Промышленная керамика

Техническая керамика представляет собой высокопрочный конструкционный материал, получаемый спеканием неорганических неметаллических материалов при высоких температурах.

Промышленная керамическая отрасль является высокотехнологичной отраслью, основанной на неметаллических неорганических материалах, которая производит высокопрочные конструкционные детали и функциональные устройства с исключительной устойчивостью к экстремальным условиям окружающей среды благодаря точному проектированию составов, обработке сверхтонких порошков и высокотемпературной спекательной технологии. В отличие от традиционной бытовой керамики, ее основной ценностью является творческое интегрирование материаловедения, инженерной механики и химической стабильности, что обеспечивает уникальные эксплуатационные характеристики продукции, такие как сверхвысокая термостойкость, сверхвысокая твердость, коррозионная стойкость и низкая плотность.
Промышленная керамика включает в себя структурную керамику (например, механические уплотнения, режущие инструменты), электронную керамику (например, полупроводниковые подложки, чипы сенсоров), биокерамику (например, искусственные суставы), керамику для ядерной энергетики и новую энергетику (например, сепараторы для твердотельных аккумуляторов) и другие многомерные технологические направления, являясь «скрытым опорным столпом» в современных областях авиакосмической отрасли, высокотехнологичного оборудования, электронной информационной техники, новых источников энергии и медицинских технологий.
Сутью промышленной керамики является превращение хрупких материалов в инженерные решения, которые преодолевают границы характеристик между металлами и полимерами посредством предельного контроля микроскопических границ зерен и фазового состава, являясь базовой технологией, обеспечивающей облегчение высокотемпературных компонентов, миниатюризацию электронных компонентов и долговечность химического оборудования.

Глубокое преобразование глобального паттерна конкуренции. С продвижением инициативы «Пояс и путь» китайская промышленная керамика ускорила освоение зарубежных рынков. Сохраняя экспортные преимущества традиционной строительной керамики, высокотехнологичные электронные керамические материалы, специальные керамические изделия и другие высокодобавленные продукты становятся новым двигателем роста экспорта. В то же время конкуренция за трансграничное техническое сотрудничество и право установления стандартов становится все более острой, компании, владеющие ключевыми технологиями, получают возможность занять доминирующее положение в глобальной промышленной цепочке.
Китайская промышленность промышленной керамики находится в критический период трансформации и модернизации на перепутье стратегических возможностей. От поддержки модернизации традиционных отраслей до обеспечения прорывов в новых отраслях, стратегическое значение промышленной керамики становится все более заметным. В будущем отрасли необходимо сделать инновации в области технологий ядром динамического развития, усилить совместные инновации между промышленностью, университетами и научными исследованиями, а также добиться прорыва в ключевых технологиях; принять зеленую трансформацию как основу устойчивого развития и создать промышленную экосистему, эффективно использующую ресурсы; принять расширение рынка в качестве точки роста, углублять международное сотрудничество и строительство брендов. С постоянным высвобождением дивидендов политики и постоянным повышением рыночного спроса, китайская промышленность промышленной керамики обязательно совершит скачок от следования к лидерству и оставит китайский след на карте новых материалов мира. Этот процесс связан не только с повышением конкурентоспособности промышленности, но и является яркой практикой достижения научно-технической самостоятельности и продвижения качественного развития.

С развитием материаловедения и производственных технологий промышленная керамика стала незаменимым ключевым материалом в современной промышленности.

Промышленная керамика в основном состоит из оксидов металлов (таких как Al₂O₃, ZrO₂), нитридов (таких как Si₃N₄), карбидов (таких как SiC) и других неметаллических соединений, а также обладает следующими эксплуатационными характеристиками:
Высокая твердость и износостойкость: промышленная керамика обычно тверже металлических материалов. Например, у оксидно-алюминиевой керамики твердость по Моосу составляет 9 баллов (ниже только у алмаза), что делает ее пригодной для использования в условиях сильного износа.
Жаростойкость: способна выдерживать температуры свыше 1000 °C, например, карбид кремния сохраняет стабильность при температуре 1600 °C и часто используется в компонентах авиационных двигателей.
Химическая инертность: промышленная керамика обладает высокой стойкостью к коррозионным средам, таким как кислоты, щелочи и соли. Например, циркониевая керамика может длительное время использоваться в условиях воздействия сильных кислот.
Изоляция и диэлектрики: оксид алюминия, нитрид алюминия и др. являются высококачественными изоляционными материалами, широко используемыми в электронных подложках и упаковке.
Легкий: всего 1/3-1/2 плотности металла, что снижает вес оборудования и повышает энергоэффективность.

По составу и применению промышленная керамика делится на следующие категории:
1. Оксидная керамика
Керамика из оксида алюминия (Al₂O₃):
Самая распространенная промышленная керамика, содержание Al₂O₃ от 75% до 99,9%, высокая твердость и хорошая изоляция, используется в механических уплотнениях, электронных подложках, инструментах и т.д.
Керамика из оксида циркония (ZrO₂):
Высокая прочность (в 2-3 раза выше вязкость разрушения по сравнению с оксидом алюминия), износостойкость, используется в стоматологических конструкциях, подшипниках, задних панелях мобильных телефонов.
Керамика из оксида бериллия (BeO):
Высокая теплопроводность, используется для отвода тепла от высокомощных электронных устройств, но необходимо учитывать токсичность.
2. Неоксидная керамика
Керамика карбида кремния (SiC):
Обладает высокой термостойкостью и сильной устойчивостью к термическому удару, используется для футеровки высокотемпературных печей и оборудования для производства полупроводников.
Керамика нитрида кремния (Si₃N₄):
Обладает как высокой прочностью, так и устойчивостью к термическому удару, применяется в турбинных роторах, шариках подшипников.
Керамика нитрида алюминия (AlN):
Обладает высокой теплопроводностью и изоляционными свойствами, является предпочтительным материалом для подложек светодиодов и упаковки интегральных схем.

3. Основные области применения промышленной керамики

Промышленная керамика может выполнять механические, тепловые, химические и другие функции в различных применениях. Благодаря высокой термостойкости, коррозионной стойкости, износостойкости, устойчивости к эрозии и другим преимуществам, промышленная керамика может заменять металлические и органические полимерные материалы в тяжелых условиях эксплуатации и стала незаменимым материалом в модернизации традиционной промышленности, новых отраслях и высоких технологиях, а также имеет широкое применение в энергетике, авиакосмической отрасли, машиностроении, автомобилестроении, электронике, химической промышленности и других областях.

Эти промышленные керамические материалы обладают своими преимуществами и широко используются, например, керамика с высокой твердостью и износостойкостью применяется для производства механических деталей, уплотнений, режущих инструментов и других материалов; керамика с высокой износостойкостью, высокой прочностью и высокой ударной вязкостью используется для изготовления износостойких, легких деталей, жаропрочных и теплоизоляционных деталей, лопаток паровых турбин, верхних частей поршней и т. д.; керамика с высокой коррозионной стойкостью и хорошей химической стабильностью, контактирующая с биологическими ферментами, применяется для производства тиглей для плавки металлов, теплообменников, биоматериалов и т. д. Различные конструкционные материалы производятся с использованием керамики, поглощающей и удерживающей нейтроны. Эти применения — лишь некоторые из возможностей промышленной керамики, которая имеет очень широкую область применения.

В качестве основного материала высокотехнологичного производства в XXI веке, прорыв в характеристиках промышленной керамики стимулирует инновации в энергетике, медицине, полупроводниковой промышленности и других областях. С развитием технологий производства и углублением междисциплинарных исследований, промышленная керамика раскроет еще больший потенциал в применении в экстремальных условиях, миниатюрных устройствах и других областях, став ключевым драйвером углеродной нейтральности и модернизации промышленности.