय-टेक नायट्राइड सिरेमिक्स कंपनी लिमिटेडच्या बीजिंग शाखेने टेप कास्टिंग प्रक्रियेचा वापर करून उत्पादित केलेल्या सिलिकॉन नायट्राइड सिरेमिक सब्सट्रेटची थर्मल चालकता १०० W/(m·K) आहे.

 

नवीन ऊर्जा वाहनांची वाढती लोकप्रियता आणि कृत्रिम बुद्धिमत्ता (एआय) च्या विकासामुळे इलेक्ट्रिक वाहने सध्या बुद्धिमत्तेच्या जवळ जात आहेत. ऑटोमोबाईल उत्पादकांनी लिडार पॅकिंग मटेरियल, कार्बन सिरेमिक ब्रेक्स, उच्च-क्षमता एमएलसीसी, सिरेमिक थर्मल कंडक्टिव्ह मटेरियल इत्यादींसह विविध सिरेमिक मटेरियलमध्ये रस दाखवला आहे.

 

अर्धवाहकांचे उत्पादन

"तंत्रज्ञानाची एक पिढी, प्रक्रियेची एक पिढी, उपकरणांची एक पिढी" हा औद्योगिक कायदा अर्धवाहक उद्योगाचे नियमन करतो आणि अर्धवाहक उपकरणांच्या आधुनिकीकरण आणि पुनरावृत्तीसाठी अचूक भाग तंत्रज्ञानातील प्रगती महत्त्वपूर्ण आहे. अर्धवाहक अचूक भागांसाठी अचूक सिरेमिक भाग हे सर्वात प्रतिनिधित्व करणारे साहित्य आहेत. ते अनेक प्रमुख अर्धवाहक उत्पादन प्रक्रियांमध्ये वापरले जातात, ज्यात एचिंग, रासायनिक वाष्प निक्षेपण, भौतिक वाष्प निक्षेपण आणि आयन इम्प्लांटेशन यांचा समावेश आहे. जसे की यांत्रिक हाताळणी शस्त्रे, इलेक्ट्रोस्टॅटिक चक, लाइनर, मार्गदर्शक रेल आणि बेअरिंग्ज, इतर. ते स्थिरीकरण, संरक्षण आणि विचलनाची भूमिका बजावते, विशेषतः उपकरणांच्या पोकळीत.

 

अर्धवाहकांचे उत्पादन अर्धवाहक उद्योग "तंत्रज्ञानाची एक पिढी, प्रक्रियेची एक पिढी, उपकरणांची एक पिढी" या औद्योगिक कायद्याद्वारे नियंत्रित केला जातो आणि अर्धवाहक यंत्रसामग्रीच्या आधुनिकीकरण आणि पुनरावृत्तीसाठी अचूक भाग तंत्रज्ञानातील सुधारणा आवश्यक आहेत. अर्धवाहक अचूक भागांसाठी वापरल्या जाणाऱ्या सर्व साहित्यांपैकी, अचूक सिरेमिक भाग सर्वात प्रतिनिधी आहेत. ते एचिंग, रासायनिक वाष्प निक्षेपण, भौतिक वाष्प निक्षेपण आणि आयन इम्प्लांटेशनमध्ये वापरले जातात, इतर महत्त्वाच्या अर्धवाहक उत्पादन प्रक्रियांमध्ये जसे की बेअरिंग्ज, लाइनर्स, मार्गदर्शक रेल, इलेक्ट्रोस्टॅटिक चक आणि यांत्रिक हाताळणी शस्त्रे, काही नावे सांगायची तर. ते वळवणे, संरक्षण आणि स्थिरीकरण म्हणून काम करते, विशेषतः उपकरणांच्या पोकळीच्या आत.

 

 

ऊर्जा बचत आणि पर्यावरण संरक्षण उद्योग

राष्ट्रीय "दुहेरी कार्बन" धोरणाच्या मार्गदर्शनाखाली, सर्व उद्योग हळूहळू ऊर्जा बचत, कार्बन कमी करणे, प्रदूषण कमी करणे आणि कार्यक्षमता सुधारण्याच्या दिशेने विकसित होत आहेत. या पार्श्वभूमीवर, सिरेमिक उद्योगाला ऊर्जेचा वापर आणि पर्यावरण संरक्षणाच्या दबावांना तोंड द्यावे लागते, परंतु ते सिरेमिक साहित्यासाठी नवीन विकासाच्या संधी देखील आणते.

 

 

०१ सिरेमिक पडदा

पारंपारिक गाळणी पृथक्करण तंत्रज्ञानाची जागा घेण्यासाठी, सिरेमिक पडदा असलेल्या पडदा पृथक्करण तंत्रज्ञानाचा वापर सध्या प्रामुख्याने प्रक्रिया उद्योगात उच्च-कार्यक्षमतेचे पृथक्करण प्रक्रिया म्हणून केला जातो आणि गाळणी पृथक्करण, एकाग्रता आणि शुद्धीकरण, आणि शुद्धीकरण आणि अशुद्धता काढून टाकण्यासाठी विशेष जल उपचार क्षेत्रे वापरली जातात.

सिरेमिक फ्लॅट पडदा

त्यापैकी, जटिल सेटिंग्जमधील द्रवपदार्थ उच्च-कार्यक्षमता असलेल्या सिरेमिक फ्लॅट मेम्ब्रेनचा वापर करून फिल्टर, वेगळे आणि शुद्ध केले जाऊ शकतात. उच्च तापमान आणि दाब प्रतिरोधकता, मजबूत रासायनिक स्थिरता, उच्च फिल्टरिंग कार्यक्षमता, चांगली विश्वासार्हता, कमी ऑपरेटिंग आणि देखभाल खर्च, विस्तारित सेवा आयुष्य आणि संपूर्ण जीवनचक्रात पर्यावरण मित्रत्व हे त्यांचे काही गुणधर्म आहेत. महानगरपालिका सांडपाणी, वितरित पाणी प्रक्रिया, काळ्या आणि दुर्गंधीयुक्त पाणी प्रक्रिया, पुनर्प्राप्त पाण्याचा पुनर्वापर आणि औद्योगिक पार्क सांडपाणी प्रक्रिया या क्षेत्रात याचा मोठ्या प्रमाणावर वापर आणि प्रचार केला गेला आहे. आंतरराष्ट्रीय उच्च-कार्यक्षमता असलेल्या सिरेमिक सेपरेशन मेम्ब्रेनच्या क्षेत्रातील ही प्राथमिक विकास दिशा आहे आणि बाजारपेठेतील विस्तृत शक्यता आहेत.

पाण्याच्या प्रक्रियेसोबतच, माझ्या देशात वायू प्रदूषण व्यवस्थापन देखील क्षितिजावर आहे. पर्यावरणपूरक दुर्मिळ पृथ्वी-धातू ऑक्साईड प्रणाली नॅनो-डेनिट्रिफिकेशन उत्प्रेरक सिरेमिक फायबर कंपोझिट मेम्ब्रेन मटेरियलवर लोड केले जाते जे डिनायट्रिफिकेशन आणि धूळ काढण्यासाठी उच्च-तापमान फायबर मेम्ब्रेन तयार करण्यासाठी सपोर्ट बॉडी म्हणून वापरले जाते, एकात्मिक डिनायट्रिफिकेशन आणि धूळ काढण्याची कार्ये असलेले फिल्टर घटक जे उच्च तापमान परिस्थितीत वायूचे थेट शुद्धीकरण साध्य करू शकते.

 

 

०२ एअरजेल

एअरजेल, एक सुपर इन्सुलेटिंग मटेरियल, च्या व्यापक हिरव्या आणि कमी-कार्बन विकासामुळे एअरजेल क्षेत्राच्या वाढीसाठी आतापर्यंत अभूतपूर्व क्षमता निर्माण झाली आहे. नवीन एअरजेल तंत्रज्ञानाला हरित उत्पादनाच्या वाढीसह एकत्रित केले जाण्याची अपेक्षा आहे जेणेकरून हरित उद्योगांच्या जलद विकासाच्या ट्रेंडनुसार अधिक नवीन उत्पादन अनुप्रयोग तयार होतील.

 

एअरजेलमध्ये अत्यंत कमी घनता, अति-उच्च सच्छिद्रता, कमी अपवर्तन निर्देशांक, कमी थर्मल चालकता, कमी ध्वनिक प्रतिबाधा आणि इतर वैशिष्ट्ये आहेत जी सामान्य घन पदार्थांमध्ये नसतात. या वैशिष्ट्यांमुळे थर्मल इन्सुलेशन, बायोमेडिसिन, ध्वनी इन्सुलेशन, शोषण इत्यादी क्षेत्रात त्याचा वापर करण्याची उत्तम शक्यता आहे आणि बाजारपेठेतील मागणीची क्षमता प्रचंड आहे.

 

 

बायोमेडिसिन उद्योग

समाज विकसित होत असताना आणि लोकांचे जीवन चांगले होत असताना उपचारात्मक सेटिंग्जमध्ये अधिकाधिक कृत्रिम रोपण आणि अवयव वापरले जातील. माझ्या देशात, स्टेनलेस स्टील आणि कोबाल्ट मिश्र धातुंसारख्या धातूंचा वापर त्यांच्या उत्कृष्ट यांत्रिक आणि नियंत्रण गुणांमुळे ऑर्थोपेडिक उपचार आणि दुरुस्तीसाठी बराच काळ केला जात आहे; तरीही, त्यांची जैव सुसंगतता कमी आहे. परिणामी, निरोगी आणि अधिक सुसंगत असलेल्या कोटिंग मटेरियल किंवा बायोसेरामिक्ससाठी बाजारपेठ आणि संशोधन वेगाने विस्तारत आहे.

त्यांच्या अपवादात्मक फ्रॅक्चर कडकपणा आणि पोशाख प्रतिरोधकतेमुळे, Al2O3, ZrO2, ZTA, Si3N4 सारखे बायोमेडिकल सिरेमिक आणि संबंधित संमिश्र सिरेमिक साहित्य वारंवार सर्जिकल लोड-बेअरिंग प्रोस्थेसिस, डेंटल इम्प्लांट्स, हाडांच्या पर्यायांमध्ये वापरले जातात. झिरकोनियम ऑक्साईड त्याच्या चांगल्या कामगिरी आणि सौंदर्यामुळे दंत पुनर्संचयित सामग्रीमध्ये वारंवार वापरले जाते, परंतु त्याची ताकद काचेच्या सिरेमिकमुळे आहे. यापैकी, सिलिकॉन नायट्राइड जीवाणूनाशक प्रभाव आणि स्वयं-स्नेहन गुणधर्म एकत्र करते आणि त्याच्या इम्प्लांटमध्ये दीर्घकालीन स्थिर जैविक स्थिरता असते.

२०२२ मध्ये, वैद्यकीय सिरेमिक साहित्याच्या जागतिक बाजारपेठेचा आकार सुमारे १५ अब्ज अमेरिकन डॉलर्स असण्याचा अंदाज आहे. २०२२ मध्ये, चीनमधील वैद्यकीय सिरेमिक साहित्याच्या बाजारपेठेचा अंदाजे ४.५ अब्ज अमेरिकन डॉलर्स इतका असण्याची अपेक्षा आहे. त्यापैकी, अॅल्युमिना सिरेमिक बहुतेक (सुमारे ६०%) बनवतात. सिलिकॉन नायट्राइड सिरेमिकचा वापर ऑर्थोपेडिक इम्प्लांटसाठी केला जातो, तर झिरकोनिया सिरेमिकचा वापर प्रामुख्याने दंतचिकित्सामध्ये केला जातो.

 

 

अवकाश क्षेत्र

विविध प्रकारच्या कठीण अनुप्रयोग परिस्थितीत सिरेमिक त्यांच्या अपवादात्मक कामगिरीसाठी सातत्याने वेगळे दिसतात. लष्करी आणि एरोस्पेस उद्योग हे प्रगत सिरेमिकसाठी सर्वात जास्त पसंतीचे अनुप्रयोग बाजारपेठ आहेत. "उच्च तापमान प्रतिरोध" आणि "स्टील्थ" हे एरोस्पेस उद्योगातील दोन प्राथमिक सिरेमिक विकास ओळी आहेत.

 

नवीन पिढीच्या लष्करी विमान इंजिनांना नवीन उच्च-तापमान प्रतिरोधक संरचनात्मक साहित्याची आवश्यकता वाढत आहे कारण सिंगल क्रिस्टल्स, थर्मल बॅरियर कोटिंग्ज आणि सक्रिय एअर कूलिंगची क्षमता हळूहळू कमी होत आहे. उच्च-तापमान प्रतिरोधक संरचनात्मक साहित्यांसाठी SiC/SiC-CMC हा एक सर्वोत्तम पर्याय म्हणून उदयास आला आहे. SiC/SiC-CMC मोठ्या प्रमाणात सिलिकॉन कार्बाइड फायबरद्वारे मजबूत आणि कडक केले जाते. SiC/SiC-CMC साठी सर्वात महत्वाचा कच्चा माल म्हणजे सिलिकॉन कार्बाइड फायबर, ज्याचा तापमान प्रतिकार १२००°C पेक्षा जास्त आहे आणि संशोधन स्पर्धेत विमान वाहतूक शक्तींचे लक्ष वेधून घेतले आहे.

 

 

सामान्यतः शोषक माध्यम (शोषक) आणि मॅट्रिक्स मटेरियल (कधीकधी बाईंडर म्हणून ओळखले जाणारे) असलेले, शोषक मटेरियल हे सर्वात महत्वाचे स्टिल्थ मटेरियल असतात. सिलिकॉन कार्बाइड हा मल्टी-बँड शोषक सिरेमिक मटेरियल तयार करण्यासाठी वापरला जाणारा प्राथमिक घटक आहे; अजैविक सिरेमिक नॅनोपार्टिकल्स आणि अजैविक पॉलिमर मटेरियल एकत्रितपणे सिरेमिक इन्फ्रारेड स्टिल्थ मटेरियल तयार करतात, एक प्रकारचा कोटिंग. प्रभावी ब्रॉडबँड इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक वेव्ह शोषण तयार करण्यासाठी, अजैविक सिरेमिक नॅनोपार्टिकल्स एका अजैविक पॉलिमर मॅट्रिक्समध्ये एकसमानपणे विखुरलेले असतात आणि काळजीपूर्वक नियंत्रित केले जातात.