Nanoprášek zirkonie: Nový materiál pro „zákulisní“ 5G mobilní telefon

Zdroj: Science and Technology Daily: Tradiční výrobní proces zirkonového prášku produkuje velké množství odpadu, zejména velké množství nízkokoncentrované alkalické odpadní vody, kterou je obtížné čistit a způsobuje vážné znečištění životního prostředí. Vysokoenergetické kulové mletí je energeticky úsporná a efektivní technologie přípravy materiálu, která může zlepšit kompaktnost a disperzibilitu zirkonové keramiky a má dobré vyhlídky na průmyslové využití. S příchodem technologie 5G chytré telefony tiše mění své vlastní „vybavení“. Komunikace 5G využívá spektrum nad 3 gigahertzy (GHz) a její milimetrová vlnová délka je velmi krátká. Pokud mobilní telefon 5G používá kovovou základní desku, bude signál vážně rušit nebo stínit. Keramické materiály s vlastnostmi nestínění signálu, vysokou tvrdostí, silným vnímáním a vynikajícím tepelným výkonem blízkým kovovým materiálům se proto postupně staly důležitou volbou pro společnosti vyrábějící mobilní telefony, které vstupují do éry 5G. Bao Jinxiao, profesor na Vnitřnomongolské univerzitě vědy a techniky, novinářům řekl, že nové keramické materiály se jako důležitý anorganický nekovový materiál staly nejlepší volbou pro výrobu zadních desek chytrých telefonů. V éře 5G je třeba zadní desky mobilních telefonů naléhavě modernizovat. Wang Sikai, generální ředitel společnosti Inner Mongolia Jingtao Zirconium Industry Co., Ltd. (dále jen Jingtao Zirconium Industry), novinářům řekl, že podle údajů zveřejněných světově uznávanou výzkumnou institucí Counterpoint dosáhnou celosvětové dodávky chytrých telefonů v roce 2020 1,331 miliardy kusů. S rostoucí poptávkou po zirkonové keramice používané v zadních deskách mobilních telefonů přitahuje velkou pozornost i její výzkum, vývoj a technologie přípravy. Jako nový keramický materiál s extrémně vysokým technickým obsahem může být zirkonová keramika vhodná pro náročné pracovní prostředí, pro které kovové materiály, polymerní materiály a většina ostatních keramických materiálů nejsou vhodné. Jako konstrukční díly se zirkonové keramické výrobky používají v mnoha odvětvích, jako je energetika, letecký průmysl, strojírenství, automobilový průmysl, lékařství atd., a celosvětová roční spotřeba přesahuje 80 000 tun. S příchodem éry 5G vykazují keramické výrobky větší technologické výhody při výrobě zadních desek mobilních telefonů a zirkonová keramika má širší perspektivu rozvoje. „Výkon zirkonové keramiky přímo závisí na výkonu prášků, takže vývoj řízené technologie přípravy vysoce výkonných prášků se stal nejdůležitějším článkem při přípravě zirkonové keramiky a vývoji vysoce výkonných zirkonových keramických zařízení,“ řekl upřímně Wang Sikai. Zelená metoda vysokoenergetického kulového mletí je mezi odborníky velmi vyhledávaná. Domácí výroba nanoprášku zirkonie se většinou provádí mokrým chemickým procesem a jako stabilizátor se k výrobě nanoprášku zirkonie používá oxid vzácných zemin. Tento proces se vyznačuje velkou výrobní kapacitou a dobrou uniformitou chemických složek produktů, ale nevýhodou je, že při výrobním procesu vzniká velké množství odpadu, zejména velké množství nízkokoncentrované alkalické odpadní vody, kterou je obtížné čistit, a pokud se s ní nezachází správně, způsobí vážné znečištění a poškození životního prostředí. „Podle průzkumu je k výrobě jedné tuny keramického prášku zirkonie stabilizovaného yttriem zapotřebí přibližně 50 tun vody, což produkuje velké množství odpadní vody a regenerace a čištění odpadních vod výrazně zvýší výrobní náklady,“ řekl Wang Sikai. Se zlepšováním čínských zákonů o ochraně životního prostředí čelí podniky připravující nanoprášek zirkonie mokrou chemickou metodou nebývalým obtížím. Proto je naléhavě nutné vyvinout ekologickou a nízkonákladovou technologii přípravy nanoprášku zirkonie. „Vzhledem k tomu se stala výzkumným centrem příprava nanoprášku zirkonia čistším a energeticky úspornějším výrobním procesem, mezi nimiž je metoda vysokoenergetického kulového mletí nejžádanější ve vědeckých a technických kruzích.“ Román Bao Jina. Vysokoenergetické kulové mletí označuje využití mechanické energie k vyvolání chemických reakcí nebo k vyvolání změn ve struktuře a vlastnostech materiálů za účelem přípravy nových materiálů. Jako nová technologie dokáže zjevně snížit aktivační energii reakce, zjemnit velikost zrn, výrazně zlepšit rovnoměrnost distribuce práškových částic, zlepšit kombinaci rozhraní mezi substráty, podpořit difuzi pevných iontů a vyvolat nízkoteplotní chemické reakce, čímž se zlepšuje kompaktnost a dispergovatelnost materiálů. Jedná se o energeticky úspornou a efektivní technologii přípravy materiálů s dobrými vyhlídkami na průmyslové využití. Unikátní mechanismus barvení vytváří barevnou keramiku. Na mezinárodním trhu vstoupily materiály s nanopráškem zirkonia do fáze průmyslového rozvoje. Wang Sikai novinářům řekl: „V rozvinutých zemích a regionech, jako jsou Spojené státy, západní Evropa a Japonsko, je výrobní rozsah zirkonového nanoprášku velký a specifikace produktu jsou relativně kompletní. Zejména americké a japonské nadnárodní společnosti mají zjevné konkurenční výhody v patentu zirkonové keramiky. Podle Wang Sikaie se v současné době čínský keramický průmysl nachází ve fázi rychlého rozvoje a poptávka po keramickém prášku rok od roku roste, takže je stále naléhavější vyvinout výrobní proces nového nanometrového zirkonia. V posledních dvou letech některé domácí výzkumné ústavy a podniky také začaly samostatně zkoumat a vyrábět zirkonový nanoprášek, ale většina výzkumu a vývoje je stále ve fázi maloobjemové zkušební výroby v laboratoři s malým objemem a jednou variantou. V projektu „Barevný nanoprášek zirkonia vzácných zemin“, který realizuje společnost Ceramic Zirconia Industry, byl zirkonový nanoprášek připraven vysokoenergetickou metodou reakce v pevné fázi v kulovém mletí.“ Jako mlecí médium se používá voda k mletí a rafinaci částic, takže vzniká neaglomerovaný prášek o velikosti 100 nanometrů. „lze získat, což neznečišťuje, je levné a má dobrou stabilitu šarže,“ řekl Bao Xin. Technologie přípravy nejenže splňuje požadavky na prášek pro keramické desky mobilních telefonů 5G, tepelně bariérové ​​povlakové materiály pro letecké turbínové motory, keramické kuličky, keramické nože a další produkty, ale může být také popularizována a použita při přípravě dalších keramických prášků, jako je například kompozitní prášek z oxidu ceričitého. V souladu s vlastním vývojem barvicího mechanismu technický tým společnosti Ceramic Zirconium Industry přijal syntézu v pevné fázi a kompozitní metodu pro barvení bez zavádění dalších kovových iontů prostřednictvím optimalizace procesu. Zirkonová keramika připravená touto metodou má nejen vysokou sytost barev a dobrou smáčivost, ale také neovlivňuje původní mechanické vlastnosti zirkonové keramiky. „Původní velikost částic barevného prášku vzácných zemin zirkoničitého vyrobeného na základě nové technologie je nanometrová, což má charakteristiky jednotné velikosti částic, vysoké spékací aktivity, nízké spékací teploty atd. Ve srovnání s tradičním výrobním procesem je výrazně snížena komplexní spotřeba energie. Výrazně se zlepšuje účinnost výroby a výtěžnost keramického zpracování. „Pokročilé keramické součástky vyrobené touto metodou mají vynikající vlastnosti, jako je vysoká pevnost, vysoká houževnatost a vysoká tvrdost,“ řekl Wang Sikai.