Keramika przemysłowa

Ceramika przemysłowa to materiał o wysokiej wydajności, wytwarzany poprzez spiekanie nieorganicznych materiałów niemetalicznych w wysokiej temperaturze.

Przemysł ceramiki technicznej to wysokich technologii sektor oparty na nieorganicznych materiałach niemetalicznych, który produkuje elementy konstrukcyjne o wysokiej wydajności oraz urządzenia funkcyjne o ekstremalnej odporności na warunki środowiskowe dzięki precyzyjnemu projektowaniu składu, przetwarzaniu ultra drobnoziarnistego proszku oraz technologii spiekania w wysokiej temperaturze. W przeciwieństwie do tradycyjnej ceramiki użytkowej, jego wartość nadrzędna tkwi w kreatywnym połączeniu materiałoznawstwa, mechaniki technicznej i stabilności chemicznej, nadając produktom unikalne właściwości takie jak ekstremalna odporność na wysokie temperatury, bardzo duża twardość, odporność na korozję oraz niska gęstość.
Przemysł ceramiki technicznej obejmuje ceramikę konstrukcyjną (taką jak uszczelnienia mechaniczne, narzędzia tnące), ceramikę elektroniczną (taką jak podłoża półprzewodnikowe, czujniki krzemowe), bioceramikę (taką jak protezy stawów), ceramikę do zastosowań jądrowych oraz ceramikę nowych źródeł energii (taką jak separatory do baterii stało-elektrolitowych) oraz inne, wielowymiarowe gałęzie technologii, stanowiąc „ukryty fundament” współczesnej lotnictwa, wysokich technologii, elektroniki, nowych źródeł energii i medycyny.
Istotą ceramiki przemysłowej jest przekształcanie kruchych materiałów w inżynieryjne rozwiązania, które przełamują granice wydajności między metalami a polimerami dzięki precyzyjnej kontroli mikroskopijnych granic ziaren i składu fazowego, stanowiąc podstawową technologię umożliwiającą lekkie konstrukcje elementów wysokotemperaturowych, miniaturyzację komponentów elektronicznych oraz długotrwałą trwałość urządzeń chemicznych.

Głęboka rekonstrukcja globalnego wzorca konkurencji. Wraz z postępem inicjatywy "Pasz i Droga", chińska ceramika przemysłowa przyspieszyła ekspansję na rynki zagraniczne. Utrzymując przewagę eksportową tradycyjnej ceramiki budowlanej, produkty o wysokiej wartości dodanej, takie jak ceramika elektroniczna wysokiej klasy, ceramika specjalistyczna oraz inne, stają się nowym silnikiem wzrostu eksportu. Jednocześnie konkurencja o technologiczną współpracę transgraniczną i prawa do ustalania standardów staje się coraz bardziej zacięta, a przedsiębiorstwa posiadające kluczowe technologie mogą zająć dominującą pozycję w globalnym łańcuchu wartości przemysłowych.
Chiński przemysł ceramiki technicznej znajduje się w kluczowym okresie transformacji i modernizacji na skrzyżowaniu strategicznych możliwości. Od wspierania modernizacji tradycyjnych gałęzi przemysłu po wspomaganie przełomów w przemysłach nowych, strategiczna wartość ceramiki technicznej staje się coraz bardziej widoczna. W przyszłości sektor ten będzie potrzebował innowacji technologicznych jako głównego czynnika napędzającego, wzmocnienia innowacyjnej współpracy między przemysłem, uczelniami i instytutami badawczymi oraz przełomu w kluczowych technologiach; za zieloną transformację należy przyjąć tło rozwoju zrównoważonego i stworzyć ekosystem przemysłowy charakteryzujący się efektywnym wykorzystaniem zasobów; za rozwój rynku należy przyjąć wzrost biegunowy i pogłębić współpracę międzynarodową oraz budowę marki. Wraz z kolejnymi ulgami politycznymi i nieustannym podnoszeniem się wymogów rynkowych, chiński przemysł ceramiki technicznej z pewnością dokona skoku od naśladowania do wyprzedzania i wyrysuje chiński znak na globalnej mapie nowych materiałów. Ten proces nie tylko wiąże się z podniesieniem konkurencyjności przemysłowej, ale także stanowi żywą praktyką osiągnięcia niezależności technologicznej i promowania rozwoju o wysokiej jakości.

Dzięki postępowi w dziedzinie nauki o materiałach i technologii produkcji ceramika przemysłowa stała się niezastąpionym kluczowym materiałem w nowoczesnej przemyśle.

Ceramika przemysłowa składa się głównie z tlenków metali (takich jak Al₂O₃, ZrO₂), azotków (takich jak Si₃N₄), węglików (takich jak SiC) oraz innych związków niemetalicznych, a jej właściwości charakterystyczne są następujące:
Wysoka twardość i odporność na zużycie: Ceramika przemysłowa jest zazwyczaj twardsza niż materiały metaliczne, na przykład twardość korundowa ceramiki tlenkowej wynosi 9 w skali Mohsa (drugie miejsce po diamencie), co czyni ją odpowiednią do zastosowań w warunkach intensywnego zużycia.
Odporność na wysoką temperaturę: Może wytrzymać temperatury powyżej 1000°C, na przykład ceramika węglikowo-krzemowa zachowuje stabilność nawet w temperaturze 1600°C i jest często stosowana w komponentach silników lotniczych.
Obojętność chemiczna: Ceramika przemysłowa wykazuje dużą odporność na środowiska korozyjne, takie jak kwasy, zasady i sole, na przykład ceramika cyrkonowa może być stosowana przez długi czas w środowiskach silnie kwaśnych.
Izolacja i dielektryki: Tlenek glinu, azotek glinu itp. to wysokiej jakości materiały izolacyjne szeroko stosowane w podłożach i obudowach elektronicznych.
Lekkość: Gęstość wynosi jedynie 1/3-1/2 gęstości metalu, co zmniejsza wagę urządzeń i poprawia efektywność energetyczną.

Ze względu na skład i zastosowanie, ceramika przemysłowa dzieli się na następujące kategorie:
1. Ceramika tlenkowa
Ceramika tlenkowo-glinowa (Al₂O₃):
Najczęściej stosowana ceramika przemysłowa, zawiera od 75% do 99,9% Al₂O₃, charakteryzuje się dużą twardością i dobrą izolacją, stosowana w uszczelnieniach mechanicznych, podłożach elektronicznych, narzędziach itp.
Ceramika zirkonowa (ZrO₂):
Wysoka odporność (2-3 razy większa odporność na pękanie niż ceramika tlenkowo-glinowa), odporna na ścieranie, stosowana w protezach dentystycznych, łożyskach, tylnych pokrywach telefonów komórkowych.
Ceramika z tlenku berylu (BeO):
Wysoka przewodność cieplna, stosowana do odprowadzania ciepła z urządzeń elektronicznych o dużej mocy, należy jednak zwracać uwagę na toksyczność.
2. Ceramika nieutleniona
Ceramika węglika krzemu (SiC):
Odporna na wysokie temperatury i silne wstrząsy termiczne, stosowana w wysokotemperaturowych obłożeniach pieców i urządzeniach do produkcji półprzewodników.
Ceramika azotku krzemu (Si₃N₄):
Posiada zarówno dużą wytrzymałość, jak i odporność na wstrząsy termiczne, stosowana w rotorach turbin, kulkach łożyskowych.
Ceramika azotku glinu (AlN):
O wysokiej przewodności cieplnej i właściwościach izolacyjnych, jest materiałem wyboru dla podłoży LED i obudów układów scalonych.

3. Kluczowe obszary zastosowań ceramiki przemysłowej

Ceramika przemysłowa może pełnić funkcje mechaniczne, termiczne, chemiczne i inne w zastosowaniach. Dzięki odporności na wysokie temperatury, korozję, zużycie, erozję i innym zaletom, ceramika przemysłowa może zastąpić materiały metalowe i organiczne polimery w trudnych warunkach pracy oraz stać się nieodzownym materiałem w transformacji przemysłu tradycyjnego, przemyśle nowych gałęzi i wysokich technologii, a także znaleźć szerokie zastosowanie w energetyce, lotnictwie i kosmonautyce, przemyśle maszynowym, motoryzacji, elektronice, przemyśle chemicznym i innych dziedzinach.

Te ceramiki przemysłowe mają swoje własne zalety i są powszechnie stosowane, na przykład ceramiki o dużej twardości i wysokiej odporności na zużycie stosuje się do produkcji części maszyn, uszczelnień, narzędzi tnących i innych materiałów, ceramiki o wysokiej odporności na zużycie, dużej wytrzymałości i ciągliwości wykorzystuje się do produkcji odpornych na zużycie, lekkich części, elementów odpornych na wysoką temperaturę i izolacji termicznej, łopatek turbin parowych, głów tłoków itp., a ceramiki o wysokiej odporności na korozję i dobrej stabilności chemicznej w kontakcie z enzymami biologicznymi używa się do produkcji tygli do topienia metali, wymienników ciepła, materiałów biologicznych itp. Różne materiały konstrukcyjne wytwarza się również z ceramik pochłaniających i absorbujących neutrony. Te zastosowania to jedynie niektóre przykłady zastosowania ceramik przemysłowych, a zakres ich zastosowań jest bardzo szeroki.

Jako materiał rdzeniowy zaawansowanej produkcji w XXI wieku, przełom w właściwościach ceramiki przemysłowej napędza innowacje w dziedzinach takich jak energia, medycyna, przemysł półprzewodników i inne. Wraz z postępem technologii wytwarzania oraz pogłębianiem badań interdyscyplinarnych, ceramika przemysłowa wyzwoli większy potencjał w zastosowaniach w ekstremalnych warunkach środowiskowych, urządzeniach miniaturyzowanych i innych obszarach, stając się kluczowym czynnikiem napędzającym neutralność węglową i modernizację przemysłu.