Industriekeramik ist ein Hochleistungswerkstoff, der durch Sintern anorganischer, nichtmetallischer Materialien bei hohen Temperaturen hergestellt wird.
Die Industriekeramikbranche ist eine Hochtechnologiebranche, die auf nichtmetallischen anorganischen Materialien basiert und durch präzise Formulierungsdesigns, ultrafeine Pulververarbeitung und Hochtemperatursinterntechnologie hochwertige Strukturbauteile und funktionale Geräte mit extremer Umweltverträglichkeit herstellt. Im Unterschied zu traditionellen Gebrauchskeramiken liegt ihr Kernwert in der kreativen Verknüpfung von Materialwissenschaft, Ingenieurmechanik und chemischer Stabilität, wodurch den Produkten einzigartige Leistungsspektren wie ultra hohe Temperaturbeständigkeit, ultra hohe Härte, Korrosionsbeständigkeit und geringe Dichte verliehen werden.
Die Industriekeramikbranche umfasst strukturelle Keramiken (wie mechanische Dichtungen, Schneidwerkzeuge), elektronische Keramiken (wie Halbleiter-Substrate, Sensoren-Chips), Biokeramiken (wie künstliche Gelenke), Keramiken für die Kernenergie und neue Energien (wie Separatorien für Feststoffbatterien) sowie weitere mehrdimensionale Technologiezweige und gilt als die "verborgene Stütze" in den Bereichen moderne Luft- und Raumfahrt, Hochleistungsanlagen, Elektronikinformationen, neue Energien und Medizintechnik.
Das Wesen der Industriekeramik besteht darin, spröde Materialien durch die Grenzkontrolle von mikroskopischen Korngrenzen und Phasenzusammensetzungen in Ingenieurlösungen zu verwandeln, die die Leistungsgrenzen zwischen Metallen und Polymeren übertreffen, und stellt die zugrunde liegende Technologie dar, die für das Leichtbau-Prinzip von Hochtemperaturbauteilen, die Miniaturisierung elektronischer Komponenten und die langfristige Langlebigkeit von Chemieanlagen verantwortlich ist.
Die tiefe Neugestaltung des globalen Wettbewerbsmusters. Mit der Vorantreibung der Initiative "Gürtel und Straße" haben Chinas Industriekeramiken die Expansion auf ausländische Märkte beschleunigt. Während sie die Exportvorteile traditioneller Baukeramik beibehalten, entwickeln sich Hochleistungselektronikkeramiken, Spezialkeramiken und andere Produkte mit hohem Mehrwert zunehmend zu einem neuen Wachstumsmotor für Exporte. Gleichzeitig verschärft sich der Wettbewerb um grenzüberschreitende technische Kooperationen und die Festlegung von Standards, wobei Unternehmen, die über Schlüsseltechnologien verfügen, in der globalen Industriekette eine dominierende Position einnehmen könnten.
Die Industriekeramikbranche Chinas befindet sich in einer kritischen Transformations- und Aufwertungsphase an der Schnittstelle strategischer Chancen. Vom Support der Modernisierung traditioneller Industrien bis hin zur Förderung von Durchbrüchen in aufstrebenden Branchen, die strategische Bedeutung von Industriekeramik wird zunehmend deutlicher. In Zukunft muss die Branche technologische Innovation als zentrale treibende Kraft nehmen, die Zusammenarbeit zwischen Wirtschaft, Hochschulen und Forschung stärken und Schlüsseltechnologien erobern; die grüne Transformation als Hintergrund für nachhaltige Entwicklung nutzen und eine Industrieökologie mit effizienter Ressourcennutzung aufbauen; die Markterschließung als Wachstumspol betrachten und die internationale Zusammenarbeit sowie Markenbildung vertiefen. Mit der ständigen Entfaltung politischer Vorteile und der kontinuierlichen Verbesserung der Marktnachfrage wird Chinas Industriekeramikbranche sicherlich einen Sprung von Nachahmung zu Führung erreichen und Chinas Prägung auf der globalen Karte neuer Materialien hinterlassen. Dieser Prozess steht nicht nur im Zusammenhang mit der Verbesserung der industriellen Wettbewerbsfähigkeit, sondern ist auch eine lebendige Umsetzung der Zielsetzung, technologische Unabhängigkeit zu erreichen und eine hochwertige Entwicklung voranzutreiben.
Mit der Weiterentwicklung der Materialwissenschaften und Fertigungstechnologien sind industrielle Keramiken zu einem unverzichtbaren Schlüsselmaterial in der modernen Industrie geworden.
Industrielle Keramiken bestehen hauptsächlich aus Metalloxiden (wie Al₂O₃, ZrO₂), Nitriden (wie Si₃N₄), Karbiden (wie SiC) und anderen nichtmetallischen Verbindungen. Ihre Leistungsmerkmale sind wie folgt:
Hohe Härte und Abriebfestigkeit: Industrielle Keramiken sind in der Regel härter als metallische Materialien. Aluminiumoxid-Keramik weist beispielsweise eine Mohshärte von 9 auf (nur dem Diamanten unterlegen), wodurch sie für Anwendungen in stark abnutzungsbelasteten Umgebungen geeignet ist.
Hitzebeständigkeit: Sie können Temperaturen über 1000 °C standhalten. Siliziumkarbid-Keramik bleibt beispielsweise bei 1600 °C stabil und wird häufig für Komponenten von Flugzeugtriebwerken verwendet.
Chemische Inertheit: Industrielle Keramik weist eine starke Widerstandsfähigkeit gegen korrosive Medien wie Säuren, Laugen und Salze auf. Zirkoniumdioxid-Keramik kann beispielsweise auch in stark sauren Umgebungen über einen langen Zeitraum hinweg eingesetzt werden.
Isolierung und Dielektrikum: Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid usw. sind hochwertige Isoliermaterialien, die weit verbreitet in elektronischen Substraten und Verpackungen verwendet werden.
Leichtgewicht: Nur 1/3-1/2 der Dichte von Metall, wodurch das Gewicht der Geräte reduziert und die Energieeffizienz verbessert wird.
Je nach Zusammensetzung und Verwendungszweck lässt sich Industriekeramik in folgende Kategorien unterteilen:
1. Oxidkeramiken
Aluminiumoxid-Keramik (Al₂O₃):
Die gängigste Industriekeramik mit einem Al₂O₃-Gehalt zwischen 75 % und 99,9 %; hohe Härte und gute Isolierungseigenschaften; wird bei mechanischen Dichtungen, elektronischen Substraten, Werkzeugen usw. eingesetzt.
Zirkoniumdioxid-Keramik (ZrO₂):
Hohe Zähigkeit (2-3-mal höhere Bruchzähigkeit als Aluminiumoxid), verschleißfest; wird bei zahnmedizinischen Restaurationen, Lagern, Rückseitenplatten für Mobiltelefone eingesetzt.
Berylliumoxid-Keramik (BeO):
Hohe Wärmeleitfähigkeit, wird zur Wärmeabfuhr bei Hochleistungselektronik eingesetzt, jedoch ist die Toxizität zu beachten.
2. Nichtoxid-Keramiken
Siliziumkarbid-Keramik (SiC):
Hohe Temperaturbeständigkeit und starke thermische Schockbeständigkeit, eingesetzt in Hochtemperatur-Ofenfuttern und Halbleiterfertigungsequipment.
Siliziumnitrid-Keramik (Si₃N₄):
Verfügt über hohe Festigkeit und thermische Schockbeständigkeit, eingesetzt in Turbinenrotoren, Kugellagern.
Aluminiumnitrid-Keramik (AlN):
Mit hoher Wärmeleitfähigkeit und Isolationsfähigkeit, ist das bevorzugte Material für LED-Substrate und Gehäuse für integrierte Schaltungen.
3. Die Kernanwendungsgebiete der Industriekeramik
Industrielle Keramik kann in Anwendungen mechanische, thermische, chemische und andere Funktionen übernehmen. Aufgrund der hohen Temperaturbeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Abriebfestigkeit, Erosionsbeständigkeit und weiterer Vorteile kann industrielle Keramik Metallmaterialien und organische Polymermaterialien in anspruchsvollen Arbeitsumgebungen ersetzen und ist zu einem unverzichtbaren Material bei der Transformation traditioneller Industrien, in neuen Industrien und in der High-Tech-Branche geworden. Sie findet zudem breite Anwendung in den Bereichen Energie, Luft- und Raumfahrt, Maschinenbau, Automobilindustrie, Elektronik, Chemie und anderen Branchen.
Diese Industriekeramiken weisen jeweils eigene Stärken auf und finden breite Anwendung, beispielsweise werden Keramiken mit hoher Härte und hoher Verschleißfestigkeit zur Herstellung von Maschinenteilen, Dichtungen, Schneidwerkzeugen und anderen Materialien eingesetzt. Keramiken mit hoher Verschleißfestigkeit, hoher Festigkeit und hoher Zähigkeit werden zur Produktion verschleißfester, leichtgewichtiger Bauteile, wärmebeständiger und wärmedämmender Teile, Dampfturbinenschaufeln, Kolbenköpfen usw. verwendet. Keramiken mit hoher Korrosionsbeständigkeit und guter chemischer Stabilität bei Kontakt mit biologischen Enzymen dienen zur Herstellung von Metallschmelztiegel, Wärmetauschern, Biomaterialien usw. Verschiedene Strukturmaterialien werden mithilfe von Keramiken erzeugt, die Neutronen einfangen und absorbieren. Diese Anwendungen sind nur einige Beispiele für den Einsatz von Industriekeramiken, deren Verwendungsmöglichkeiten äußerst vielfältig sind.
Als Kernmaterial der Hochleistungsproduktion des 21. Jahrhunderts treibt der Leistungsdurchbruch bei industriellen Keramiken Innovationen in den Bereichen Energie, Medizin, Halbleiter und anderen Branchen voran. Mit der Weiterentwicklung der Fertigungstechnologien und der Vertiefung der interdisziplinären Forschung werden industrielle Keramiken in Zukunft ein größeres Potenzial in Anwendungen unter extremen Umweltbedingungen, miniaturisierten Geräten und anderen Bereichen entfalten und so zu einem Schlüsseltrieb für Kohlenstoffneutralität und industrielle Modernisierung werden.
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