Ipari kerámiák

Az ipari kerámia magas hőmérsékleten sinterelt szervetlen nemfém anyagokból készülő nagyteljesítményű mérnöki anyag.

Az ipari kerámiaipar egy fémeket nem tartalmazó szervetlen anyagokon alapuló magas technológiájú iparág, amely pontatos formulatervezésen, ultrafinom porfeldolgozáson és magas hőmérsékletű sinterelési technológián keresztül állít elő extrém környezeti viszonyokhoz alkalmazkodó, nagy teljesítményt nyújtó szerkezeti alkatrészeket és funkcionális eszközöket. A hagyományos napi használati kerámiáktól eltérően, az ipari kerámiaipar magja a anyagtudomány, mérnöki mechanika és kémiai stabilitás kreatív integrálásában rejlik, amely a termékeknek egyedi teljesítményspektrumot biztosít, mint például ultra magas hőállóság, ultra magas keménység, korrózióállóság és alacsony sűrűség.
Az ipari kerámia ipar átfogja a strukturális kerámiákat (például mechanikai tömítések, vágószerszámok), az elektronikai kerámiákat (például félvezető alaplemezek, érzékelő chip-ek), bio-kerámiákat (például műízületek), valamint a nukleáris és új energia kerámiákat (például szilárdtest akkumulátor szeparátorok) és más, többdimenziós technológiai ágazatokat, amelyek a modern űrlégi és magas szintű felszerelések, elektronikus információs rendszerek, új energiaforrások és orvostechnikai területek „rejtett pillérei”.
Az ipari kerámiák lényege, hogy rideg anyagokat alakítson át olyan mérnöki megoldásokká, amelyek áttörhetik a fémek és polimerek közötti teljesítményhatárokat a mikroszkopikus szemcséközti határok és fázisösszetétel határolt szabályozásán keresztül, és ez az alapvető technológia felelős a magas hőmérsékletű alkatrészek könnyűségéért, az elektronikai komponensek kisméretűvé tételéért, valamint a kémiai berendezések hosszú távú élettartamáért.

A globális versenypattern mélyreható átalakítása. A „Belt and Road” kezdeményezés előrehaladásával Kína ipari kerámiái gyorsították a külföldi piacokon való jelenlét kialakítását. Míg a hagyományos építőipari kerámiák exportelőnyét fenntartják, a magas értékű elektronikai kerámiák, speciális kerámiák és egyéb magas hozzáadott értékű termékek új hajtóerővé válnak az exportnövekedésben. Ugyanakkor a határokon átnyúló technológiai együttműködésért és a szabványbeállítási jogokért folyó verseny egyre hevesebbé válik, és azok az vállalatok kerülhetnek domináns pozícióba a globális ipari láncban, amelyek a kulcsfontosságú technológiákat uralják.
Kína ipari kerámiapromóciója stratégiai lehetőségek keresztútján található átalakulás és fejlesztés kritikus időszakában. A hagyományos iparágak átalakításának és modernizálásának támogatásától kezdve az új iparágakban való áttörések megalapozásáig, az ipari kerámiák stratégiai értéke egyre hangsúlyosabbá válik. A jövőben az iparág fejlődésének központi mozgatórugója a technológiai innováció kell, hogy legyen, erősítve az ipar, a tudomány és a kutatás közötti együttműködést, és áttörést kell elérni a kulcsfontosságú technológiák terén; a zöld átalakulást kell a fenntartható fejlődés háttérként szolgáltatnia, és olyan ipari ökológia kialakítására törekedni, amelyben az erőforrások hatékony felhasználása valósul meg; a piaci bővítést növekedési tengelyként kezelni, elmélyítve a nemzetközi együttműködést és a márkaépítést. A folyamatosan megjelenő politikai előnyök és a piaci igények folyamatos fejlesztése révén, Kína ipari kerámiasegítő ipara bizonyosan át fog lépni a követéstől a vezetésig terjedő szakaszon, és Kína nyomát hagyja a globális új anyagok térképén. Ez a folyamat nem csupán az ipari versenyképesség javításával kapcsolatos, hanem élénk példája a tudományos és technológiai önállóság elérésének és a minőségi fejlődés előmozdításának.

Az anyagtudomány és gyártástechnológia fejlődésének köszönhetően az ipari kerámiák a modern iparban pótolhatatlan kulcsanyaggá váltak.

Az ipari kerámiák főként fémoxidokból (például Al₂O₃, ZrO₂), nitridekből (például Si₃N₄), karbidokból (például SiC) és más nemfém vegyületekből állnak, teljesítményjellemzőik a következők:
Nagy keménység és kopásállóság: Az ipari kerámiák általában keményebbek, mint a fém anyagok. Például az alumínium-oxid kerámiának a Mohs-keménysége 9 (csak a gyémánt keményebb nála), így alkalmas nagy kopásállóságot igénylő környezetekben való felhasználásra.
Magas hőállóság: Képesek 1000 °C feletti hőmérsékletek elviselésére, például a szilícium-karbid kerámiák 1600 °C-on is stabilak maradnak, ezért gyakran használják őket repülőgép-hajtómű alkatrészekhez.
Kémiai inaktivitás: Az ipari kerámiáknak erős ellenállása van korróziós közegekkel szemben, mint például savak, lúgok és sók. Például a cirkónium-oxid kerámiák hosszú ideig használhatók erős savas környezetben is.
Szigetelés és dielektrikum: Alumínium-oxid, alumínium-nitrid stb. magas minőségű szigetelőanyagok, amelyeket széles körben használnak elektronikai alapanyagokban és csomagolásokban.
Könnyűsúlyú: Csak a fém sűrűségének 1/3-1/2 része, csökkenti a berendezés súlyát és javítja az energiatakarékosságot.

Az összetétel és felhasználás alapján az ipari kerámiákat a következő kategóriákba sorolják:
1. Oxidkerámiák
Alumínium-oxid kerámiák (Al₂O₃):
A leggyakoribb ipari kerámiák, Al₂O₃ tartalom 75% és 99,9% között, magas keménység és jó szigetelés, alkalmazási területek: mechanikai tömítések, elektronikai alaplemezek, szerszámok stb.
Cirkónium-oxid kerámiák (ZrO₂):
Magas szívósság (2-3-szor nagyobb repedésállóság, mint az alumínium-oxidnál), kopásálló, fogászati restaurációkhoz, csapágyakhoz, mobiltelefon-hátlapokhoz használják.
Berillium-oxid kerámiák (BeO):
Magas hővezető-képesség, nagy teljesítményű elektronikai eszközök hűtésére használják, de ügyelni kell a mérgező hatásra.
2. Nem-oxid kerámiák
Szilícium-karbid kerámiák (SiC):
Magas hőállóság és erős hőütésállóság, magas hőmérsékletű kemencék burkolatában és félvezetőgyártó berendezésekben használják.
Szilícium-nitrid kerámiák (Si₃N₄):
Magas szilárdság és hőütésállóság is jellemzi, turbina-rotorokban, csapágygolyókban használják.
Alumínium-nitrid kerámiák (AlN):
Nagy hővezető-képességgel és szigeteléssel rendelkezik, ezért LED-alaplemezek és integrált áramkörök csomagolásának elsődleges anyaga.

3. Az ipari kerámiák fő alkalmazási területei

Az ipari kerámiák az alkalmazásokban mechanikai, hőmérsékleti, kémiai és egyéb funkciókat tölthetnek be. A magas hőállóság, korrózióállóság, kopásállóság, erózióállóság és egyéb előnyöknek köszönhetően az ipari kerámiák képesek fém anyagokat és szerves polimer anyagokat helyettesíteni kemény működési körülmények között, és elengedhetetlenné váltak a hagyományos ipar átalakításában, új iparágakban és a magas technológiában, széleskörűen alkalmazva energiaszektorban, légi- és űrhajózásban, gépiparban, autóiparban, elektronikában, vegyiparban és más területeken.

Ezek az ipari kerámiák saját előnyökkel rendelkeznek, és széles körben alkalmazzák őket, például nagy keménységű és kopásálló kerámiákat használnak mechanikus alkatrészek, tömítések, vágószerszámok és egyéb anyagok gyártásához, nagy kopásállóságú, nagy szilárdságú és nagy szívósságú kerámiákat alkalmaznak kopásálló, könnyű alkatrészek, hőálló és hőszigetelő alkatrészek, gőzturbinapengék, dugattyúfejek stb. gyártásához, valamint nagy korrózióállóságú, jó kémiai stabilitású kerámiákat, amelyek biológiai enzimekkel érintkezve is ellenállnak, fémolvasztáshoz használt tégelyek, hőcserélők, biológiai anyagok stb. gyártásához. Különféle szerkezeti anyagokat állítanak elő olyan kerámiákból is, amelyek neutronokat képesek elnyelni és megkötni. Ezek az alkalmazások csupán néhány példa az ipari kerámiák alkalmazásainak széles skálájából, amelyek rendkívül sokoldalúan használhatók.

A 21. század ipari gyártásának alapanyagaként az ipari kerámiák teljesítményének áttörése újítja meg az energia, az egészségügy, a félvezetőipar és más területeket. A gyártástechnológia fejlődésével és az interdiszciplináris kutatások elmélyítésével az ipari kerámiák nagyobb potenciált fognak kibontakoztatni extrém környezeti feltételek közötti felhasználásban, miniatürizált eszközökön és más területeken, így kulcsfontosságú tényezővé válnak a szénsemlegesség és az ipari átalakulás terén.