Entwicklung der fortschrittlichen keramischen Materialindustrie (二)

Entwicklung der fortschrittlichen keramischen Materialindustrie (二)

Poröse Keramik

Poröse Keramik ist eine Art keramisches Material mit einer großen Anzahl von miteinander verbundenen oder geschlossenen Poren, die die Vorteile einer hohen Temperaturbeständigkeit hat, Korrosionsbeständigkeit, Temperaturwechselbeständigkeit, Strukturelle Gestaltungsvielfalt, und ist im Umweltschutz weit verbreitet, Chemieingenieurwesen, Energie, Metallurgie, Konstruktion, Elektronik und andere Bereiche.

Porös Keramik wurde zuerst in großem Maßstab in den Vereinigten Staaten und Japan eingesetzt. Ihre Herstellung und Anwendungstechnologie hat sich schnell entwickelt und ist ausgereift geworden. Es gibt viele Arten von poröser Keramik. Gegenwärtig, Wabenkeramik, Schaumkeramik, Keramikmembranen, Schaumkeramik, etc. sind die Hauptanwendungen. Darunter auch, Wabenkeramik und Schaumkeramik nehmen einen sehr großen Anteil am internationalen Markt ein.

Transparente Keramik

Die transparente Keramik ist undurchsichtig, aber die optische Keramik ist so transparent wie Glas, deshalb wird sie transparente Keramik genannt. Aufgrund ihrer hohen Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Hitzebeständigkeit und anderer Eigenschaften von keramischen Materialien, sowie ihrer ausgezeichneten optischen Eigenschaften, hat sich die transparente Keramikmaterialindustrie in den letzten Jahren schnell entwickelt, und der industrielle Umfang hat sich erweitert. Laut Statistik, der weltweite Wert von transparenten Keramiken beträgt bis zu US $10 Milliarden.

Die transparente Keramik Materialindustrie hat ein mehrstufiges Konkurrenzmuster gebildet, und die industrielle Entwicklung jedes Landes hat ihre eigenen Vorteile. Die erste Stufe sind entwickelte Länder und Regionen wie die Vereinigten Staaten und Japan, die absolute Vorteile in wirtschaftlicher Stärke, Kerntechnologie, R&D-Kapazität haben, Marktanteil, etc.

Die zweite Stufe wird von China vertreten, Russia and other countries. The transparent ceramic material industry is in a period of rapid development. Globally, the monopoly of transparent ceramic material industry has intensified, and high-end technical barriers have become increasingly apparent. Zum Beispiel, WordLab of Japan, Hitachi of Japan, General Electric Company (GE) of the United States, Surmet of the United States, Dow Chemical of the United States, Samete Ceramics Co., GmbH. of the United States, Siemens of Germany, etc. have occupied a leading position in most transparent ceramic products with high technology content and high added value by virtue of technological research and development, capital, talent and other advantages, with technology and patents as barriers.

Nuclear ceramics

After nearly 80 years of development, the nuclear industry has become a focus industry worldwide, occupying an indispensable position in the field of national defense and energy development. Driven by application requirements, nuclear materials have been continuously optimized and developed, which has become an important guarantee and driving force for the iterative progress of nuclear technology.

Advanced nuclear ceramic materials are widely used in the nuclear industry because of their high strength, good resistance to high temperature, radiation and chemical corrosion, and unique neutron absorption properties, and become the key basic materials in nuclear reactors, defense and military industries. Gegenwärtig, the whole nuclear material industry is in its infancy, and some research results have not yet been commercialized, with huge market potential.

Key technologies such as high-quality nuclear-grade submicron powder, high-performance fiber, Verbundwerkstoffe und die entsprechende Formgebung und Verdichtung sind wichtige Bereiche für die Entwicklung der Industrie für nukleare keramische Materialien.

Der Einsatz spezieller keramischer Fasern und keramischer Matrixverbundwerkstoffe im Bereich der Kernenergie hat schon immer enorme Investitionen aus technologisch entwickelten Ländern angezogen.

Kernzellen sind ebenfalls eine der wichtigen Entwicklungsrichtungen der nuklearen Keramik in der Zukunft. Isotopen-Thermovoltaiksysteme haben einzigartige Vorteile bei der Erforschung des tiefen Weltraums, aber die Forschung und Entwicklung befinden sich noch im Laborprototypstadium.

Forschungsinstitute und Universitäten in den Vereinigten Staaten, Japan, der Schweiz und anderen Ländern haben eine Reihe von Forschungen und Entwicklungen zu keramikbasierten selektiven Emittermaterialien durchgeführt und gute Ergebnisse erzielt, aber sie haben noch nicht das praktische Niveau erreicht.

Im derzeitigen Stadium, befindet sich das Hyperschallfahrzeug noch in der Phase des Durchbruchs der Kerntechnologie und der experimentellen Phase des Modellfahrzeugs. Es ist die Hauptarena für den Wettbewerb verschiedener wissenschaftlicher, technologischer und militärischer Mächte, und hat eine Meilensteinbedeutung für die revolutionäre Entwicklung der Raumfahrt und der nationalen Verteidigungsstreitkräfte in der Zukunft.

Deshalb, Hitzebeständige Materialien und deren Herstellungstechnologien sind die Schlüsseltechnologien und Kernmaterialien, die für wiederverwendbare Fahrzeuge und Hyperschallfahrzeuge benötigt werden, und haben eine äußerst wichtige strategische Bedeutung.

Keramiksubstrat

Keramiksubstrate umfassen hauptsächlich Aluminiumsoxid-Substrate, Alumnitrid-Substrate, Siliziumnitrid-Substrate und Berylliumoxid-Substrate. Sie werden hauptsächlich in integrierten Schaltungen und Hochleistungs-Halbleiterbauelementen verwendet. Im Vergleich zu Metallsubstraten und Leiterplatten (Leiterplatten (PCBs)), haben keramische Substrate eine hohe Wärmeleitfähigkeit, hohe Isolierung und hohe Temperaturbeständigkeit.

Die Wärmeleitfähigkeit ist mehrere bis dutzende Male so hoch wie die von Metallsubstraten und Leiterplatten, und die Druckfestigkeit beträgt 3 An 5 das Mehrfache der von Metallsubstraten, Die Gebrauchstemperatur kann Hunderte bis Tausende Grad Celsius erreichen, daher haben die hergestellten Bauelemente eine höhere Integration, höhere Leistung, kleinere Gehäuseabmessungen und einen größeren Einsatztemperaturbereich.

Mit den steigenden Anforderungen von elektronischen Schaltkreisen und Leistungshalbleitern an Volumen und Wärmeleitfähigkeit, wird der Anteil keramischer Substrate zunehmen. Keramische Substrate sind ein wichtiges Basismaterial in vielen Bereichen, und seine zugehörigen Geräte und Produkte wurden in den Bereichen Energieübertragung, medical equipment, Mikrowellenkommunikation, Land- und Wassertransport, Luft- und Raumfahrt. Es ist ein unverzichtbares Schlüsselmaterial in verschiedenen verwandten Bereichen.

Elektronische Keramik

Elektronische Keramik hat eine große Vielzahl von Anwendungen. Ferroelektrische Materialien mit optischen, elektrischen und optoelektronischen Eigenschaften wurden weit verbreitet in Speicher, Erkennung, Sensor, Kommunikation und Militär eingesetzt; Halbleiter-Keramikmaterial ist der Schlüssel der Sensortechnologie und empfindlicher Komponenten, die eng mit Kommunikations- und Computertechnologie verbunden ist.

Komponentenhersteller weltweit haben stark in Forschung und Entwicklung neuer Produkte, neuer Technologien, neuer Prozesse, neuer Materialien und neuer Geräte der elektronischen Keramik und ihrer Komponenten investiert, of which the United States and Japan have been in the leading position.

Semiconductor ceramics have a very significant feature, Das heißt, its conductivity is very sensitive to external conditions such as pressure, Temperatur, humidity, atmosphere, and can change the physical quantity of the external environment into electrical signals. Semiconductor ceramics include thermosensitive ceramics, photosensitive ceramics, gas sensitive ceramics, pressure sensitive ceramics and humidity sensitive ceramics.

Deshalb, semiconductor ceramic is the key material of sensitive components and sensor technology, and plays a very important role in modern industrial technology, especially in computer, artificial intelligence and robot pattern recognition technology.

The research, development and even production of semiconductor ceramics involve many disciplines, such as physics, chemistry, Materialwissenschaft und -technik. Deshalb, Halbleiterkeramiken sind technologieintensive und wissensintensive Industrien. Japanische Produkte nehmen eine absolut dominante Position auf dem Weltmarkt ein, und die Vereinigten Staaten und Europa nehmen ebenfalls einen Teil des Marktes ein.

Japan hat offensichtliche Vorteile im Bereich mikrowellen-dielektrischer Keramiken. Es nutzt seine Industrialisierungsvorteile, um die Standardisierung und hohe Qualität mikrowellen-dielektrischer Keramiken zu fördern. Die Vereinigten Staaten konzentrieren sich auf nichtlineare mikrowellen-dielektrische Keramiken und mikrowellenkeramiken mit hoher Dielektrizitätskonstante. Europa konzentriert sich auf Materialien für Festfrequenzresonatoren. Südkorea hat sich in diesem Bereich ebenfalls schnell entwickelt.

Biokeramiken

Biokeramiken ist ein in den letzten Jahren aufkommendes Materialfeld, das weltweit große Aufmerksamkeit erhalten hat. Bioceramics refers to a class of ceramic materials used for specific biological or physiological functions, and biological, Medizinisch, biochemical and other ceramic materials directly used for or directly related to the human body.

They need not only high strength and toughness, but also biocompatibility, mechanical compatibility, antibacterial and other characteristics. Gegenwärtig, bioceramic enterprises are mainly multinational manufacturers, accounting for about 2/3 of the global bioceramic market, and the rest is mainly divided by hundreds of smaller competitors.

The global dental implant market is highly competitive, and there are only a few major companies in the market, namely Zimmer, Dentsply, Straumann and Nobel Biocare. The increase of the world’s aging population, lower tooth transplant rate and longer life span are the main market drivers, Während der Anstieg der städtischen Bevölkerung und des Verbrauchsniveaus ein weiterer Markttreiber ist.

Der größte Anwendungsmarkt für Biokeramiken ist Biokeramik für Transplantationen und medizinische Geräte mit analytischen und wissenschaftlichen Instrumenten. Biokeramik für Transplantationen umfasst Knochenmaterialien, die für Operationen notwendig sind, wie Zähne, künstliche Gelenke, Knochen, Sensoren, etc.

Um sicherzustellen, dass Biokeramiken langfristig ohne sekundären Schaden im menschlichen Körper bestehen können, müssen die mechanischen Eigenschaften, Stabilität, Elastizitätsmodul, etc. der Materialien und menschlicher Knochen nicht signifikant unterschiedlich sein. Zum Beispiel, Zirkon- und Aluminiumkeramiken können die ungünstige Umgebung des menschlichen Körpers aushalten, und Siliziumnitrid hat gute Biokompatibilität und antibakterielle Eigenschaften, was die Hauptforschungsbereiche der Knochenmaterialien sind.

Nano ceramic composites have important development potential in the field of bone materials. In vitro experiments have proved that osteoblasts can proliferate on the matrix composed of nano ceramic particles and coatings.

Aber, some studies have shown that such composite materials have certain biological toxicity and may cause inflammation or immune reaction leading to graft rejection, so they have not been applied in practice for the time being, and more experimental studies are needed to solve this problem in the future.

other

Advanced ceramic materials have high specific strength, hohe Zähigkeit, high chemical stability, and low density, high hardness and other advantages compared with metal materials. They show great application potential in armor materials, and become protective materials for many military equipment such as bullet-proof vests, bullet-proof vehicles, fighter aircraft, etc.

During the Second World War, the protective materials of equipment were mainly metal materials. Aber, with the improvement of weapon lethality and material development level, traditional materials could not meet the requirements of modern military development. Armor materials should meet the requirements of high hardness, hohe Festigkeit, high toughness and low density as much as possible, namely “three high and one low”.

As early as the middle of the 20th century, B4C materials were used in the field of bulletproof vests, and subsequently in the seat of fighter aircraft. In the 1970s, military powers such as Europe and the United States applied ceramic matrix composites in personnel carriers, tanks, and military aircraft. Zum Beispiel, Der britische Challenger-Panzer, EE-T1 Osorio Hauptkampfpanzer, etc. Gegenwärtig, Auf Schiffen im Ausland wurde eine große Anzahl von Panzerkeramiken verwendet.

Die Vereinigten Staaten haben Verbundpanzer aus Keramik an der Antenne und dem Turm von Schiffen verwendet, und es wird erwartet, dass auch ihre in Forschung befindlichen AAAV-Amphibienangriffsschiffe Verbundpanzer aus Keramik nutzen werden;
Panzerungsmaterialien im neuen Zeitalter entwickeln sich hauptsächlich in Richtung Widerstandsfähigkeit gegen Mehrfachtreffer, Verbesserung des Schutzes und der Mobilität, und Verringerung des Eigengewichts.

Das einzelne Keramikmaterial hat eine geringe Dichte, gute Druckbeständigkeit, gute Verschleiß- und Chemikalienbeständigkeit, ist aber leicht zerbrechlich und spröde. Diese Mängel beschränken auch seine Anwendung bis zu einem gewissen Grad. Deshalb, Die leichte Verbundpanzerung ist eine mehrschichtige Struktur, with ceramic plate as the main body and other composite materials.

Breaking through the structural design of traditional heavy composite armor, replacing the armor steel panel with high hardness ceramic panel, giving full play to the high hardness and high compressive strength of ceramics, can improve the ballistic performance of ceramic composite armor.

Within this family, alumina is the highest-volume grade — the process detail sits in precision cutting of alumina.

Häufig gestellte Fragen

What are advanced ceramic materials?

Engineered ceramics such as alumina, Zirkonia, Siliziumnitrid, und Siliziumkarbid, valued for extreme hardness, heat resistance, and chemical stability in semiconductor, Energie, Luft- und Raumfahrt, and medical uses.

Why are advanced ceramics difficult to machine?

They are extremely hard yet brittle: conventional cutting causes chipping and cracking. Diamond wire loop cutting applies low, continuous force with diamond abrasive, minimizing edge damage.

What drives demand for advanced ceramics?

Semiconductor equipment parts, photovoltaic and battery components, and medical implants are the fastest-growing demand sectors.

How are advanced ceramic parts typically cut?

Diamond wire loop saws for slicing and contouring, diamond grinding for finishing, and laser for some thin sections — with diamond wire increasingly preferred for thick, high-value parts.

Technische Inhalte geprüft vom Ensoll-Engineering-Team – einem Hersteller von Diamantdraht-Schleifen 10+ Jahre der Produktionserfahrung.