Нанопорошок диоксида циркония: новый материал для создания мобильного телефона 5G

Источник: Science and Technology Daily: Традиционный процесс производства порошка циркония приведет к образованию большого количества отходов, особенно большого количества щелочных сточных вод с низкой концентрацией, которые трудно очищать, что приводит к серьезному загрязнению окружающей среды. Высокоэнергетическая шаровая мельница является энергосберегающей и эффективной технологией подготовки материалов, которая может улучшить компактность и диспергируемость циркониевой керамики и имеет хорошие перспективы промышленного применения. С появлением технологии 5G смартфоны незаметно меняют свое собственное «оборудование». Связь 5G использует спектр выше 3 гигагерц (ГГц), а ее длина волны миллиметрового диапазона очень коротка. Если мобильный телефон 5G использует металлическую заднюю панель, она будет серьезно мешать сигналу или экранировать его. Поэтому керамические материалы с характеристиками отсутствия экранирования сигнала, высокой твердостью, сильным восприятием и превосходными тепловыми характеристиками, близкими к металлическим материалам, постепенно стали важным выбором для компаний, производящих мобильные телефоны, чтобы войти в эру 5G. Бао Цзиньсяо, профессор Университета науки и технологий Внутренней Монголии, сообщил журналистам, что новые керамические материалы, являясь важным неорганическим неметаллическим материалом, стали лучшим выбором для материалов для задних плат смартфонов. В эпоху 5G задние платы мобильных телефонов необходимо срочно модернизировать. Ван Сикай, генеральный директор Inner Mongolia Jingtao Zirconium Industry Co., Ltd. (далее именуемой Jingtao Zirconium Industry), сообщил журналисту, что согласно данным, опубликованным Counterpoint, всемирно известным исследовательским институтом, мировые поставки смартфонов достигнут 1,331 миллиарда единиц в 2020 году. С ростом спроса на циркониевую керамику, используемую в задних платах мобильных телефонов, ее НИОКР и технология подготовки также привлекли большое внимание. Как новый керамический материал с чрезвычайно высоким техническим содержанием, циркониевый керамический материал может быть пригодным для суровых рабочих условий, для которых металлические материалы, полимерные материалы и большинство других керамических материалов не подходят. В качестве структурных деталей изделия из циркониевой керамики применяются во многих отраслях промышленности, таких как энергетика, аэрокосмическая промышленность, машиностроение, автомобилестроение, медицина и т. д., а мировое годовое потребление составляет более 80 000 тонн. С наступлением эры 5G керамические устройства продемонстрировали большие технологические преимущества в изготовлении задних плат мобильных телефонов, а циркониевая керамика имеет более широкие перспективы развития. «Характеристики циркониевой керамики напрямую зависят от характеристик порошков, поэтому разработка контролируемой технологии приготовления высокопроизводительных порошков стала наиболее важным звеном в приготовлении циркониевой керамики и разработке высокопроизводительных циркониевых керамических устройств», — откровенно сказал Ван Сикай. Зеленый метод высокоэнергетической шаровой мельницы пользуется большим спросом у экспертов. Внутреннее производство нанопорошка циркония в основном использует мокрый химический процесс, а оксид редкоземельного металла используется в качестве стабилизатора для производства нанопорошка циркония. Этот процесс имеет характеристики большой производственной мощности и хорошей однородности химических компонентов продукции, но недостатком является то, что в процессе производства будет производиться большое количество отходов, особенно большое количество щелочных сточных вод с низкой концентрацией, которые трудно очищать, и если с ними не обращаться должным образом, это приведет к серьезному загрязнению и нанесению ущерба экологической среде. «Согласно исследованию, для производства одной тонны стабилизированного иттрием циркониевого керамического порошка требуется около 50 тонн воды, что приведет к образованию большого количества сточных вод, а восстановление и очистка сточных вод значительно увеличат себестоимость продукции», - сказал Ван Сикай. С улучшением китайского законодательства об охране окружающей среды предприятия, готовящие нанопорошок циркония мокрым химическим методом, сталкиваются с беспрецедентными трудностями. Поэтому существует острая необходимость в разработке экологически чистой и недорогой технологии приготовления нанопорошка циркония. «На этом фоне он стал исследовательской горячей точкой для приготовления нанопорошка циркония с помощью более чистого и низкоэнергетического производственного процесса, среди которых метод шаровой мельницы высокой энергии является наиболее востребованным в научных и технологических кругах. «Новинка Бао Цзинь. Шаровая мельница высокой энергии относится к использованию механической энергии для инициирования химических реакций или для инициирования изменений в структуре и свойствах материалов, чтобы приготовить новые материалы. Как новая технология, она, очевидно, может снизить энергию активации реакции, измельчить размер зерна, значительно улучшить однородность распределения частиц порошка, улучшить комбинацию интерфейса между подложками, способствовать диффузии твердых ионов и вызвать низкотемпературные химические реакции, тем самым улучшая компактность и дисперсность материалов. Это энергосберегающая и эффективная технология подготовки материалов с хорошими перспективами промышленного применения. Уникальный механизм окрашивания создает цветную керамику. На международном рынке циркониевые нанопорошки вышли на стадию промышленного освоения. Ван Сикай сказал журналистам: «В развитых странах и регионах, таких как США, Западная Европа и Япония, масштабы производства нанопорошка циркония велики, а спецификации продукта относительно полны. Особенно американские и японские многонациональные компании, имеют очевидные конкурентные преимущества в патенте циркониевой керамики. По словам Ван Сикай, в настоящее время новая керамическая промышленность Китая находится в стадии быстрого развития, и спрос на керамический порошок растет с каждым годом, поэтому становится все более и более актуальной разработка процесса производства нового нанометрового циркония. За последние два года некоторые отечественные научно-исследовательские институты и предприятия также начали самостоятельно исследовать и производить нанопорошок циркония, но большая часть исследований и разработок все еще находится на стадии мелкосерийного опытного производства в лаборатории с небольшим объемом производства и одним сортом. В проекте «Цветной редкоземельный нанопорошок циркония», реализуемом Ceramic Zirconia Industry, нанопорошок циркония был приготовлен путем высокоэнергетического шарового измельчения в твердом состоянии Метод реакции. «Вода используется в качестве измельчающей среды для измельчения и очистки частиц, благодаря чему можно получить неагломерированный зернистый порошок размером 100 нанометров, который не загрязняет окружающую среду, имеет низкую стоимость и хорошую стабильность партии». Бао Синь сказал. Технология приготовления может не только удовлетворить требования к порошку керамической задней панели мобильного телефона 5G, материалов для термобарьерного покрытия для авиационных турбинных двигателей, керамических шариков, керамических ножей и других продуктов, но также может быть популяризирована и применена при приготовлении большего количества керамических порошков, таких как приготовление композитного порошка оксида церия. Согласно самостоятельно разработанному механизму окрашивания, техническая группа Ceramic Zirconium Industry приняла твердофазный синтез и композитный метод для окрашивания без введения дополнительных ионов металлов посредством оптимизации процесса. Циркониевая керамика, полученная этим методом, не только имеет высокую насыщенность цвета и хорошую смачиваемость, но и не влияет на исходные механические свойства циркониевой керамики. «Исходный размер частиц цветного редкоземельного циркониевого порошка, полученного на основе новой технологии, составляет нанометр, который имеет характеристики однородного размера частиц, высокой активности спекания, низкой температуры спекания и т. д. По сравнению с традиционным производственным процессом, комплексное потребление энергии значительно снижается. Эффективность производства и выход керамической обработки значительно улучшаются. «Усовершенствованные керамические устройства, изготовленные этим методом, обладают превосходными свойствами, такими как высокая прочность, высокая ударная вязкость и высокая твердость», — сказал Ван Сикай.