Vijf belangrijke industrieën voor de toekomstige ontwikkeling van keramische producten

Industrie voor elektrische voertuigen

 

China produceerde en verkocht tussen januari en november respectievelijk 6,253 miljoen en 6,067 miljoen nieuwe energieauto's, een stijging van ongeveer 100% op jaarbasis, met een marktaandeel van 25%, volgens de meest recente cijfers van de China Association of Automobile Manufacturers. Naast een productie- en verkoopgroei die de markt in die periode ver overtrof, heeft de penetratie van nieuwe energievoertuigen de 36% overschreden en blijft deze stijgen. De technologie voor elektrische voertuigen is voortdurend in ontwikkeling, wat de vervanging van componentontwerpen en materialen heeft versneld. Het gebruik van nieuwe energie-elektrische voertuigen heeft geavanceerde technologieën volledig omarmd. Keramische materialen vanwege hun unieke prestatievoordelen.

Onder deze typen zijn HIP-kogellagers van siliciumnitride en substraten van siliciumnitride met een hoge thermische geleidbaarheid het populairst.

 

 

01 HIP-ballen voor siliciumnitridelagers

Motorlagers voor voertuigen met nieuwe energie vereisen materialen met een lagere dichtheid en relatief slijtvaster materiaal vanwege hun hogere rotatiesnelheden in vergelijking met standaardlagers. In keramische lagers van siliciumnitride produceren de kogels minder warmte en wrijving in het lagersysteem. Siliciumnitride is met name een natuurlijk voorkomende elektrische isolator die elektrische corrosie door lagerontlading kan voorkomen, de levensduur van smeermiddelen en lagers kan verlengen en uiteindelijk lagerschade kan veroorzaken. Het is ideaal voor gebruik in diverse sectoren, waaronder elektrische auto's.

 

Keramische lagers vervangen in het tijdperk van elektrische aandrijvingen steeds vaker stalen kogellagers. Keramische kogellagers met siliciumnitride worden gebruikt in de Chinese Xiaopeng P7, G9, Weilai ET7 en andere modellen. Zo maakt de uitgaande as van de Tesla-motor gebruik van keramische lagers, hybride keramische lagers ontworpen door NSK en lagerkogels gemaakt van 50 siliciumnitridekogels.

Heet isostatisch persen (HIP) en gasdruk Sinteren (GPS) zijn de twee meest populaire voorbereidende technieken voor het sinteren van keramische ballen met siliciumnitride. Deze twee methoden leveren keramische ballen op die veelvuldig worden gebruikt in diverse omgevingen. HIP-siliciumnitride biedt superieure mechanische eigenschappen en een langere vermoeiingslevensduur dan GPS-siliciumnitride.

Momenteel zijn het nog steeds bekende buitenlandse bedrijven die het internationale marktaandeel controleren en zich ontwikkelen.P.mrichting, terwijl Japanse, Europese en Amerikaanse bedrijven de productie van hoogwaardige keramische lagerproducten blijven domineren. In 2015 werd National Materials High-Tech Nitride Ceramics Co., Ltd. in mijn land opgericht.

heeft een aanzienlijke vooruitgang geboekt in de technologie voor de massaproductie van hete, isostatisch geperste keramische kogels van siliciumnitride. Daarmee is het het eerste bedrijf in China dat deze materialen massaal produceert en het derde bedrijf in totaal, na Toshiba in Japan en Kustec in de Verenigde Staten. SKF in Zweden, Timken in de VS, GMN in Duitsland en Forsa in Spanje behoren tot de landen waarnaar de producten worden verzonden. Bovendien gebruiken Sinoceramic Jinsheng en anderen vergelijkbare methoden om kogels van siliciumnitride te maken met een buigsterkte van 1000 MPa.

 

 

02 Siliciumnitride keramisch substraat met hoge thermische geleidbaarheid

Keramische substraten van siliciumnitride worden voornamelijk gebruikt in de energiecentrales, halfgeleiderapparaten en omvormers van volledig elektrische voertuigen (EV) en hybride elektrische voertuigen (HEV). Ze hebben een enorm marktpotentieel en veel toepassingsmogelijkheden.

Momenteel zijn een buigsterkte van 650 MPa, een breuktaaiheid van 5-7 MPa·m² en een thermische geleidbaarheid van 85 W/(m·K) vereist voor commercieel gebruik van siliciumnitridekeramische substraatmaterialen met een hoge thermische geleidbaarheid. De Toshiba Group, Hitachi Metals, Nippon Electric Chemical, Maruwa en Nippon Fine Ceramics zijn de belangrijkste bedrijven die de capaciteit bezitten om siliciumnitridekeramische substraten met een hoge thermische geleidbaarheid in massa te produceren.

 

Daarnaast is er enige vooruitgang geboekt in het binnenlandse onderzoek naar siliciumnitride keramische substraatmaterialen. Door de sintermethode en het sinterproces te optimaliseren, heeft het Beijing Sinoma Artificial Crystal Research Institute Co., Ltd. met succes een siliciumnitride keramisch substraat geproduceerd met een buigsterkte van 700-800 MPa, een breuktaaiheid van ≥ 8 MPa·m² en een thermische geleidbaarheid van ≥ 80 W/(m·K). Het siliciumnitride keramische substraat, geproduceerd door de Beijing-vestiging van Sinoma High-Tech Nitride Ceramics Co., Ltd. met behulp van het tapegietproces, heeft een thermische geleidbaarheid van 100 W/(m·K).

 

Elektrische voertuigen komen steeds dichter bij intelligentie dankzij de groeiende populariteit van nieuwe energievoertuigen en de ontwikkeling van kunstmatige intelligentie (AI). Autofabrikanten hebben ook interesse getoond in diverse keramische materialen, waaronder lidarpakkingen, koolstofkeramische remmen, MLCC met hoge capaciteit, keramische warmtegeleidende materialen, enzovoort.

 

Productie van halfgeleiders

De industriële wet van "één generatie technologie, één generatie proces, één generatie apparatuur" is van toepassing op de halfgeleiderindustrie, en vooruitgang in de technologie voor precisieonderdelen is cruciaal voor de modernisering en iteratie van halfgeleiderapparatuur. Precisiekeramische onderdelen zijn de meest representatieve materialen voor precisieonderdelen in de halfgeleiderindustrie. Ze worden gebruikt in een aantal belangrijke halfgeleiderproductieprocessen, waaronder etsen, chemische dampdepositie, fysische dampdepositie en ionenimplantatie, zoals mechanische hanteringsarmen, elektrostatische klauwplaten, liners, geleiderails en lagers. Het vervult de rol van stabilisatie, verdediging en afleiding, met name in de apparatuurholte.

 

Productie van halfgeleiders De halfgeleiderindustrie wordt beheerst door de industriële wet van "één generatie technologie, één generatie proces, één generatie apparatuur". Verbeteringen in de technologie voor precisieonderdelen zijn essentieel voor de modernisering en iteratie van halfgeleidermachines. Van alle materialen die worden gebruikt voor precisieonderdelen voor halfgeleiders, zijn keramische precisieonderdelen het meest representatief. Ze worden gebruikt bij etsen, chemische dampdepositie, fysische dampdepositie en ionenimplantatie, naast andere belangrijke halfgeleiderproductieprocessen, zoals lagers, voeringen, geleiderails, elektrostatische klauwplaten en mechanische hanteringsarmen, om er maar een paar te noemen. Ze dienen als afleiding, verdediging en stabilisatie, met name in de apparatuurholte.

 

 

Energiebesparende en milieuvriendelijke industrie

Onder leiding van het nationale "dubbele koolstof"-beleid ontwikkelen alle industrieën zich geleidelijk in de richting van energiebesparing, koolstofreductie, vervuilingsreductie en efficiëntieverbetering. Tegen deze achtergrond kampt de keramische industrie met een druk op het gebied van energieverbruik en milieubescherming, maar biedt het ook nieuwe ontwikkelingsmogelijkheden voor keramische materialen.

 

 

01 Keramisch membraan

Ter vervanging van de conventionele filtratiescheidingstechnologie wordt momenteel voornamelijk membraanscheidingstechnologie met keramische membranen als kern gebruikt als een zeer efficiënt scheidingsproces in de procesindustrie en speciale waterzuiveringssectoren voor filtratiescheiding, concentratie en zuivering en voor zuivering en verwijdering van onzuiverheden.

Keramisch vlak membraan

Vloeistoffen in complexe omgevingen kunnen worden gefilterd, gescheiden en gezuiverd met behulp van hoogwaardige keramische vlakke membranen. Hoge temperatuur- en drukbestendigheid, sterke chemische stabiliteit, hoge filterefficiëntie, goede betrouwbaarheid, lage bedrijfs- en onderhoudskosten, een langere levensduur en milieuvriendelijkheid gedurende de gehele levenscyclus zijn enkele van hun kenmerken. Het wordt op grote schaal gebruikt en gepromoot in de sectoren gemeentelijk rioolwater, decentrale waterzuivering, de behandeling van zwart en geurwater, hergebruik van teruggewonnen water en de behandeling van afvalwater van industriële parken. Het is de belangrijkste ontwikkelingsrichting op het gebied van hoogwaardige keramische scheidingsmembranen op internationaal niveau en heeft een breed marktperspectief.

Naast waterzuivering staat ook de bestrijding van luchtverontreiniging in mijn land op de agenda. De milieuvriendelijke nano-denitrificatiekatalysator met zeldzame aardmetalenoxide wordt als dragermateriaal op een keramisch vezelcomposietmembraan geplaatst om een ​​hogetemperatuurvezelmembraan te creëren voor denitrificatie en stofverwijdering, een filterelement met geïntegreerde denitrificatie- en stofverwijderingsfuncties dat directe gaszuivering onder hoge temperaturen mogelijk maakt.

 

 

02 Aerogel

De uitgebreide groene en koolstofarme ontwikkeling van aerogel, een superisolerend materiaal, heeft een tot nu toe ongekend potentieel gecreëerd voor de groei van de aerogelsector. Verwacht wordt dat de nieuwe aerogeltechnologie geïntegreerd zal worden met de groei van groene productie om meer nieuwe producttoepassingen te creëren, in lijn met de trend dat groene industrieën zich sneller ontwikkelen.

 

Aerogel heeft een extreem lage dichtheid, een extreem hoge porositeit, een lage brekingsindex, een lage thermische geleidbaarheid, een lage akoestische impedantie en andere eigenschappen die gewone vaste materialen niet hebben. Deze eigenschappen maken het zeer geschikt voor toepassingen in thermische isolatie, biomedische toepassingen, geluidsisolatie, adsorptie, enz., en de potentiële vraag op de markt is enorm.

 

 

Biomedische industrie

Naarmate de maatschappij zich ontwikkelt en het leven van mensen verbetert, zullen steeds meer kunstmatige implantaten en organen in therapeutische settings worden gebruikt. In mijn land worden metalen zoals roestvrij staal en kobaltlegeringen al lang gebruikt voor orthopedische genezing en reparatie vanwege hun superieure mechanische en regeltechnische eigenschappen; hun biocompatibiliteit laat echter te wensen over. Hierdoor breidt de markt en het onderzoek naar gezondere en beter compatibele coatingmaterialen of biokeramiek zich snel uit.

Vanwege hun uitzonderlijke breuktaaiheid en slijtvastheid worden biomedische keramische materialen zoals Al2O3, ZrO2, ZTA, Si3N4 en verwante composietkeramische materialen vaak gebruikt in chirurgische dragende prothesen, tandheelkundige implantaten, botvervangers, enz. Zirkoniumoxide wordt vaak gebruikt in tandheelkundige restauratiematerialen vanwege de goede prestaties en schoonheid, maar de sterkte is te danken aan glaskeramiek. Siliciumnitride combineert een bacteriedodende werking met zelf-smerende eigenschappen, waardoor het implantaat een langdurige, stabiele biologische stabiliteit heeft.

In 2022 zal de wereldwijde markt voor medisch-keramische materialen naar verwachting ongeveer 15 miljard dollar bedragen. In 2022 zal de markt voor medisch-keramische materialen in China naar verwachting ongeveer 4,5 miljard dollar waard zijn. Aluminiumoxidekeramiek vormt hiervan het grootste deel (ongeveer 60%). Siliciumnitridekeramiek wordt gebruikt voor orthopedische implantaten, terwijl zirkoniumkeramiek voornamelijk in de tandheelkunde wordt gebruikt.

 

 

De lucht- en ruimtevaartsector

Keramiek onderscheidt zich consequent door zijn uitzonderlijke prestaties in uiteenlopende zware toepassingssituaties. De militaire en lucht- en ruimtevaartindustrie zijn twee van de meest geliefde toepassingsmarkten voor geavanceerde keramiek. "Hoge temperatuurbestendigheid" en "stealth" zijn de twee belangrijkste keramische ontwikkelingslijnen in de lucht- en ruimtevaartindustrie.

 

De nieuwe generatie militaire vliegtuigmotoren heeft een toenemende behoefte aan nieuwe hittebestendige constructiematerialen, aangezien de mogelijkheden van monokristallen, thermische barrièrecoatings en actieve luchtkoeling geleidelijk afnemen. SiC/SiC-CMC is uitgegroeid tot een van de beste opties voor hittebestendige constructiematerialen. SiC/SiC-CMC wordt grotendeels versterkt en gehard door siliciumcarbidevezels. De belangrijkste grondstof voor SiC/SiC-CMC is siliciumcarbidevezel, die een temperatuurbestendigheid heeft van meer dan 1200 °C en de aandacht heeft getrokken van luchtvaartmachten in een onderzoekswedstrijd.

 

 

Absorberende materialen bestaan ​​doorgaans uit een absorberend medium (absorberend materiaal) en een matrixmateriaal (ook wel bindmiddel genoemd) en behoren tot de meest cruciale stealth-materialen. Siliciumcarbide is het belangrijkste ingrediënt voor multiband absorberende keramische materialen; anorganische keramische nanodeeltjes en anorganische polymeermaterialen vormen samen keramische infrarood stealth-materialen, een soort coating. Om effectieve breedbandige elektromagnetische golfabsorptie te produceren, worden anorganische keramische nanodeeltjes gelijkmatig verdeeld in een anorganische polymeermatrix en zorgvuldig gecontroleerd.