Cirkónium nanopor: Új anyag az 5G mobiltelefonok „mögött”

Forrás: Science and Technology Daily: A cirkónium-dioxid por hagyományos előállítási folyamata nagy mennyiségű hulladékot termel, különösen nagy mennyiségű, alacsony koncentrációjú lúgos szennyvizet, amelyet nehéz kezelni, és amely súlyos környezetszennyezést okoz. A nagy energiájú golyósmalom egy energiatakarékos és hatékony anyagelőkészítési technológia, amely javíthatja a cirkónium-dioxid kerámiák tömörségét és diszpergálhatóságát, és jó ipari alkalmazási lehetőségekkel rendelkezik. Az 5G technológia megjelenésével az okostelefonok csendben megváltoztatják saját „berendezéseiket”. Az 5G kommunikáció 3 gigahertz (Ghz) ​​feletti spektrumot használ, és milliméteres hullámhossza nagyon rövid. Ha az 5G mobiltelefon fém hátlapot használ, az komolyan zavarja vagy árnyékolja a jelet. Ezért a jelárnyékolás nélküli, nagy keménységű, erős érzékelésű és a fémes anyagokhoz közeli kiváló hőteljesítményű kerámia anyagok fokozatosan fontos választássá váltak a mobiltelefon-társaságok számára az 5G korszakba való belépéshez. Bao Jinxiao, a Belső-Mongóliai Tudományos és Technológiai Egyetem professzora újságíróknak elmondta, hogy fontos szervetlen, nemfémes anyagként az új kerámiaanyagok a legjobb választássá váltak az okostelefon-hátulak anyagaihoz. Az 5G korszakban a mobiltelefon-hátulakat sürgősen korszerűsíteni kell. Wang Sikai, a Belső-Mongóliai Jingtao Zirconium Industry Co., Ltd. (a továbbiakban: Jingtao Zirconium Industry) vezérigazgatója a riporternek elmondta, hogy a Counterpoint, egy világhírű kutatóintézet által közzétett adatok szerint a globális okostelefon-szállítások 2020-ban elérik az 1,331 milliárd darabot. A mobiltelefon-hátulakban használt cirkónium-kerámiák iránti növekvő kereslettel a kutatás-fejlesztés és az előállítási technológia is nagy figyelmet kapott. Mint új, rendkívül magas műszaki tartalmú kerámiaanyag, a cirkónium-kerámia alkalmas lehet azokra a zord munkakörnyezetekre, amelyekre a fémes anyagok, a polimer anyagok és a legtöbb más kerámiaanyag nem alkalmas. Szerkezeti elemként a cirkónium kerámia termékeket számos iparágban alkalmazzák, például az energiaiparban, a repülőgépiparban, a gépiparban, az autóiparban, az orvosi ellátásban stb., és a globális éves fogyasztás meghaladja a 80 000 tonnát. Az 5G korszak megjelenésével a kerámia eszközök nagyobb technológiai előnyöket mutattak a mobiltelefon-hátlapok gyártásában, és a cirkónium kerámiák szélesebb körű fejlesztési kilátásokkal rendelkeznek. „A cirkónium kerámiák teljesítménye közvetlenül függ a porok teljesítményétől, így a nagy teljesítményű porok szabályozható előállítási technológiájának fejlesztése a legfontosabb láncszemmé vált a cirkónium kerámiák előállításában és a nagy teljesítményű cirkónium kerámia eszközök fejlesztésében” – mondta Wang Sikai őszintén. „A zöld, nagy energiájú golyósőrlési módszer nagyon keresett a szakértők körében.” A cirkónium-dioxid nanopor hazai gyártása többnyire nedves kémiai eljárással történik, és a ritkaföldfém-oxidot stabilizátorként használják a cirkónium-dioxid nanopor előállításához. Ez az eljárás nagy termelési kapacitással és a termékek kémiai összetevőinek jó egyenletességével rendelkezik, de a hátránya, hogy a gyártási folyamat során nagy mennyiségű hulladék keletkezik, különösen nagy mennyiségű, alacsony koncentrációjú lúgos szennyvíz, amelyet nehéz kezelni, és ha nem megfelelően kezelik, súlyos szennyezést és károkat okoz az ökológiai környezetben. „A felmérés szerint körülbelül 50 tonna víz szükséges egy tonna ittriummal stabilizált cirkónium-dioxid kerámiapor előállításához, ami nagy mennyiségű szennyvizet eredményez, és a szennyvíz visszanyerése és kezelése jelentősen megnöveli a termelési költségeket” – mondta Wang Sikai. „A kínai környezetvédelmi törvény javulásával a cirkónium-dioxid nanoport nedves kémiai módszerrel előállító vállalkozások példátlan nehézségekkel néznek szembe. Ezért sürgősen szükség van egy zöld és alacsony költségű cirkónium-dioxid nanopor előállítási technológiának kidolgozására. „Ennek fényében a cirkónium-dioxid nanopor tisztább és alacsonyabb energiafogyasztású gyártási eljárással történő előállítása kutatási gócponttá vált, amelyek közül a nagy energiájú golyósőrlési módszer a legkeresettebb a tudományos és technológiai körökben. Bao Jin regénye. A nagy energiájú golyósőrlés mechanikai energia felhasználását jelenti kémiai reakciók kiváltására vagy az anyagok szerkezetének és tulajdonságainak megváltoztatására, új anyagok előállítására. Új technológiaként nyilvánvalóan csökkentheti a reakció aktiválási energiáját, finomíthatja a szemcseméretet, nagymértékben javíthatja a porrészecskék eloszlásának egyenletességét, javíthatja az aljzatok közötti határfelületi kombinációt, elősegítheti a szilárd ionok diffúzióját és alacsony hőmérsékletű kémiai reakciókat indukálhat, ezáltal javítva az anyagok tömörségét és diszpergálhatóságát. Ez egy energiatakarékos és hatékony anyagelőkészítési technológia, jó ipari alkalmazási lehetőségekkel. Az egyedi színező mechanizmus színes kerámiákat hoz létre. A nemzetközi piacon a cirkónium-dioxid nanopor anyagok az ipari fejlődés szakaszába léptek. Wang Sikai újságíróknak elmondta: „A fejlett országokban és régiókban, mint például az Egyesült Államokban, Nyugat-Európában és Japánban, a cirkónium-nanopor gyártási mennyisége nagy, és a termékleírások viszonylag teljesek. Különösen az amerikai és japán multinacionális vállalatoknak van nyilvánvaló versenyelőnye a cirkónium-kerámia szabadalmakban. Wang Sikai szerint jelenleg Kína új kerámiagyártó ipara gyors fejlődésben van, és a kerámiapor iránti kereslet évről évre növekszik, ezért egyre sürgetőbb az új nanométeres cirkónium-dioxid gyártási folyamatának fejlesztése. Az elmúlt két évben néhány hazai kutatóintézet és vállalat is elkezdte önállóan kutatni és gyártani a cirkónium-nanoport, de a kutatás és fejlesztés nagy része még mindig a laboratóriumi kisméretű kísérleti gyártás szakaszában van, kis termeléssel és egyetlen fajtával. A Ceramic Zirconia Industry által megvalósított „Színes ritkaföldfém cirkónium-nanopor” projektben a cirkónium-nanoport nagy energiájú golyósőrléssel szilárd fázisú reakciós módszerrel állították elő.” Őrlőközegként vizet használnak a részecskék őrléséhez és finomításához, így 100-as méretű, nem agglomerált szemcsepor keletkezik. „Nanométerek is előállíthatók, ami nem szennyezi a felületet, alacsony a költsége és jó a gyártási stabilitása” – mondta Bao Xin. Az előállítási technológia nemcsak az 5G mobiltelefon kerámia hátlap, a repülőgép turbinák hővédő bevonóanyagai, a kerámia golyók, a kerámia kések és más termékek porkövetelményeit elégíti ki, hanem népszerűsíthető és alkalmazható további kerámia porok, például cérium-oxid kompozit por előállításában is. Az önállóan kifejlesztett színező mechanizmus szerint a Ceramic Circonia Industry műszaki csapata szilárd fázisú szintézist és kompozit módszert alkalmazott a színezéshez extra fémionok bevezetése nélkül a folyamat optimalizálása révén. Az ezzel a módszerrel előállított cirkónium-dioxid kerámiák nemcsak magas színtelítettséggel és jó nedvesíthetőséggel rendelkeznek, hanem nem befolyásolják a cirkónium-dioxid kerámiák eredeti mechanikai tulajdonságait sem. „Az új technológiával előállított színes ritkaföldfém cirkónium por eredeti részecskemérete nanométer, amely egyenletes részecskemérettel, magas szinterelési aktivitással, alacsony szinterelési hőmérséklettel és így tovább rendelkezik. A hagyományos gyártási eljáráshoz képest az átfogó energiafogyasztás jelentősen csökken. A termelési hatékonyság és a kerámiafeldolgozás hozama jelentősen javul. „Az ezzel a módszerrel előállított fejlett kerámiaeszközök kiváló tulajdonságokkal rendelkeznek, mint például a nagy szilárdság, a nagy szívósság és a nagy keménység” – mondta Wang Sikai.