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항공 우주 분야
고급 세라믹이라고도 불리는 고성능 특수 세라믹 재료는 주로 현대 재료 공정을 사용하여 고순도 합성 무기 화합물로 제조된 독특하고 우수한 특성을 가진 세라믹 재료를 말합니다. 따라서 이 재료는 저밀도, 고온 내산화성, 내부식성, 낮은 열팽창 계수, 낮은 크리프 등의 장점을 가진 세라믹 매트릭스 복합재(CMC)의 제조에 사용됩니다. 항공/우주항공/무기/해양과 같은 첨단 기술 분야. 그 중 실리콘 카바이드계 세라믹 복합재료는 가장 집중적으로 연구되고 가장 상용화된 고성능 특수 세라믹 재료이다.
세라믹 매트릭스 복합 블레이드가 있는 터빈 로터
연소 엔진, 항공 우주 엔진, 가스 터빈 핫엔드 구성 요소의 출력 효율을 향상시키기 위해서는 600℃~1200℃의 고온과 복잡한 응력의 상호 작용을 견뎌야 하는 재료 요구 사항이 매우 까다롭습니다. 고온 합금과 비교할 때 실리콘 카바이드는 고온을 견딜 수 있을 뿐만 아니라 밀도가 고온 합금의 1/4~1/3에 불과하므로 엔진의 무게를 더 줄일 수 있으며 동일한 연료 부하 , 항공기의 범위와 폭탄 적재량을 크게 늘릴 수 있습니다.
수요 측면에서 추력 대 중량비가 높은 항공기 엔진의 완성, 우주선 기술에 대한 긴급한 요구 및 급속한 개발로 CMC는 차세대 소재로서 이미 군사 및 민간 응용 분야에서 큰 발전 가능성을 보여주었습니다. . MarketsandMarkets 예측에 따르면, 세계 세라믹 매트릭스 복합재 시장은 2016-2026년 10년 동안 9.65%의 CAGR로 빠르게 성장하여 2026년에는 75억 1000만 달러에 달할 것입니다.
외국 실리콘 카바이드 섬유는 일찍 시작되었고 강력한 기술 보유력을 가지고 있습니다. 극도로 높은 기술적 장벽으로 인해 가격은 지속적으로 높으며 지속적으로 중국에 대한 수출이 금지됩니다.
세라믹 매트릭스 복합재
세라믹 매트릭스 복합 재료는 무엇입니까? 세라믹을 모체로 하고 각종 섬유를 함유한 복합재료의 일종입니다. 세라믹 매트릭스는 질화규소 및 탄화규소와 같은 고온 구조용 세라믹일 수 있습니다. 이러한 고급 세라믹은 고온 저항성, 높은 강도 및 강성, 상대적으로 가벼운 무게 및 내부식성과 같은 우수한 특성을 가지고 있지만 치명적인 약점은 부서지기 쉽고 응력 상태에서 재료 파손으로 이어지는 경우 균열이 발생하거나 파손될 수 있다는 것입니다. 매트릭스와 함께 고강도, 고탄성 섬유 합성물을 사용하는 것은 세라믹의 인성과 신뢰성을 향상시키는 효과적인 방법입니다. 매트릭스와 함께 고강도, 고탄성 섬유 합성물을 사용하는 것은 세라믹의 인성과 신뢰성을 향상시키는 효과적인 방법입니다. 섬유는 균열의 확장을 방지할 수 있으므로 인성이 우수한 섬유 강화 세라믹 매트릭스 복합 재료를 얻을 수 있습니다.
세라믹 매트릭스 복합 재료는 액체 로켓 엔진 노즐, 미사일 안테나 커버, 우주 왕복선 노즈 콘, 항공기 브레이크 디스크 및 고급 자동차 브레이크 디스크 등에 사용되어 첨단 기술을 위한 신소재의 중요한 분야가 되었습니다.
세라믹 재료는 내마모성이 우수하고 경도가 높으며 내식성이 좋기 때문에 매우 광범위하게 적용됩니다. 그러나 세라믹의 가장 큰 단점은 부서지기 쉽고 균열 및 기공 등에 민감하다는 점이다. 1980년대 이후 세라믹 소재에 입자, 휘스커, 섬유 등을 첨가하여 얻은 세라믹 기반 복합재료는 세라믹의 인성을 크게 향상시켰다.
고강도, 고탄성률, 저밀도, 고온 저항성, 내마모성, 내식성, 우수한 인성을 지닌 세라믹 매트릭스 복합재는 고속 절삭 공구 및 내연 기관 부품에 사용되었습니다. 그러나 이러한 재료의 개발은 더디며 잠재력은 아직 더 개발되지 않았습니다. 연구는 고출력 내연기관용 강화 터빈, 항공우주 차량용 열 부품, 자동차 엔진용 금속 대신 석유화학 용기, 폐기물 소각 처리 장비와 같은 고온 소재 및 내마모성 및 내식성 소재에 대한 응용에 중점을 두고 있습니다. , 등.
도자기라고 하면 사람들은 당연히 깨지기 쉬운 성질을 떠올립니다. 10여 년 전만 해도 엔지니어링 분야에서 하중을 견디는 부품으로 사용된다면 누구도 받아들이기 어려웠을 것입니다. 지금까지 세라믹 복합재료에 관해서는 일부 사람들은 원래 세라믹과 재료가 서로 관련이 없는 두 가지 기본 재료라는 사실을 인식하지 못할 수 있지만 사람들이 세라믹과 금속을 교묘하게 결합한 후에야 이 재료의 개념이 근본적으로 변경되었습니다. 세라믹 매트릭스 합성물.
세라믹 매트릭스 복합 재료는 유망한 새로운 구조항공 우주 산업, 특히 항공 엔진 제조 응용 분야에서 점점 더 독특함을 보여주고 있는 소재. 경량 및 고경도의 장점 외에도 세라믹 매트릭스 복합재는 고경도에 대한 우수한 내성을 가지고 있으며 세라믹 매트릭스 복합재는 또한 고온 및 고온 부식에 대한 우수한 내성을 가지고 있습니다. 현재 세라믹 매트릭스 복합재료는 고온에 견디는 면에서 금속 내열 재료를 능가하고 기계적 성질과 화학적 안정성이 뛰어나 고성능 터빈 엔진의 고온 영역에 이상적인 우수한 재료입니다.
전 세계 국가들은 차세대 고급 엔진의 재료 요구 사항에 대응하여 질화 규소 및 탄화 규소 강화 세라믹 재료에 집중하고 있으며 특히 현대 항공 엔진의 응용 분야에서 큰 발전을 이루었습니다. 예를 들어, 미국 시험 항공기의 F120 엔진, 연소실의 고온 부분의 일부인 고압 터빈 씰은 세라믹 재료로 만들어집니다. 예를 들어, 프랑스 M88-2 엔진의 연소 챔버와 노즐도 세라믹 기반 합성물로 만들어집니다.
탄소/탄소 복합재
탄소/탄소 합성물이란 무엇입니까? 탄소 섬유와 그 직물로 강화된 탄소 매트릭스 복합 재료입니다. 저밀도(<2.0g/cm³), 고강도, 비탄성률, 열전도율, 저팽창계수, 우수한 마찰성능, 우수한 내열충격성, 높은 치수안정성 등의 장점을 가지고 있어 특히 1650℃ 이상에서 적용되는 대체 소재는 거의 없으며 최고 이론 온도는 2600℃보다 훨씬 높아 세계에서 가장 유망한 고온 소재 중 하나로 간주됩니다.
탄소/탄소 복합재는 우수한 고온 특성을 많이 가지고 있지만 400℃ 이상의 호기성 환경에서 산화되어 재료의 성능이 급격히 저하됩니다. 따라서 고온의 호기성 환경에서 탄소/탄소 복합재를 적용하려면 산화 방지 조치가 있어야 합니다. 탄소/탄소 복합재의 산화 보호는 주로 두 가지 방법을 통해 이루어집니다. 즉, 낮은 온도에서 표면 활성 부위의 매트릭스 변형 및 패시베이션을 통해 산화 보호 목적으로 탄소/탄소 복합재가 산소와 직접 접촉하는 것을 방지할 수 있습니다. 현재 가장 많이 사용되는 방법은 코팅 방법이며, 기술이 계속 발전함에 따라 탄소/카본 복합재의 초고온 성능에 대한 의존도가 높아지고 있으며, 초고온 조건에서 유일하게 실현 가능한 산화 방지 솔루션은 코팅 보호뿐일 수 있습니다. .
C/C 매트릭스 복합재는 최근 몇 년 동안 세계에서 더 높은 온도 저항을 위한 가장 가치 있는 신소재 중 하나라는 점을 언급할 가치가 있습니다. C/C 복합재료만이 추력비가 20 이상이고 엔진 입구 온도가 1930-2227℃에 이르는 터빈 로터 블레이드의 후계자로 만들 수 있는 유일한 재료로 간주되기 때문입니다. 21세기 미국이 집중 개발한 고온내열 소재, 특히 전 세계 선진 공업국들이 추구하는 최고의 전략적 목표였다.
소위 C/C 매트릭스 복합재는 탄소 섬유 강화 탄소 기본 복합재로, 탄소의 가용성과 탄소 섬유의 고강도 및 고강성을 하나로 결합하여 깨지지 않는 손상을 나타냅니다. C/C 매트릭스 복합재료는 경량, 고강도, 우수한 열안정성, 우수한 열전도성을 가지고 있기 때문에 오늘날 가장 이상적인 내열성 소재이며, 특히 1000-1300℃의 고온 환경에서 강도가 저하될 뿐만 아니라 감소하지만 증가할 수 있습니다. 특히 1650℃ 이하의 상온 환경에서도 여전히 강도와 바람을 유지한다. 따라서 C/C 매트릭스 복합재는 항공우주 제조 산업에서 발전 가능성이 매우 큽니다.
항공 엔진 응용 분야에서 C/C 기반 복합재의 주요 문제 중 하나는 열악한 내산화성이므로 최근 몇 년 동안 미국은 이 문제를 해결하기 위해 일련의 공정 조치를 취했으며 점차적으로 새로운 엔진. 예를 들어, F119 엔진의 테일 노즐, 노즐 및 연소실도 C/C 기반 복합 재료로 만들어집니다.
기계적 베어링 분야
베어링은 기계 장비의 매우 중요한 구성 요소이며 매우 일반적으로 사용됩니다. 주요 기능은 기계 회전체를 지지하고 움직일 때 마찰 계수를 줄이고 회전 정확도를 보장하는 것입니다. 그 역할은 "기계의 관절"로 알려진 인간 관절의 역할과 유사하며 모든 회전의 영혼입니다.기계, 그래서 그것은 또한 기계 산업의 칩으로 알려져 있습니다.
질화 규소 재료는 밀도가 작고 경도가 높으며 내열성, 내식성, 전기 절연성, 비 침투성, 높은 압축 강도, 우수한 자기 윤활성 및 기타 여러 가지 점을 갖춘 고강도 인공 결정입니다. 질화 규소 재료의 높은 압축 강도와 합금강의 높은 굽힘 강도 및 우수한 인성의 장점으로 만들어진 하이브리드 세라믹 베어링은 경량, 높은 최종 속도, 작은 마찰 토크, 우수한 주행 정확도와 같은 일련의 장점을 가지고 있습니다. ordinaty 스틸 볼 베어링에 비해 고온에서 긴 서비스 수명.
질화규소 세라믹 볼 베어링은 세계에서 가장 많이 연구되고 최고 성능을 발휘하며 가장 널리 사용되는 고급 세라믹 베어링입니다. 실리콘 질화물 세라믹 볼 베어링은 세라믹 베어링과 거의 동의어입니다. Foresight Industrial Reserach Institute 데이터에 따르면 질화규소 세라믹 베어링 볼 시장의 소매 규모는 2020년에 701억 위안에 도달했으며, 시장 규모는 2021년에 723억 위안에 도달할 것으로 예상되며 연평균 복합 성장률은 11.26%입니다. 2025년에는 신에너지 자동차를 주요 성장 포인트로 하여 1,108억 위안에 이를 것으로 예상됩니다.
공급 측면에서 질화규소 구체의 주요 글로벌 제조업체는 Toshiba, Tsubaki, Nakashima, CoorsTek, AKS 및 IndustrialTectonicsInc를 포함하며, 이는 전 세계 질화규소 구체 시장 점유율의 45%를 차지합니다. 아시아 태평양은 현재 48%의 시장 점유율로 질화규소 분야에서 가장 큰 시장이며 유럽과 북미가 그 뒤를 잇고 있습니다.
새로운 에너지 분야
전자 기술의 급속한 발전과 신에너지 차량에 대한 세계적인 수요와 함께 리튬 이온 배터리는 고용량, 경량, 재충전 가능 및 낮은 자체 방전이라는 이점으로 많은 응용 분야에서 시장을 지배하고 있습니다. 현재 중국은 세계 최대의 리튬 배터리 생산기지이며 중국 리튬 배터리의 발전 잠재력은 엄청나다. 그러나 수많은 휴대폰 자연 발화, 전기 자동차 화재, 폭발 및 기타 안전 경보를 울리는 사고가 발생하는 등 리튬 이온 배터리의 안전 및 사이클 수명에는 여전히 문제가 있습니다.
AlOOH 세라믹 복합 다이어프램의 Sem 및 구조 개략도
세라믹 다이어프램 코팅 재료는 일반적으로 알루미나와 베마이트 중에서 선택됩니다. 리튬 이온 배터리는 전극(양극 및 음극), 절연체(격막), 전해질 및 쉘의 네 부분으로 구성되며, 그 중 격막은 핵심 내부 구성 요소 중 하나이며 리튬 이온을 내장 및 탈착할 수 있을 뿐만 아니라 -배터리의 사이클링 성능을 보장하기 위해 양극과 음극 사이에 내장되어 있지만 작업 엔지니어링 중에 양극과 음극을 분리하여 배터리의 안전 성능을 보장합니다. 사이클 성능 및 안전 성능 고려 사항을 위해 국내외 다이어프램 제조업체는 세라믹 다이어프램을 목표로 합니다. 왜냐하면 세라믹 다이어프램은 유기 용제 저항성, 전해질과의 우수한 상용성, 높은 흡수율, 높은 인장 강도, 높은 천공 강도, 낮은 열 수축률, 높은 필름 파손 때문입니다. 온도, 낮은 열 수축률.
BYD의 리튬 배터리 분리막 발명 특허 "배터리 분리막 및 이의 제조 방법"(CN201310750910.7)에 따르면, 무기 코팅 슬러리에서 물의 질량 비율은 76%이고, 고체 물질 세라믹 코팅 입자와 수지의 질량 비율은 재료는 각각 22%와 2%입니다. 따라서 bomite로 대표되는 세라믹 코팅 입자는 리튬전지 코팅재료의 가장 중요한 원료이다.
수요 측면에서 EVTank와 Ivey Institute of Economics가 공동으로 발표한 "중국 리튬이온 배터리 분리막 산업 백서(2020)"에 따르면 2019년 중국의 리튬 배터리 코팅 재료 출하량은 15,500톤, 그 중 14,000톤의 무기 코팅재가 출하되어 90.32%를 차지하며, 유기 코팅재, 유기 및 무기 코팅재의 조합이 10% 미만을 차지하며, 무기 코팅재가 시장 코팅재의 주류를 이루고 있습니다. 2025년에는 무기계 코팅재 사용량이 40억4000만㎡에 달할 것으로 예상된다.
공급 측면에서 국가 도자기 재료의 확장과 함께 국내 세라믹 코팅 분야는 두 가지 크고 작은 경쟁 패턴을 보일 것입니다. 리튬전지 코팅 소재 분야에서 통계에 따르면 2019년 독일의 NabaltecAG 리튬전지는 Bumite 출하량이 48만 톤으로 37%를 차지하며 세계 1위, One Stone은 Bumite 출하량 47만 톤으로 리튬전지를 통과했다. 36%를 차지하는 세계 2위,국내 최초.
차량 배기가스 흡착 분야
최근 몇 년 동안 중국 정부가 환경 보호 문제를 중시함에 따라 대형 디젤 배출 규제가 업그레이드되었으며 한도가 점점 더 엄격해지고 있습니다. 다가오는 National VI 표준은 세계에서 가장 엄격한 배출 표준 중 하나로 간주됩니다.
벌집형 세라믹은 내부 벌집형 통로가 많은 세라믹 소재입니다. 셀룰러 세라믹은 높은 기공 밀도와 큰 비표면적이라는 장점이 있습니다. 열팽창 계수가 낮고 열 안정성이 우수합니다. 산 및 알칼리 저항 및 유기 용제, 우수한 내식성; 우수한 기계적 성질; 항균성 등이 우수하다. 주로 활성촉매 및 촉매첨가제 담지 작업용 촉매장치의 담체로 사용되며 배기가스 처리 촉매용 촉매 담체로 가장 많이 사용되고 있다.
국내 허니컴 세라믹 시장은 여전히 외국 기업이 독점하고 있으며 국내 비즈니스 분야는 수입 대체 공간이 넓습니다.
고순도 알루미나 분말은 백색 미세 분말, 입자 크기가 균일하고 분산하기 쉽고 화학적 성질이 안정하며 고온 수축 성능이 적당하며 소결 성능이 우수합니다. 자동차 배기 가스 세라믹 코팅에 널리 사용됩니다. 자동차 배기 촉매의 활성 성분은 일반적으로 특정 분산, 열 안정성 및 기계적 강도를 보장하기 위해 코팅에 부착되어야 합니다. 알루미나의 다양한 결정형 중에서 γ-Al2O3는 강한 흡착력과 큰 비표면적을 가지고 있으며 현재 사용되는 주요 코팅 재료입니다.
국가 6개 표준에 따라 디젤 차량의 DOC 및 DPF는 알루미나 코팅에 사용되며 Cellular Ceramic Association의 통계에 따르면 코팅 부피는 셀룰러 세라믹 부피의 약 20%로 계산할 수 있습니다. 약 120g/L에서 디젤 차량에 사용됩니다. 국내 알루미나 수요는 2022년 11,171톤에 이를 것으로 추정된다.
이 기사는 iacechina.com에서 가져온 것입니다.
우리 서비스가 필요한 이유는 프로젝트가 제대로 수행되고 기능하는지 확인할 수 있는 전문 지식과 경험을 갖춘 고도로 자격을 갖춘 전문가를 확보하고 있다는 것입니다.
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