Zirkoniumoksidin nanojauhe: Uusi materiaali 5G-matkapuhelimen "taustaksi"

Lähde: Science and Technology Daily: Zirkoniumoksidijauheen perinteinen tuotantoprosessi tuottaa suuren määrän jätettä, erityisesti suuren määrän matalapitoista emäksistä jätevettä, jota on vaikea käsitellä ja joka aiheuttaa vakavaa ympäristön saastumista. Suuritehoinen kuulamylly on energiaa säästävä ja tehokas materiaalinvalmistustekniikka, joka voi parantaa zirkoniumoksidikeraamien kompaktiutta ja dispergoituvuutta ja jolla on hyvät teolliset sovellusmahdollisuudet. 5G-teknologian myötä älypuhelimet muuttavat hiljaa omia "laitteitaan". 5G-viestintä käyttää yli 3 gigahertsin (GHz) taajuuksia, ja sen millimetriaallonpituus on hyvin lyhyt. Jos 5G-matkapuhelimessa käytetään metallista taustalevyä, se häiritsee tai suojaa signaalia vakavasti. Siksi keraamiset materiaalit, joilla ei ole signaalisuojausta, ovat korkea kovuus, vahva havaintokyky ja erinomaiset lämpöominaisuudet lähellä metallimateriaaleja, ovat vähitellen tulleet tärkeäksi valinnaksi matkapuhelinyhtiöille 5G-aikakauteen siirtymisessä. Sisä-Mongolian tiede- ja teknologiayliopiston professori Bao Jinxiao kertoi toimittajille, että tärkeänä epäorgaanisena ei-metallisena materiaalina uudet keraamiset materiaalit ovat nousseet parhaaksi valinnaksi älypuhelinten taustalevyjen materiaaleiksi. 5G-aikakaudella matkapuhelinten taustalevyjä on päivitettävä kiireellisesti. Sisä-Mongolian Jingtao Zirconium Industry Co., Ltd.:n (jäljempänä Jingtao Zirconium Industry) toimitusjohtaja Wang Sikai kertoi toimittajalle, että maailmankuulun tutkimuslaitoksen Counterpointin julkaisemien tietojen mukaan älypuhelinten maailmanlaajuiset toimitukset saavuttavat 1,331 miljardia yksikköä vuonna 2020. Matkapuhelinten taustalevyissä käytettävien zirkoniumkeraamien kysynnän kasvaessa myös niiden tutkimus- ja kehitystyö sekä valmistusteknologia ovat herättäneet paljon huomiota. Uutena, erittäin teknisesti korkeatasoisena keraamisena materiaalina zirkoniumkeraamiset materiaalit voivat kestää vaativia työympäristöjä, joihin metallimateriaalit, polymeerimateriaalit ja useimmat muut keraamiset materiaalit eivät sovellu. Zirkoniumoksidikeraamisia tuotteita on käytetty rakenneosina monilla teollisuudenaloilla, kuten energia-, ilmailu- ja avaruusteollisuudessa, koneissa, autoteollisuudessa, lääketieteellisessä hoidossa jne., ja niiden maailmanlaajuinen vuotuinen kulutus on yli 80 000 tonnia. 5G-aikakauden myötä keraamiset laitteet ovat osoittaneet suurempia teknologisia etuja matkapuhelinten taustalevyjen valmistuksessa, ja zirkoniumoksidikeraamisilla on laajemmat kehitysnäkymät. ”Zirkoniumoksidikeraamien suorituskyky riippuu suoraan jauheiden suorituskyvystä, joten korkean suorituskyvyn jauheiden hallittavan valmistustekniikan kehittämisestä on tullut kriittisin lenkki zirkoniumoksidikeraamien valmistuksessa ja korkean suorituskyvyn zirkoniumoksidikeraamisten laitteiden kehittämisessä”, Wang Sikai sanoi suoraan. ”Vihreä korkeaenerginen kuulamyllymenetelmä on asiantuntijoiden keskuudessa erittäin kysytty.” Zirkoniumoksidin nanojauheen kotimainen tuotanto tapahtuu pääasiassa märkäkemiallisella menetelmällä, ja harvinaisten maametallien oksidia käytetään stabilointiaineena zirkoniumoksidin nanojauheen valmistuksessa. Tällä prosessilla on suuri tuotantokapasiteetti ja tuotteiden kemiallisten komponenttien hyvä tasaisuus, mutta haittana on, että tuotantoprosessissa syntyy suuri määrä jätettä, erityisesti suuri määrä matalapitoista emäksistä jätevettä, jota on vaikea käsitellä. Jos sitä ei käsitellä oikein, se aiheuttaa vakavaa saastumista ja vahinkoa ekologiselle ympäristölle. ”Tutkimuksen mukaan yhden tonnin yttriastabiloidun zirkoniumoksidikeraamijauheen tuottamiseen kuluu noin 50 tonnia vettä, mikä tuottaa suuren määrän jätevettä, ja jäteveden talteenotto ja käsittely lisäävät huomattavasti tuotantokustannuksia”, Wang Sikai sanoi. ”Kiinan ympäristönsuojelulain parantumisen myötä zirkoniumoksidin nanojauhetta märkäkemiallisella menetelmällä valmistavat yritykset kohtaavat ennennäkemättömiä vaikeuksia. Siksi on kiireellisesti kehitettävä vihreä ja edullinen zirkoniumoksidin nanojauheen valmistustekniikka. ”Tätä taustaa vasten zirkoniumoksidin nanojauheen valmistuksesta on tullut tutkimuskohde puhtaammalla ja energiaa säästävämmällä tuotantoprosessilla, joista korkeaenerginen kuulamyllymenetelmä on tieteen ja teknologian piirien halutuin.” Bao Jinin romaani. Korkeaenerginen kuulamylly viittaa mekaanisen energian käyttöön kemiallisten reaktioiden indusoimiseksi tai materiaalien rakenteen ja ominaisuuksien muutosten aikaansaamiseksi uusien materiaalien valmistamiseksi. Uutena teknologiana se voi selvästi vähentää reaktion aktivointienergiaa, hienontaa raekokoa, parantaa huomattavasti jauhehiukkasten jakautumisen tasaisuutta, parantaa alustojen välistä rajapintaa, edistää kiinteiden ionien diffuusiota ja indusoida matalan lämpötilan kemiallisia reaktioita, mikä parantaa materiaalien kompaktiutta ja dispergoituvuutta. Se on energiansäästöinen ja tehokas materiaalinvalmistustekniikka, jolla on hyvät teolliset sovellusmahdollisuudet. Ainutlaatuinen värjäysmekanismi luo värikkäitä keramiikkatuotteita. Kansainvälisillä markkinoilla zirkoniumoksidin nanomyllymateriaalit ovat edenneet teollisen kehityksen vaiheeseen. Wang Sikai kertoi toimittajille: ”Kehittyneissä maissa ja alueilla, kuten Yhdysvalloissa, Länsi-Euroopassa ja Japanissa, zirkoniumoksidin nanojauheen tuotantomittakaava on suuri ja tuotespesifikaatiot ovat suhteellisen täydelliset. Erityisesti amerikkalaisilla ja japanilaisilla monikansallisilla yrityksillä on ilmeisiä kilpailuetuja zirkoniumoksidikeraamien patentoinnissa. Wang Sikain mukaan Kiinan uusi keramiikkateollisuus on tällä hetkellä nopean kehityksen vaiheessa, ja keraamisen jauheen kysyntä kasvaa vuosi vuodelta, joten uuden nanometrin zirkoniumoksidin tuotantoprosessin kehittäminen on yhä kiireellisempää. Viimeisten kahden vuoden aikana jotkut kotimaiset tutkimuslaitokset ja yritykset ovat myös alkaneet itsenäisesti tutkia ja tuottaa zirkoniumoksidin nanojauhetta, mutta suurin osa tutkimuksesta ja kehityksestä on vielä pienimuotoisen laboratoriokokeilutuotannon vaiheessa, jossa tuotanto on pientä ja lajiketta on yksi. Ceramic Zirconia Industry -yrityksen toteuttamassa ”Color Rare Earth Zirconia Nanopowder” -projektissa zirkoniumoksidin nanojauhe valmistettiin korkeaenergisellä kuulamyllyllä kiinteän olomuodon reaktiomenetelmällä.” Jauhatusväliaineena käytetään vettä hiukkasten jauhamiseen ja hienontamiseen, jolloin saadaan 100 mikrometrin kokoinen agglomeroitumaton jyväjauhe. "Voidaan saada aikaan nanometrejä, mikä ei aiheuta saasteita, on edullista ja erän stabiilius on hyvä", Bao Xin sanoi. Valmistusteknologia ei ainoastaan ​​täytä 5G-matkapuhelinten keraamisten taustalevyjen, lentokoneiden turbiinimoottoreiden lämpösuojapinnoitteiden, keraamisten pallojen, keraamisten veitsien ja muiden tuotteiden jauhevaatimuksia, vaan sitä voidaan myös popularisoida ja soveltaa useampien keraamisten jauheiden, kuten ceriumoksidikomposiittijauheen, valmistuksessa. Itse kehitetyn värjäysmekanismin mukaisesti Ceramic Zirconium Industry -yrityksen tekninen tiimi otti käyttöön kiinteäfaasisynteesin ja komposiittimenetelmän värjäykseen ilman ylimääräisten metalli-ionien lisäämistä prosessia optimoimalla. Tällä menetelmällä valmistetuilla zirkoniumoksidikeraamilla ei ole ainoastaan ​​korkea värikylläisyys ja hyvä kostuvuus, vaan se ei myöskään vaikuta zirkoniumoksidikeraamien alkuperäisiin mekaanisiin ominaisuuksiin. "Uudella teknologialla tuotetun värillisen harvinaisten maametallien zirkoniumoksidijauheen alkuperäinen hiukkaskoko on nanometriä, jolla on ominaisuuksia, kuten tasainen hiukkaskoko, korkea sintrausaktiivisuus, alhainen sintrauslämpötila ja niin edelleen. Perinteiseen tuotantoprosessiin verrattuna kokonaisvaltainen energiankulutus pienenee merkittävästi. Tuotantotehokkuus ja keraamisen prosessoinnin saanto paranevat huomattavasti. Tällä menetelmällä valmistetuilla edistyneillä keraamisilla laitteilla on erinomaiset ominaisuudet, kuten korkea lujuus, korkea sitkeys ja korkea kovuus”, Wang Sikai sanoi.