Cinci industrii majore pentru dezvoltarea viitoare a produselor ceramice

2024-11-21

Industria vehiculelor electrice

China a produs și vândut 6,253 milioane și, respectiv, 6,067 milioane de mașini cu energie nouă, în perioada ianuarie-noiembrie, în creștere cu aproximativ 100% de la an la an, cu o cotă de piață de 25%, potrivit celor mai recente cifre ale Asociației Chinei a Producătorilor de Automobile. Alături de creșterea producției și a vânzărilor care a depășit cu mult piața în acea perioadă, penetrarea vehiculelor cu energie nouă a depășit 36% și continuă să crească. Tehnologia vehiculelor electrice este în continuă evoluție, ceea ce a accelerat înlocuirea designului și materialelor componentelor sale. Utilizarea vehiculelor electrice cu energie nouă a îmbrățișat pe deplin materialele ceramice avansate datorită avantajelor lor unice de performanță.

Printre acestea predomină bilele de rulment cu nitrură de siliciu HIP și substraturile cu nitrură de siliciu cu conductivitate termică ridicată.

01 Bile HIP pentru rulmenți cu nitrură de siliciu

Rulmenții de motor pentru vehiculele cu energie nouă necesită o densitate mai mică și materiale comparativ mai rezistente la uzură datorită ratelor de rotație mai mari în comparație cu rulmenții standard. La rulmenții ceramici cu nitrură de siliciu, bilele produc mai puțină căldură și frecare în cadrul sistemului de rulmenți. Mai exact, nitrura de siliciu este un izolator electric natural care poate preveni coroziunea electrică din descărcarea rulmentului, poate prelungi durata de viață a lubrifianților și rulmenților și, în cele din urmă, poate induce defecțiunea rulmentului. Este ideal pentru utilizare într-o varietate de sectoare, inclusiv mașini electrice.

Rulmenții ceramici înlocuiesc din ce în ce mai mult rulmenții cu bile din oțel în epoca acționărilor electrice. Rulmenții izolați cu bile ceramice cu nitrură de siliciu sunt utilizați la Xiaopeng P7, G9, Weilai ET7 și alte modele interne. De exemplu, arborele de ieșire al motorului folosit de Tesla folosește rulmenți ceramici, rulmenți ceramici hibridi proiectați de NSK și bile de rulment din 50 de bile de nitrură de siliciu.

Presarea izostatică la cald (HIP) și sinterizarea sub presiune cu gaz (GPS) sunt cele mai populare două tehnici de pregătire pentru sinterizarea cu bile ceramice cu nitrură de siliciu. Aceste două metode produc bile ceramice care sunt utilizate frecvent în multe setări. Nitrura de siliciu HIP oferă calități mecanice superioare și o durată de viață mai lungă la oboseală decât nitrura de siliciu GPS.

În prezent, firme străine bine-cunoscute continuă să controleze cota de piață internațională și direcția de dezvoltare, în timp ce corporațiile japoneze, europene și americane continuă să domine producția de bunuri ceramice de ultimă generație. În 2015 s-a înființat National Materials High-Tech Nitrude Ceramics Co., Ltd. în națiunea mea.

a făcut un progres semnificativ în tehnologia producerii în masă a bilelor ceramice cu nitrură de siliciu presate izostatic la cald, făcând-o prima companie din China care a stabilit producția de masă a acestor materiale și a treia companie în general, după Toshiba în Japonia și Kustec în Statele Unite. SKF în Suedia, Timken în SUA, GMN în Germania și Forsa în Spania se numără printre țările către care sunt expediate produsele sale. Mai mult, metode comparabile sunt folosite de Sinoceramic Jinsheng și alții pentru a crea bile purtătoare de nitrură de siliciu cu o rezistență la încovoiere de 1000 MPa.

02 Substrat ceramic cu nitrură de siliciu cu conductivitate termică ridicată

Substraturile ceramice cu nitrură de siliciu sunt utilizate în principal în unitățile de putere, dispozitivele semiconductoare și invertoarele vehiculelor electrice pure (EV) și vehiculelor electrice hibride (HEV) și au un potențial uriaș de piață și perspective de aplicare.

În prezent, rezistența la încovoiere de 650 MPa, duritatea la rupere de 5–7 MPa·m1/2 și conductivitate termică de 85 W/(m·K) sunt necesare pentru utilizarea comercială a materialelor substrat ceramice cu nitrură de siliciu cu conductivitate termică ridicată. Grupul Toshiba, Hitachi Metals, Nippon Electric Chemical, Maruwa și Nippon Fine Ceramics sunt companiile principale care au capacitatea de a produce în masă substraturi ceramice cu nitrură de siliciu cu conductivitate termică ridicată.

În plus, au existat unele progrese în cercetarea internă asupra materialelor substrat ceramice cu nitrură de siliciu. Prin optimizarea metodei și procesului de sinterizare, Beijing Sinoma Artificial Crystal Research Institute Co., Ltd. a pregătit cu succes un substrat ceramic cu nitrură de siliciu cu o rezistență la încovoiere de 700-800MPa, o rezistență la rupere de ≥8MPa·m1/2 și o conductivitate termică ≥80W/(m·K). Substratul ceramic cu nitrură de siliciu fabricat de Filiala din Beijing a Sinoma High-Tech Nitrude Ceramics Co., Ltd. folosind procesul de turnare cu bandă are o conductivitate termică de 100 W/(m·K).

Vehiculele electrice se apropie în prezent de inteligență ca urmare a popularității tot mai mari a vehiculelor cu energie noi și a dezvoltării inteligenței artificiale (AI). Producătorii de automobile s-au arătat, de asemenea, interesați de o varietate de materiale ceramice, inclusiv materiale de ambalare lidar, frâne carbon ceramice, MLCC de mare capacitate, materiale ceramice termoconductoare etc.

Fabricarea semiconductorilor

Legea industrială „o generație de tehnologie, o generație de proces, o generație de echipamente” guvernează industria semiconductoarelor, iar progresele în tehnologia pieselor de precizie sunt cruciale pentru modernizarea și iterarea echipamentelor semiconductoare. Piesele ceramice de precizie sunt cele mai reprezentative materiale pentru piesele de precizie semiconductoare dintre ele. Ele sunt utilizate într-un număr de procese cheie de fabricație a semiconductorilor, inclusiv gravarea, depunerea chimică în vapori, depunerea fizică în vapori și implantarea ionică. precum brațe mecanice de manipulare, mandrine electrostatice, căptușeli, șine de ghidare și rulmenți, printre altele. Îndeplinește rolurile de stabilizare, apărare și distragere a atenției, în special în cavitatea echipamentului.

Producția de semiconductori Industria semiconductorilor este guvernată de legea industrială a „o generație de tehnologie, o generație de proces, o generație de echipamente”, iar îmbunătățirile în tehnologia pieselor de precizie sunt esențiale pentru modernizarea și iterația mașinilor semiconductoare. Dintre toate materialele utilizate pentru piesele de precizie semiconductoare, piesele ceramice de precizie sunt cele mai reprezentative. Ele sunt utilizate în gravare, depunere chimică de vapori, depunere fizică de vapori și implantare de ioni, printre alte proceduri importante de fabricare a semiconductorilor. cum ar fi rulmenți, căptușeli, șine de ghidare, mandrine electrostatice și brațe mecanice de manipulare, pentru a numi câteva. Acesta servește ca diversiune, apărare și stabilizare, în special în interiorul cavității echipamentului.

Industria de economisire a energiei și de protecție a mediului

Sub îndrumarea politicii naționale „dual carbon”, toate industriile se dezvoltă treptat în direcția economisirii energiei, reducerii carbonului, reducerii poluării și îmbunătățirii eficienței. În acest context, industria ceramică se confruntă cu consumul de energie și presiunile de protecție a mediului, dar aduce și noi oportunități de dezvoltare materialelor ceramice.

01 Membrană ceramică

Pentru a înlocui tehnologia convențională de separare prin filtrare, tehnologia de separare prin membrană cu membrană ceramică în centrul său este în prezent utilizată în principal ca proces de separare de înaltă eficiență în industria de procesare și în domeniile speciale de tratare a apei pentru separarea prin filtrare, concentrare și purificare și purificare și îndepărtare a impurităților.

Membrană plată ceramică

Printre acestea, fluidele din setări complexe pot fi filtrate, separate și purificate folosind membrane plate ceramice de înaltă performanță. Rezistența ridicată la temperatură și presiune, stabilitate chimică puternică, eficiență ridicată de filtrare, fiabilitate bună, costuri scăzute de operare și întreținere, durată de viață extinsă și respectarea mediului pe tot parcursul ciclului de viață sunt câteva dintre atributele lor. A fost utilizat pe scară largă și promovat în domeniile canalizării municipale, tratarea apei distribuite, tratarea apei negre și mirositoare, reutilizarea apei regenerate și tratarea apelor uzate din parcurile industriale. Este direcția principală de dezvoltare în domeniul membranelor de separare ceramice internaționale de înaltă performanță și are o gamă largă de perspective de piață.

Alături de tratarea apei, managementul poluării aerului în națiunea mea este, de asemenea, la orizont. Catalizatorul de nano-denitrificare cu sistem de oxid de pământ rari ecologic este încărcat pe materialul membranei compozite din fibră ceramică ca corp suport pentru a crea membrana din fibră la temperatură înaltă pentru denitrificare și îndepărtarea prafului, un element de filtru cu funcții integrate de denitrificare și îndepărtare a prafului care poate realiza purificarea directă a gazului în condiții de temperatură ridicată.

02 Aerogel

Dezvoltarea extinsă ecologică și cu emisii scăzute de carbon a aerogelului, un material superizolator, a creat un potențial nemaiauzit până acum pentru creșterea sectorului aerogelului. Se anticipează că noua tehnologie cu aerogel va fi integrată cu creșterea producției ecologice pentru a crea mai multe aplicații de produse noi, în conformitate cu tendința de dezvoltare mai rapidă a industriilor ecologice.

Aerogelul are o densitate extrem de scăzută, porozitate ultra-înaltă, indice de refracție scăzut, conductivitate termică scăzută, impedanță acustică scăzută și alte caracteristici pe care materialele solide generale nu le au. Aceste caracteristici îl fac să aibă perspective mari de aplicare în domeniile termoizolației, biomedicinei, izolației fonice, adsorbției etc., iar potențialul de cerere pe piață este uriaș.

Industria biomedicinei

Din ce în ce mai multe implanturi și organe artificiale vor fi folosite în medii terapeutice, pe măsură ce societatea se dezvoltă și viața oamenilor se îmbunătățește. În națiunea mea, metalele precum oțelul inoxidabil și aliajele de cobalt au fost utilizate de multă vreme pentru vindecarea și repararea ortopedică datorită calităților lor mecanice și de control superioare; cu toate acestea, biocompatibilitatea lor lipsește. În consecință, piața și cercetarea pentru materiale de acoperire sau bioceramice care sunt mai sănătoase și mai compatibile se extind rapid.

Datorită rezistenței lor excepționale la fractură și rezistență la uzură, ceramica biomedicală precum Al2O3, ZrO2, ZTA, Si3N4 și materialele ceramice compozite aferente sunt utilizate frecvent în proteze chirurgicale portante, implanturi dentare, înlocuitori de oase, etc. Oxidul de zirconiu este frecvent utilizat în materialele ceramice de restaurare, dar datorită rezistenței sale bune și a materialelor de restaurare dentară datorită rezistenței și frumuseții sale. Printre acestea, nitrura de siliciu combină efectul bactericid și proprietățile auto-lubrifiante, iar implantul său are o stabilitate biologică stabilă pe termen lung.

În 2022, se estimează că dimensiunea pieței mondiale a materialelor ceramice medicale va fi de aproximativ 15 miliarde USD. În 2022, piața materialelor ceramice medicale din China este de așteptat să aibă o valoare de aproximativ 4,5 miliarde de dolari. Dintre acestea, ceramica cu alumină reprezintă majoritatea (aproximativ 60%). Ceramica cu nitrură de siliciu este folosită pentru implanturi ortopedice, în timp ce ceramica cu zirconiu este utilizată în principal în stomatologie.

Sectorul aerospațial

Ceramica se remarcă în mod constant prin performanța lor excepțională într-o varietate de situații dificile de aplicare. Industriile militară și aerospațială sunt două dintre cele mai apreciate piețe de aplicații pentru ceramica avansată. „Rezistența la temperaturi ridicate” și „stealth” sunt cele două linii principale de dezvoltare a ceramicii din industria aerospațială.

Noua generație de motoare de aviație militară are o nevoie din ce în ce mai mare de noi materiale structurale rezistente la temperaturi înalte, deoarece potențialul monocristalelor, al acoperirilor de barieră termică și al răcirii active cu aer se epuizează treptat. SiC/SiC-CMC a apărut ca una dintre opțiunile de top pentru materialele structurale rezistente la temperaturi înalte. SiC/SiC-CMC este întărit și întărit în mare parte cu fibra de carbură de siliciu. Cea mai importantă materie primă pentru SiC/SiC-CMC este fibra de carbură de siliciu, care are o rezistență la temperatură de peste 1200°C și a atras atenția puterilor aviatice într-un concurs de cercetare.

Constând în mod obișnuit dintr-un mediu absorbant (absorbant) și un material de matrice (uneori cunoscut sub numele de liant), materialele absorbante sunt printre cele mai importante materiale ascunse. Carbura de siliciu este ingredientul principal folosit pentru a crea materiale ceramice absorbante cu mai multe benzi; nanoparticulele ceramice anorganice și materialele polimerice anorganice se combină pentru a forma materiale ceramice ascunse în infraroșu, un fel de acoperire. Pentru a produce o absorbție eficientă a undelor electromagnetice în bandă largă, nanoparticulele ceramice anorganice sunt dispersate uniform într-o matrice polimerică anorganică și controlate cu atenție.