Pesë industri kryesore për zhvillimin e ardhshëm të produkteve qeramike

Industria e automjeteve elektrike

 

Kina prodhoi dhe shiti 6,253 milion dhe 6,067 milion makina të reja me energji, respektivisht, midis janarit dhe nëntorit, rreth 100% në rritje nga viti në vit, me një pjesë tregu prej 25%, sipas shifrave më të fundit nga Shoqata Kineze e Prodhuesve të Automobilave. Së bashku me rritjen e prodhimit dhe shitjeve që e tejkaloi shumë tregun gjatë asaj kohe, depërtimi i automjeteve me energji të re ka tejkaluar 36% dhe vazhdon të rritet. Teknologjia e automjeteve elektrike po evoluon vazhdimisht, gjë që ka përshpejtuar zëvendësimin e modeleve dhe materialeve përbërëse të saj. Përdorimi i automjeteve elektrike me energji të re ka përqafuar plotësisht materialet e avancuara qeramike për shkak të avantazheve të tyre unike të performancës.

Midis tyre, mbizotërojnë topat me mbajtës të nitridit të silikonit HIP dhe nënshtresat e nitridit të silikonit me përçueshmëri të lartë termike.

 

 

01 Topa HIP për kushinetat me nitrid silikoni

Kushinetat motorike për automjetet me energji të re kërkojnë densitet më të ulët dhe materiale relativisht më rezistente ndaj konsumit për shkak të shkallës së tyre më të lartë të rrotullimit në krahasim me kushinetat standarde. Në kushinetat qeramike të nitridit të silikonit, topat prodhojnë më pak nxehtësi dhe fërkim brenda sistemit mbajtës. Në mënyrë të veçantë, nitridi i silikonit është një izolues elektrik i natyrshëm që mund të parandalojë korrozionin elektrik nga shkarkimi i kushinetave, të zgjasë jetën e lubrifikantëve dhe kushinetave dhe përfundimisht të shkaktojë dështimin e kushinetës. Është ideal për përdorim në një sërë sektorësh, duke përfshirë makinat elektrike.

 

Kushinetat qeramike gjithnjë e më shumë po zëvendësojnë kushinetat e topave të çelikut në epokën e lëvizjeve elektrike. Kushinetat e izoluara me top qeramike me nitrid silikoni përdoren në modelet shtëpiake Xiaopeng P7, G9, Weilai ET7 dhe modele të tjera. Për shembull, boshti i daljes së motorit të përdorur nga Tesla përdor kushineta qeramike, kushineta qeramike hibride të dizajnuara nga NSK dhe topa mbajtës të bërë nga 50 topa nitride silikoni.

Presioni izostatik i nxehtë (HIP) dhe sinterimi me presion të gazit (GPS) janë dy teknikat përgatitore më të njohura për sinterimin e topave qeramike me nitrid silikoni. Këto dy metoda prodhojnë topa qeramike që përdoren shpesh në shumë mjedise. Nitridi i silikonit HIP ofron cilësi mekanike superiore dhe jetëgjatësi më të gjatë lodhjeje sesa nitridi i silikonit GPS.

Aktualisht, firmat e huaja të njohura vazhdojnë të kontrollojnë pjesën e tregut ndërkombëtar dhe drejtimin e zhvillimit, ndërsa korporatat japoneze, evropiane dhe amerikane vazhdojnë të dominojnë prodhimin e mallrave të kushinetave qeramike të nivelit të lartë. 2015 pa themelimin e National Materials High-Tech Nitride Ceramics Co., Ltd. në vendin tim.

bëri një avancim të rëndësishëm në teknologjinë për prodhimin masiv të topave qeramike të nitridit të silikonit të shtypur në mënyrë izostatike, duke e bërë atë kompaninë e parë në Kinë që krijon prodhimin masiv të këtyre materialeve dhe kompaninë e tretë në përgjithësi, pas Toshiba në Japoni dhe Kustec në Shtetet e Bashkuara. SKF në Suedi, Timken në SHBA, GMN në Gjermani dhe Forsa në Spanjë janë ndër vendet në të cilat dërgohen produktet e saj. Për më tepër, metoda të krahasueshme përdoren nga Sinoceramic Jinsheng dhe të tjerët për të krijuar topa që mbajnë nitrid silikoni me një forcë përkuljeje 1000 MPa.

 

 

02 Nënshtresa qeramike e nitridit të silikonit me përçueshmëri të lartë termike

Nënshtresat qeramike të nitridit të silikonit përdoren kryesisht në njësitë e fuqisë, pajisjet gjysmëpërçuese dhe invertorët e automjeteve të pastra elektrike (EV) dhe automjeteve elektrike hibride (HEV), dhe kanë potencial të madh tregu dhe perspektiva aplikimi.

Aktualisht, forca në përkulje prej 650 MPa, rezistencë ndaj thyerjes 5–7 MPa·m1/2 dhe përçueshmëri termike prej 85 W/(m·K) kërkohen për përdorimin komercial të materialeve të nënshtresës qeramike të nitridit të silikonit me përçueshmëri të lartë termike. Grupi Toshiba, Hitachi Metals, Nippon Electric Chemical, Maruwa dhe Nippon Fine Ceramics janë kompanitë kryesore që kanë kapacitetin për të prodhuar në masë nënshtresa qeramike me nitrid silikoni me përçueshmëri të lartë termike.

 

Për më tepër, ka pasur disa përparime në kërkimin vendas mbi materialet e substratit qeramik të nitridit të silikonit. Duke optimizuar metodën dhe procesin e sinterimit, Beijing Sinoma Artificial Crystal Research Institute Co., Ltd. ka përgatitur me sukses një nënshtresë qeramike nitride silikoni me një forcë përkuljeje prej 700-800 MPa, një rezistencë ndaj thyerjes ≥8MPa·m1/2 dhe një përçueshmëri termike prej ≥8MW/80K. Nënshtresa qeramike e nitridit të silikonit e prodhuar nga Dega e Pekinit e Sinoma High-Tech Nitride Ceramics Co., Ltd. duke përdorur procesin e derdhjes së shiritit ka një përçueshmëri termike prej 100 W/(m·K).

 

Automjetet elektrike aktualisht po i afrohen më shumë inteligjencës si rezultat i rritjes së popullaritetit të automjeteve me energji të reja dhe zhvillimit të inteligjencës artificiale (AI). Prodhuesit e automobilave kanë treguar gjithashtu interes për një sërë materialesh qeramike, duke përfshirë materialet e paketimit lidar, frenat qeramike me karbon, MLCC me kapacitet të lartë, materialet qeramike përçuese termike, etj.

 

Prodhimi i gjysmëpërçuesve

Ligji industrial i "një gjeneratë teknologjie, një gjeneratë procesi, një gjeneratë pajisjesh" rregullon industrinë e gjysmëpërçuesve dhe përparimet në teknologjinë e pjesëve precize janë thelbësore për modernizimin dhe përsëritjen e pajisjeve gjysmëpërçuese. Pjesët qeramike precize janë materialet më përfaqësuese për pjesët me precizion gjysmëpërçues ndër to. Ato përdoren në një sërë procesesh kryesore të prodhimit të gjysmëpërçuesve, duke përfshirë gdhendjen, depozitimin kimik të avullit, depozitimin fizik të avullit dhe implantimin e joneve. si krahët mekanikë të trajtimit, çanta elektrostatike, astar, shina drejtuese dhe kushineta, ndër të tjera. Ai kryen rolet e stabilizimit, mbrojtjes dhe shpërqendrimit, veçanërisht brenda zgavrës së pajisjes.

 

Prodhimi i gjysmëpërçuesve Industria e gjysmëpërçuesve udhëhiqet nga ligji industrial i "një brez teknologjie, një gjeneratë procesi, një gjeneratë pajisjesh" dhe përmirësimet në teknologjinë e pjesëve precize janë thelbësore për modernizimin dhe përsëritjen e makinerive gjysmëpërçuese. Nga të gjitha materialet e përdorura për pjesët me precizion gjysmëpërçues, pjesët qeramike precize janë më përfaqësueset. Ato përdoren në gdhendjen, depozitimin kimik të avullit, depozitimin fizik të avullit dhe implantimin e joneve, ndër procedurat e tjera të rëndësishme të prodhimit të gjysmëpërçuesve. të tilla si kushinetat, astarët, shinat udhëzuese, çanta elektrostatike dhe krahët e trajtimit mekanik, për të përmendur disa. Shërben si diversion, mbrojtje dhe stabilizim, veçanërisht brenda zgavrës së pajisjes.

 

 

Industria e kursimit të energjisë dhe mbrojtjes së mjedisit

Nën drejtimin e politikës kombëtare të "karbonit të dyfishtë", të gjitha industritë po zhvillohen gradualisht në drejtim të kursimit të energjisë, reduktimit të karbonit, reduktimit të ndotjes dhe përmirësimit të efikasitetit. Në këtë sfond, industria e qeramikës përballet me presione të konsumit të energjisë dhe mbrojtjes së mjedisit, por gjithashtu sjell mundësi të reja zhvillimi për materialet qeramike.

 

 

01 Membrana qeramike

Për të zëvendësuar teknologjinë konvencionale të ndarjes së filtrimit, teknologjia e ndarjes së membranës me membranë qeramike në thelbin e saj aktualisht përdoret kryesisht si një proces ndarjeje me efikasitet të lartë në industrinë e procesit dhe në fusha të veçanta të trajtimit të ujit për ndarjen e filtrimit, përqendrimin dhe pastrimin, si dhe pastrimin dhe heqjen e papastërtive.

Cipë e sheshtë qeramike

Midis tyre, lëngjet në mjedise komplekse mund të filtrohen, ndahen dhe pastrohen duke përdorur membrana të sheshta qeramike me performancë të lartë. Rezistenca e lartë e temperaturës dhe presionit, qëndrueshmëria e fortë kimike, efikasiteti i lartë i filtrimit, besueshmëria e mirë, kostot e ulëta të funksionimit dhe mirëmbajtjes, jeta e zgjatur e shërbimit dhe mirëdashja mjedisore gjatë gjithë ciklit jetësor janë disa nga atributet e tyre. Është përdorur dhe promovuar gjerësisht në fushat e ujërave të zeza komunale, trajtimin e ujit të shpërndarë, trajtimin e ujit të zi dhe me erë të keqe, ripërdorimin e ujit të rikuperuar dhe trajtimin e ujërave të zeza të parkut industrial. Është drejtimi kryesor i zhvillimit në fushën e membranave ndarëse qeramike ndërkombëtare me performancë të lartë dhe ka një gamë të gjerë të perspektivave të tregut.

Së bashku me trajtimin e ujit, menaxhimi i ndotjes së ajrit në vendin tim është gjithashtu në horizont. Katalizatori nano-denitrifikimi i sistemit të oksidit të tokës-metaleve të rralla miqësore me mjedisin ngarkohet në material membranor të përbërë nga fibra qeramike si trupi mbështetës për të krijuar membranën e fibrave me temperaturë të lartë për denitrifikimin dhe heqjen e pluhurit, një element filtri me funksione të integruara të denitrifikimit dhe heqjes së pluhurit që mund të arrijë pastrimin e drejtpërdrejtë të temperaturës së gazit.

 

 

02 Aerogel

Zhvillimi i gjerë i gjelbër dhe me pak karbon i aerogelit, një material super izolues, ka krijuar një potencial të padëgjuar deri tani për rritjen e sektorit të aerogelit. Teknologjia e re airgel parashikohet të integrohet me rritjen e prodhimit të gjelbër për të krijuar më shumë aplikime të produkteve të reja në përputhje me trendin e zhvillimit më të shpejtë të industrive të gjelbra.

 

Airgel ka densitet jashtëzakonisht të ulët, porozitet ultra të lartë, indeks të ulët thyerjeje, përçueshmëri të ulët termike, rezistencë të ulët akustike dhe karakteristika të tjera që materialet e përgjithshme të ngurta nuk i kanë. Këto karakteristika e bëjnë atë të ketë perspektiva të mëdha aplikimi në fushat e termoizolimit, biomjekësisë, izolimit të zërit, adsorbimit, etj., dhe potenciali i kërkesës në treg është i madh.

 

 

Industria e biomjekësisë

Gjithnjë e më shumë implante dhe organe artificiale do të përdoren në mjedise terapeutike ndërsa shoqëria zhvillohet dhe jeta e njerëzve përmirësohet. Në vendin tim, metale si çeliku inox dhe lidhjet e kobaltit janë përdorur prej kohësh për shërimin dhe riparimin ortopedik për shkak të cilësive të tyre të larta mekanike dhe kontrolluese; megjithatë, biokompatibiliteti i tyre mungon. Rrjedhimisht, tregu dhe kërkimi për materialet e veshjes ose biokeramikat që janë më të shëndetshme dhe më të pajtueshme po zgjerohen me shpejtësi.

Për shkak të rezistencës së tyre të jashtëzakonshme ndaj thyerjeve dhe rezistencës ndaj konsumit, qeramika biomjekësore si Al2O3, ZrO2, ZTA, Si3N4 dhe materialet e përbëra qeramike të lidhura përdoren shpesh në protezat që mbajnë ngarkesën kirurgjikale, implantet dentare, zëvendësuesit e kockave, etj. Oksidi i zirkonit përdoret shpesh për shkak të bukurisë së tij, por për shkak të performancës së tij të mirë përdoret oksidi i zirkonit. për shkak të qeramikës së qelqit. Midis tyre, nitridi i silikonit kombinon efektin baktericid dhe vetitë vetëlubrifikuese, dhe implanti i tij ka qëndrueshmëri biologjike afatgjatë.

Në vitin 2022, madhësia e tregut botëror të materialeve qeramike mjekësore parashikohet të jetë rreth 15 miliardë dollarë. Në vitin 2022, tregu i materialeve qeramike mjekësore në Kinë pritet të jetë me vlerë rreth 4.5 miliardë dollarë amerikanë. Prej tyre, qeramika e aluminit përbën shumicën (rreth 60%). Qeramikat e nitridit të silikonit përdoren për implantet ortopedike, ndërsa qeramika e zirkonisë përdoret kryesisht në stomatologji.

 

 

Sektori i hapësirës ajrore

Qeramika shquhet vazhdimisht për performancën e tyre të jashtëzakonshme në një sërë situatash të vështira aplikimi. Industria ushtarake dhe e hapësirës ajrore janë dy nga tregjet më të pëlqyera të aplikimit për qeramika të avancuara. "Rezistenca ndaj temperaturës së lartë" dhe "stealth" janë dy linjat kryesore të zhvillimit të qeramikës në industrinë e hapësirës ajrore.

 

Gjenerata e re e motorëve të aviacionit ushtarak ka një nevojë në rritje për materiale të reja strukturore rezistente ndaj temperaturave të larta, pasi potenciali i kristaleve të vetme, veshjeve të barrierave termike dhe ftohjes aktive të ajrit shterohet gradualisht. SiC/SiC-CMC është shfaqur si një nga opsionet kryesore për materialet strukturore rezistente ndaj temperaturave të larta. SiC/SiC-CMC forcohet dhe forcohet në një pjesë të madhe nga fibra karabit silikoni. Lënda e parë më e rëndësishme për SiC/SiC-CMC është fibra karabit silikoni, e cila ka një rezistencë ndaj temperaturës mbi 1200°C dhe ka tërhequr vëmendjen e fuqive të aviacionit në një konkurs kërkimor.

 

 

Në mënyrë tipike të përbërë nga një medium thithës (absorbues) dhe një material matricë (ndonjëherë i njohur si lidhës), materialet thithëse janë ndër materialet më të rëndësishme të fshehta. Karbidi i silikonit është përbërësi kryesor që përdoret për të krijuar materiale qeramike absorbuese me shumë breza; nanogrimcat qeramike inorganike dhe materialet polimer inorganike kombinohen për të formuar materiale qeramike stealth infra të kuqe, një lloj veshjeje. Për të prodhuar një absorbim efektiv të valëve elektromagnetike me brez të gjerë, nanogrimcat inorganike qeramike shpërndahen në mënyrë uniforme në një matricë polimer inorganik dhe kontrollohen me kujdes.