Nanoprášok zirkónia: Nový materiál pre „za“ 5G mobilný telefón

Zdroj: Science and Technology Daily: Tradičný proces výroby zirkónového prášku produkuje veľké množstvo odpadu, najmä veľké množstvo nízko koncentrovanej alkalickej odpadovej vody, ktorú je ťažké čistiť a ktorá spôsobuje vážne znečistenie životného prostredia. Vysokoenergetické guľové mletie je energeticky úsporná a efektívna technológia prípravy materiálu, ktorá môže zlepšiť kompaktnosť a dispergovateľnosť zirkónovej keramiky a má dobrý potenciál pre priemyselné využitie. S príchodom technológie 5G si smartfóny potichu menia svoje vlastné „zariadenia“. Komunikácia 5G využíva spektrum nad 3 gigahertzmi (Ghz) ​​a jej milimetrová vlnová dĺžka je veľmi krátka. Ak mobilný telefón 5G používa kovovú základnú dosku, bude vážne rušiť alebo tieniť signál. Preto sa keramické materiály s vlastnosťami netienenia signálu, vysokou tvrdosťou, silným vnímaním a vynikajúcim tepelným výkonom blízkym kovovým materiálom postupne stali dôležitou voľbou pre spoločnosti zaoberajúce sa mobilnými telefónmi, ktoré vstupujú do éry 5G. Bao Jinxiao, profesor na Vnútornomongolskej univerzite vedy a techniky, novinárom povedal, že nové keramické materiály sa ako dôležitý anorganický nekovový materiál stali najlepšou voľbou pre zadné dosky smartfónov. V ére 5G je potrebné zadné dosky mobilných telefónov urýchlene modernizovať. Wang Sikai, generálny riaditeľ spoločnosti Inner Mongolia Jingtao Zirconium Industry Co., Ltd. (ďalej len Jingtao Zirconium Industry), novinárom povedal, že podľa údajov zverejnených spoločnosťou Counterpoint, svetoznámou výskumnou inštitúciou, dosiahnu celosvetové dodávky smartfónov v roku 2020 1,331 miliardy kusov. S rastúcim dopytom po zirkónovej keramike používanej v zadných doskách mobilných telefónov priťahuje veľkú pozornosť aj jej výskum, vývoj a technológia prípravy. Ako nový keramický materiál s extrémne vysokým technickým obsahom môže byť zirkónová keramika vhodná pre náročné pracovné prostredie, pre ktoré kovové materiály, polymérne materiály a väčšina ostatných keramických materiálov nie sú vhodné. Ako konštrukčné diely sa zirkónové keramické výrobky používajú v mnohých odvetviach, ako je energetika, letecký priemysel, strojárstvo, automobilový priemysel, lekárska starostlivosť atď., a ich celosvetová ročná spotreba presahuje 80 000 ton. S príchodom éry 5G preukázali keramické zariadenia väčšie technologické výhody pri výrobe dosiek mobilných telefónov a zirkónová keramika má širšie perspektívy rozvoja. „Výkon zirkónovej keramiky priamo závisí od výkonu práškov, takže vývoj kontrolovateľnej technológie prípravy vysokovýkonných práškov sa stal najdôležitejším článkom pri príprave zirkónovej keramiky a vývoji vysokovýkonných zirkónových keramických zariadení,“ povedal Wang Sikai úprimne. Zelená metóda vysokoenergetického guľového mletia je medzi odborníkmi veľmi vyhľadávaná. Domáca výroba nanoprášku zirkónia sa prevažne vykonáva mokrým chemickým procesom a ako stabilizátor sa na výrobu nanoprášku zirkónia používa oxid vzácnych zemín. Tento proces sa vyznačuje veľkou výrobnou kapacitou a dobrou jednotnosťou chemických zložiek produktov, ale nevýhodou je, že počas výrobného procesu vzniká veľké množstvo odpadu, najmä veľké množstvo nízko koncentrovanej alkalickej odpadovej vody, ktorú je ťažké čistiť, a ak sa s ňou správne nezaobchádza, spôsobí vážne znečistenie a poškodenie životného prostredia. „Podľa prieskumu je na výrobu jednej tony ytriom stabilizovaného keramického prášku zirkónia potrebných približne 50 ton vody, čo vyprodukuje veľké množstvo odpadovej vody a regenerácia a čistenie odpadovej vody výrazne zvýši výrobné náklady,“ povedal Wang Sikai. So zlepšením čínskeho zákona o ochrane životného prostredia čelia podniky, ktoré pripravujú nanoprášok zirkónia mokrou chemickou metódou, bezprecedentným ťažkostiam. Preto je naliehavo potrebné vyvinúť ekologickú a nízkonákladovú technológiu prípravy nanoprášku zirkónia. „Vzhľadom na túto skutočnosť sa stala výskumným cieľom príprava nano-prášku zirkónia čistejším a energeticky úspornejším výrobným procesom, medzi ktorými je metóda vysokoenergetického guľového mletia najvyhľadávanejšou vo vedeckých a technologických kruhoch.“ Román Bao Jina. Vysokoenergetické guľové mletie sa vzťahuje na použitie mechanickej energie na vyvolanie chemických reakcií alebo na vyvolanie zmien v štruktúre a vlastnostiach materiálov s cieľom pripraviť nové materiály. Ako nová technológia dokáže zjavne znížiť energiu aktivácie reakcie, zjemniť veľkosť zŕn, výrazne zlepšiť rovnomernosť rozloženia práškových častíc, zlepšiť kombináciu rozhraní medzi substrátmi, podporiť difúziu pevných iónov a vyvolať chemické reakcie pri nízkych teplotách, čím sa zlepšuje kompaktnosť a dispergovateľnosť materiálov. Je to energeticky úsporná a efektívna technológia prípravy materiálov s dobrými vyhliadkami na priemyselné uplatnenie. Jedinečný mechanizmus farbenia vytvára farebnú keramiku. Na medzinárodnom trhu vstúpili materiály s nano-práškom zirkónia do štádia priemyselného vývoja. Wang Sikai novinárom povedal: „V rozvinutých krajinách a regiónoch, ako sú Spojené štáty, západná Európa a Japonsko, je rozsah výroby nanoprášku zirkónia veľký a špecifikácie produktu sú relatívne komplexné. Najmä americké a japonské nadnárodné spoločnosti majú zjavné konkurenčné výhody v patente zirkónovej keramiky. Podľa Wang Sikaia sa v súčasnosti čínsky keramický priemysel s novými rozmermi nachádza v štádiu rýchleho rozvoja a dopyt po keramickom prášku sa rok čo rok zvyšuje, takže je čoraz naliehavejšie vyvinúť výrobný proces nového nanometrového zirkónia. V posledných dvoch rokoch niektoré domáce výskumné ústavy a podniky tiež začali samostatne skúmať a vyrábať nanoprášok zirkónia, ale väčšina výskumu a vývoja je stále v štádiu maloobjemovej skúšobnej výroby v laboratóriu s malým objemom a jednou odrodou. V projekte „Farebný nanoprášok zirkónia vzácnych zemín“, ktorý realizuje spoločnosť Ceramic Zirconia Industry, bol nanoprášok zirkónia pripravený metódou reakcie v pevnom skupenstve s vysokoenergetickým guľovým mletím.“ Ako mlecie médium sa na mletie a rafináciu častíc používa voda, takže vzniká neaglomerovaný zrnitý prášok s veľkosťou 100 nanometrov. „možno získať, čo neznamená žiadne znečistenie, nízke náklady a dobrú stabilitu šarže,“ povedal Bao Xin. Technológia prípravy dokáže nielen splniť požiadavky na prášok keramickej dosky mobilných telefónov 5G, tepelne bariérových náterových materiálov pre letecké turbínové motory, keramických guľôčok, keramických nožov a ďalších produktov, ale môže sa tiež spopularizovať a použiť pri príprave ďalších keramických práškov, ako je napríklad kompozitný prášok z oxidu céru. Podľa vlastne vyvinutého mechanizmu farbenia technický tím spoločnosti Ceramic Zirconium Industry prijal syntézu v pevnej fáze a kompozitnú metódu na farbenie bez zavádzania ďalších kovových iónov prostredníctvom optimalizácie procesu. Zirkonová keramika pripravená touto metódou má nielen vysokú sýtosť farieb a dobrú zmáčavosť, ale tiež neovplyvňuje pôvodné mechanické vlastnosti zirkónovej keramiky. „Pôvodná veľkosť častíc farebného prášku vzácnych zemín zirkónia vyrobeného na základe novej technológie je nanometer, čo má charakteristiky jednotnej veľkosti častíc, vysokej aktivity spekania, nízkej teploty spekania atď. V porovnaní s tradičným výrobným procesom je komplexná spotreba energie výrazne znížená. Výrazne sa zlepšuje efektivita výroby a výťažnosť spracovania keramiky. „Pokročilé keramické zariadenia vyrobené touto metódou majú vynikajúce vlastnosti, ako je vysoká pevnosť, vysoká húževnatosť a vysoká tvrdosť,“ povedal Wang Sikai.