Průmyslová keramika

Průmyslová keramika je vysokovýkonným technickým materiálem vyrobeným slinováním anorganických nekovových materiálů při vysokých teplotách.

Průmyslová keramika je průmyslový odvětví vysokých technologií založený na nekovových anorganických materiálech, který vyrábí prostřednictvím přesného návrhu formulací, zpracování ultrajemných prášků a technologie vysokoteplotního slinování konstrukční díly a funkční zařízení s vysokým výkonem a extrémní odolností vůči okolnímu prostředí. Na rozdíl od tradiční běžné keramiky spočívá její jádrová hodnota v kreativní integraci materiálového inženýrství, mechaniky konstrukce a chemické stability, čímž získávají výrobky jedinečné vlastnosti, jako je extrémní odolnost proti vysoké teplotě, extrémní tvrdost, odolnost proti korozi a nízká hustota.
Průmyslový keramický průmysl zahrnuje strukturální keramiku (např. mechanická těsnění, řezné nástroje), elektronickou keramiku (např. polovodičové substráty, senzorové čipy), biokeramiku (např. umělé klouby), jadernou keramiku a keramiku pro nové zdroje energie (např. separátory pro pevnolátkové baterie) a další vícedimenzionální technologické obory, které představují „skryté pilíře“ v oblastech moderního letectví a kosmonautiky, vysoce výkonné techniky, elektronických informačních systémů, nových zdrojů energie a lékařské techniky.
Podstata průmyslové keramiky spočívá v přeměně křehkých materiálů na inženýrská řešení, která překračují výkonové meze mezi kovy a polymery prostřednictvím limitní kontroly mikroskopických hranic zrn a fázového složení, a zároveň se jedná o základní technologii zajišťující lehkost komponent vystavených vysokým teplotám, miniaturizaci elektronických součástek a dlouhou životnost chemických zařízení.

Hluboká rekonstrukce globálního konkurenčního vzoru. S postupem iniciativy Jedna pás, jedna cesta se čínské průmyslové keramice urychluje expanze na trhy zahraniční. Zatímco udržuje exportní výhody tradiční stavební keramiky, vysokokvalitní elektronické keramiky, speciální keramiky a další vysokohodnotné produkty se stávají novým motorem exportního růstu. Zároveň se soutěž o mezinárodní technickou spolupráci a práva k nastavování standardů stává čím dál tím tvrdší a firmy ovládající klíčové technologie budou mít dominantní postavení v globálním průmyslovém řetězci.
Čínský průmysl průmyslové keramiky se nachází v kritickém období transformace a modernizace na rozcestí strategických příležitostí. Od podpory transformace a modernizace tradičních odvětví po posilování průlomů v nově vznikajících průmyslových oborech se strategická hodnota průmyslové keramiky stává čím dál tím významnější. V budoucnu musí průmysl klást těžiště na inovace v oblasti technologií jako hlavní pohonnou sílu, posílit spolupráci v oblasti inovací mezi průmyslem, univerzitami a výzkumnými institucemi a dosáhnout průlomů v klíčových technologiích; zaostřit na zelenou transformaci jako na pozadí udržitelného rozvoje a vytvořit průmyslovou ekologii využívající zdroje efektivně; pokládat rozšíření trhu za růstový pilíř a prohlubovat mezinárodní spolupráci a budování značky. S postupným uvolňováním politických výhod a neustálým zvyšováním tržní poptávky jistě čínský průmysl průmyslové keramiky dosáhne skoku od napodobování k vedení a vytesní čínskou stopu na globální mapě nových materiálů. Tento proces se netýká pouze zlepšení průmyslové konkurenceschopnosti, ale také jde o názornou praxi dosahování vědeckotechnologické soběstačnosti a podporování kvalitativního rozvoje.

S rozvojem vědy o materiálech a výrobních technologií se průmyslová keramika stala nepostradatelným klíčovým materiálem v moderním průmyslu.

Průmyslová keramika se skládá hlavně z kovových oxidů (např. Al₂O₃, ZrO₂), nitridů (např. Si₃N₄), karbidů (např. SiC) a dalších nekovových sloučenin a její výkonové vlastnosti jsou následující:
Vysoká tvrdost a odolnost proti opotřebení: Průmyslová keramika je obvykle tvrdší než kovové materiály; například korundová keramika má tvrdost 9 stupňů Mohsovy stupnice (hned po diamantu), což ji činí vhodnou pro použití v prostředích s vysokým opotřebením.
Odolnost proti vysokým teplotám: Je schopna odolat teplotám nad 1000 °C; například karbid křemičitý zůstává stabilní až do 1600 °C a často se používá ve výrobních komponentech leteckých motorů.
Chemická inertnost: Průmyslová keramika má silnou odolnost vůči korozi agresivními prostředími, jako jsou kyseliny, zásady a soli; například zirkoniová keramika může být dlouhodobě používána i v prostředí silných kyselin.
Izolace a dielektrika: Alumina, nitrid hlinitý atd. jsou kvalitní izolační materiály, které se široce používají v elektronických substrátech a obalech.
Nízká hmotnost: Pouze 1/3 až 1/2 hustoty kovu, což snižuje hmotnost zařízení a zvyšuje energetickou účinnost.

Podle složení a použití lze průmyslová keramika rozdělit do následujících kategorií:
1. Oxidová keramika
Alumíniová keramika (Al₂O₃):
Nejčastěji používaná průmyslová keramika, obsah Al₂O₃ mezi 75 % a 99,9 %, vysoká tvrdost a dobrá izolace, používá se v mechanických těsněních, elektronických substrátech, nástrojích atd.
Cirkoniová keramika (ZrO₂):
Vysoká houževnatost (2–3krát vyšší lomová houževnatost než u aluminia), odolnost proti opotřebení, použití v dentálních náhradách, ložiscích, zadních krytech mobilních telefonů.
Berylová keramika (BeO):
Vysoká tepelná vodivost, používá se pro odvod tepla z výkonových elektronických součástek, je však třeba věnovat pozornost toxicitě.
2. Nerudné keramiky
Keramiky z karbidu křemíku (SiC):
Vysoká odolnost proti vysokým teplotám a silné odolnosti proti tepelnému šoku, používají se pro vysokoteplotní vyzdívky pecí a zařízení pro výrobu polovodičů.
Keramiky z nitridu křemíku (Si₃N₄):
Má vysokou pevnost i odolnost proti tepelnému šoku, používá se u turbínových rotorů, ložiskových kuliček.
Keramiky z nitridu hlinitého (AlN):
S vysokou tepelnou vodivostí a izolací, je to preferovaný materiál pro substráty LED a obalové pouzdrovací obvody.

3. Hlavní aplikační oblasti průmyslové keramiky

Průmyslová keramika může v aplikacích plnit mechanické, tepelné, chemické a jiné funkce. Díky vysoké odolnosti proti vysokým teplotám, korozní odolnosti, odolnosti proti opotřebení, odolnosti proti erozi a dalším výhodám může průmyslová keramika nahradit kovové materiály a organické polymerové materiály v náročných pracovních podmínkách a stala se tak nezbytným materiálem v transformaci tradičního průmyslu, v nově vznikajících odvětvích a ve vysokých technologiích. Je široce využívána v energetice, letectví a kosmonautice, strojírenství, automobilovém průmyslu, elektronice, chemickém průmyslu a dalších oblastech.

Tyto průmyslové keramiky mají každá své vlastní výhody a jsou široce využívány, například se keramiky s vysokou tvrdostí a vysokou odolností proti opotřebení používají na výrobu mechanických součástí, těsnění, řezných nástrojů a jiných materiálů, keramiky s vysokou odolností proti opotřebení, vysokou pevností a vysokou houževnatostí se používají na výrobu opotřebeníodolných, lehkých součástí, tepelně odolných a izolačních dílů, lopatek parních turbín, pístních hlavic atd., a keramiky s vysokou odolností proti korozi a dobré chemické stabilitě při kontaktu s biologickými enzymy se používají na výrobu kelímku pro tavení kovů, výměníků tepla, biologických materiálů apod. Různé konstrukční materiály se vyrábějí pomocí keramik, které zachycují a absorbují neutrony. Tyto aplikace jsou pouze několik málo z celkové široké škály aplikací průmyslových keramik, které mají velmi rozsáhlé využití.

Jako základní materiál vysokotechnologického průmyslu ve 21. století hrají průmyslové keramiky klíčovou roli v inovacích v oblasti energií, medicíny, polovodičů a dalších oborech. S pokrokem výrobních technologií a rozvojem mezioborového výzkumu budou průmyslové keramiky v budoucnu ještě více využívány v aplikacích vystavených extrémním podmínkám, v miniaturizovaných zařízeních a dalších oblastech, čímž se stanou klíčovým faktorem pro dosažení uhlíkové neutrality a průmyslové modernizace.