Промислові керамічні матеріали

Промислові керамічні матеріали – це високоякісний інженерний матеріал, який виготовляється шляхом спікання неорганічних неметалічних матеріалів при високих температурах.

Індустрія промислової кераміки — це високотехнологічна галузь, заснована на неметалевих неорганічних матеріалах, яка виготовляє високоякісні конструкційні деталі та функціональні пристрої з екстремальною стійкістю до зовнішнього середовища шляхом точного проектування формул, обробки наддрібного порошку та технології високотемпературного спікання. На відміну від традиційної побутової кераміки, її основна цінність полягає в творчому поєднанні матеріалознавства, інженерної механіки та хімічної стабільності, що надає продуктам унікальні експлуатаційні характеристики, такі як надвисокий опір до температури, надвисока твердість, стійкість до корозії та низька густина.
Промислова кераміка охоплює структурну кераміку (наприклад, механічні ущільнення, різальні інструменти), електронну кераміку (наприклад, напівпровідникові підкладки, сенсорні чіпи), біокераміку (наприклад, штучні суглоби), кераміку для ядерної енергетики та нових видів палива (наприклад, сепаратори для твердотільних акумуляторів) та інші багатовимірні технологічні напрямки, що є «прихованими стовпами» у сучасних авіакосмічних технологіях, високотехнологічному обладнанні, електроніці, нових джерелах енергії та медичній техніці.
Сутність промислової кераміки полягає у перетворенні крихких матеріалів на інженерні рішення, які подолають межі продуктивності між металами та полімерами шляхом граничного контролю мікроскопічних меж зерен та фазового складу, і є базовою технологією, відповідальною за зменшення ваги високотемпературних компонентів, мініатюризацію електронних елементів та тривалий термін служби хімічного обладнання.

Глибока реконструкція глобального патерну конкуренції. З розвитком ініціативи «Пояс та шлях», промислова кераміка Китаю прискорила освоєння зарубіжних ринків. Зберігаючи експортні переваги традиційної архітектурної кераміки, високотехнологічна електронна кераміка, спеціальна кераміка та інші високододані продукти стають новим двигуном експортного зростання. У той же час конкуренція за транскордону технічну співпрацю та право встановлення стандартів стає все більш жорсткою, і підприємства, що володіють ключовими технологіями, матимуть змогу зайняти домінуюче становище в глобальному промисловому ланцюжку.
Китайська промислова керамічна галузь перебуває на критичному етапі трансформації та модернізації в умовах стратегічних можливостей. Від підтримки модернізації традиційних галузей до створення умов для прориву в нових галузях, стратегічна цінність промислової кераміки стає все більш помітною. У майбутньому галузь має за основу технологічних інновацій, посилити співпрацю у сфері інновацій між промисловістю, університетами та науковими дослідженнями, а також досягти прориву в ключових технологіях; прийняти зелену трансформацію як фон сталого розвитку та створити промислову екосистему з ефективного використання ресурсів; прийняти розширення ринку як фактор зростання та поглибити міжнародне співробітництво та побудову бренду. З постійним надходженням політичних дивідендів та постійним підвищенням ринкового попиту, китайська промислова керамічна галузь обов’язково здійснить стрибок від наслідування до лідерства та залишить китайський слід на глобальній карті нових матеріалів. Цей процес не тільки пов’язаний з підвищенням конкурентоспроможності галузі, але й є яскравою практикою досягнення науково-технічної самостійності та сприяння високоякісного розвитку.

З розвитком матеріалознавства та виробничих технологій промислова кераміка стала незамінним ключовим матеріалом у сучасній промисловості.

Промислова кераміка переважно складається з металевих оксидів (таких як Al₂O₃, ZrO₂), нітридів (таких як Si₃N₄), карбідів (таких як SiC) та інших неметалічних сполук, а також має наступні експлуатаційні характеристики:
Висока твердість і зносостійкість: Промислова кераміка зазвичай твердіша, ніж металеві матеріали. Наприклад, корундова кераміка має твердість за Моосом 9 (після алмазу), що робить її придатною для використання в умовах сильного зношування.
Жаростійкість: Здатна витримувати температури понад 1000 °C, наприклад, карбід кремнію залишається стабільним при температурі 1600 °C і часто використовується в компонентах авіаційних двигунів.
Хімічна інертність: промислова кераміка має високу стійкість до корозійних середовищ, таких як кислоти, луги та солі. Наприклад, цирконієва кераміка може тривалий час використовуватися в умовах сильної кислотності.
Діелектричні та ізоляційні матеріали: оксид алюмінію, нітрид алюмінію тощо є високоякісними ізоляційними матеріалами, що широко використовуються в електронних підкладках і корпусах.
Легкість: має щільність усього 1/3-1/2 від металу, що зменшує вагу обладнання та підвищує енергоефективність.

За складом і призначенням промислова кераміка поділяється на такі категорії:
1. Оксидна кераміка
Кераміка з оксиду алюмінію (Al₂O₃):
Найпоширеніша промислова кераміка, вміст Al₂O₃ від 75% до 99,9%, висока твердість і гарна ізоляція, застосовується в механічних ущільненнях, електронних підкладках, інструментах тощо.
Кераміка з оксиду цирконію (ZrO₂):
Висока в’язкість (в 2-3 рази більша тріщиностійкість порівняно з оксидом алюмінію), зносостійкість, використовується в стоматологічних конструкціях, підшипниках, задніх кришках мобільних телефонів.
Кераміка з оксиду берилію (BeO):
Висока теплопровідність, використовується для відводу тепла від високопотужних електронних пристроїв, але слід враховувати токсичність.
2. Неоксидна кераміка
Кераміка карбіду кремнію (SiC):
Висока стійкість до високих температур і сильного термічного удару, використовується для високотемпературних муфельних печей і обладнання для виробництва напівпровідників.
Кераміка нітриду кремнію (Si₃N₄):
Має високу міцність і стійкість до термічного удару, використовується в турбінних роторах, кульових підшипниках.
Кераміка нітриду алюмінію (AlN):
Володіє високою теплопровідністю та ізоляційними властивостями, є основним матеріалом для субстратів світлодіодів і корпусів інтегральних мікросхем.

3. Основні сфери застосування промислової кераміки

Промислова кераміка може виконувати механічні, теплові, хімічні та інші функції в різних застосуваннях. Завдяки високій стійкості до високих температур, корозії, зношення, ерозії та іншим перевагам, промислова кераміка може замінювати металеві та органічні полімерні матеріали в умовах важких робочих середовищ і стала незамінним матеріалом у модернізації традиційних галузей промисловості, нових галузях та високих технологіях, знаходячи широке застосування в енергетиці, авіації та космонавтиці, машинобудуванні, автомобільній промисловості, електроніці, хімічній промисловості та інших галузях.

Ці промислові кераміки мають власні переваги та широко використовуються, наприклад, для виготовлення механічних частин, ущільнень, різального інструменту та інших матеріалів застосовують кераміку з високою твердістю та зносостійкістю, для виготовлення зносостійких, легких частин, жароміцних та теплоізоляційних деталей, лопаток парових турбін, верхніх частин поршнів тощо використовують кераміку з високою зносостійкістю, міцністю та високою в'язкістю, а для виготовлення тиглів для плавлення металів, теплообмінників, біоматеріалів тощо використовують кераміку з високою стійкістю до корозії та доброю хімічною стабільністю при контакті з біологічними ферментами. Різноманітні конструкційні матеріали виготовляють із застосуванням кераміки, яка захоплює та поглинає нейтрони. Ці застосування — це лише окремі приклади використання промислової кераміки, а сфери її застосування надзвичайно широкі.

Як основний матеріал високотехнологічного виробництва XXI століття, прорив у характеристиках промислової кераміки стимулює інновації в галузях енергетики, медицини, напівпровідників та інших сферах. Разом із розвитком виробничих технологій та поглибленням міждисциплінарних досліджень, промислова кераміка розкриє свій більший потенціал у застосуванні в екстремальних умовах, мініатюрних пристроях та інших галузях, стаючи ключовим чинником у досягненні карбонейтральності та модернізації промисловості.