Zirkonia nanopoeder: een nieuw materiaal voor de achterkant van 5G-mobiele telefoons

Bron: Science and Technology Daily: Het traditionele productieproces van zirkoniumoxidepoeder zal een grote hoeveelheid afval produceren, met name de grote hoeveelheid laaggeconcentreerd alkalisch afvalwater dat moeilijk te behandelen is en ernstige milieuvervuiling veroorzaakt. Hoogenergetische kogelmalen is een energiebesparende en efficiënte materiaalvoorbereidingstechnologie, die de compactheid en dispergeerbaarheid van zirkoniumoxidekeramiek kan verbeteren en een goed industrieel toepassingsperspectief heeft. Met de komst van 5G-technologie veranderen smartphones stilletjes hun eigen "apparatuur". 5G-communicatie gebruikt het spectrum boven 3 gigahertz (Ghz) ​​en de millimetergolflengte is erg kort. Als de 5G-mobiele telefoon een metalen backplane gebruikt, zal deze het signaal ernstig verstoren of afschermen. Daarom zijn keramische materialen met de kenmerken van geen signaalafscherming, hoge hardheid, sterke perceptie en uitstekende thermische prestaties die dicht bij metalen materialen liggen, geleidelijk een belangrijke keuze geworden voor mobiele telefoonbedrijven om het 5G-tijdperk te betreden. Bao Jinxiao, hoogleraar aan de Universiteit voor Wetenschap en Technologie van Binnen-Mongolië, vertelde verslaggevers dat nieuwe keramische materialen, als belangrijk anorganisch niet-metalen materiaal, de beste keuze zijn geworden voor backboardmaterialen voor smartphones. In het 5G-tijdperk moet het backboard van mobiele telefoons dringend worden geüpgraded. Wang Sikai, algemeen directeur van Inner Mongolia Jingtao Zirconium Industry Co., Ltd. (hierna te noemen Jingtao Zirconium Industry), vertelde de verslaggever dat volgens de gegevens die zijn vrijgegeven door Counterpoint, een wereldberoemde onderzoeksinstelling, de wereldwijde smartphoneverzendingen in 2020 1,331 miljard eenheden zullen bereiken. Met de toenemende vraag naar zirkonia-keramiek dat wordt gebruikt in backboards van mobiele telefoons, heeft de R&D- en voorbereidingstechnologie ook veel aandacht getrokken. Als nieuw keramisch materiaal met een extreem hoog technisch gehalte kan zirkonia-keramiek geschikt zijn voor de zware werkomgeving waarvoor metalen materialen, polymeermaterialen en de meeste andere keramische materialen niet geschikt zijn. Als constructiedelen worden zirkoniumkeramische producten toegepast in vele industrieën, zoals energie, lucht- en ruimtevaart, machinebouw, automobielindustrie, medische behandelingen, enz., en de wereldwijde jaarlijkse consumptie bedraagt ​​meer dan 80.000 ton. Met de komst van het 5G-tijdperk hebben keramische apparaten grotere technologische voordelen laten zien bij de productie van backboards voor mobiele telefoons, en zirkoniumkeramiek heeft een breder ontwikkelingsperspectief. "De prestaties van zirkoniumkeramiek zijn direct afhankelijk van de prestaties van poeders, dus de ontwikkeling van controleerbare preparatietechnologie voor hoogwaardige poeders is de meest cruciale schakel geworden in de preparatie van zirkoniumkeramiek en de ontwikkeling van hoogwaardige zirkoniumkeramische apparaten", aldus Wang Sikai. "De groene, hoogenergetische kogelmaalmethode is zeer gewild bij experts. De binnenlandse productie van zirkoniumoxide nanopoeder maakt meestal gebruik van een natchemisch proces, waarbij zeldzame aardenoxide als stabilisator wordt gebruikt om zirkoniumoxide nanopoeder te produceren. Dit proces heeft de kenmerken van een grote productiecapaciteit en een goede uniformiteit van de chemische componenten van de producten, maar het nadeel is dat er veel afval zal ontstaan ​​tijdens het productieproces, met name een grote hoeveelheid laaggeconcentreerd alkalisch afvalwater dat moeilijk te behandelen is en, indien niet correct verwerkt, ernstige vervuiling en schade aan het milieu zal veroorzaken. "Volgens het onderzoek is er ongeveer 50 ton water nodig om één ton yttriumoxide-gestabiliseerd zirkoniumoxide keramisch poeder te produceren, wat een grote hoeveelheid afvalwater zal opleveren, en de terugwinning en behandeling van afvalwater zal de productiekosten aanzienlijk verhogen", aldus Wang Sikai. Met de verbetering van de Chinese milieuwetgeving worden bedrijven die zirkoniumoxide-nanopoeder bereiden met behulp van natchemische methoden geconfronteerd met ongekende moeilijkheden. Daarom is er een dringende behoefte aan de ontwikkeling van een groene en goedkope technologie voor de bereiding van zirkoniumoxide-nanopoeder. "Tegen deze achtergrond is het een onderzoekshotspot geworden om zirkoniumoxide-nanopoeder te bereiden met behulp van een schoner en energiezuiniger productieproces, waarvan de hoogenergetische kogelmaalmethode het meest gewild is in wetenschappelijke en technologische kringen." "Hoge-energie kogelmaalmethode verwijst naar het gebruik van mechanische energie om chemische reacties te induceren of veranderingen in de structuur en eigenschappen van materialen teweeg te brengen, om zo nieuwe materialen te bereiden. Als nieuwe technologie kan het de activeringsenergie van de reactie uiteraard verminderen, de korrelgrootte verfijnen, de uniformiteit van de verdeling van poederdeeltjes aanzienlijk verbeteren, de interfacecombinatie tussen substraten verbeteren, de diffusie van vaste ionen bevorderen en chemische reacties bij lage temperaturen induceren, waardoor de compactheid en dispergeerbaarheid van materialen wordt verbeterd. Het is een energiebesparende en efficiënte technologie voor materiaalvoorbereiding met goede industriële toepassingsmogelijkheden. Een uniek kleurmechanisme creëert kleurrijk keramiek. Op de internationale markt zijn nanopoedermaterialen van zirkoniumoxide de fase van industriële ontwikkeling ingegaan. Wang Sikai vertelde verslaggevers: "In ontwikkelde landen en regio's zoals de Verenigde Staten, West-Europa en Japan is de productieschaal van zirkoniumoxide nanopoeder groot en zijn de productspecificaties relatief compleet. Vooral Amerikaanse en Japanse multinationals hebben duidelijke concurrentievoordelen op het gebied van patenten op zirkoniumoxide keramiek. Volgens Wang Sikai bevindt de nieuwe Chinese keramische productie-industrie zich momenteel in een fase van snelle ontwikkeling en neemt de vraag naar keramisch poeder jaar na jaar toe, waardoor het steeds dringender wordt om het productieproces van nieuw nanometerzirkoniumoxide te ontwikkelen. In de afgelopen twee jaar zijn sommige binnenlandse onderzoeksinstituten en bedrijven ook begonnen met onafhankelijk onderzoek en productie van zirkoniumoxide nanopoeder, maar het grootste deel van het onderzoek en de ontwikkeling bevindt zich nog in de fase van kleinschalige proefproductie in het laboratorium, met een kleine output en een enkele variëteit. In het project "Color Rare Earth Zirconia Nanopowder", uitgevoerd door Ceramic Zirconia Industry, werd zirkoniumoxide nanopoeder bereid door middel van een vaste-toestandreactiemethode met een hoogenergetische kogelmolen." Water wordt gebruikt voor het malen medium om de deeltjes te malen en te verfijnen, zodat niet-geagglomereerd korrelpoeder met een grootte van 100 nanometer kan worden verkregen, dat geen vervuiling kent, lage kosten heeft en een goede batchstabiliteit heeft.” Bao Xin zei: "De voorbereidingstechnologie kan niet alleen voldoen aan de poedervereisten van keramische backboards voor 5G-mobiele telefoons, thermische barrièrecoatingmaterialen voor vliegtuigturbinemotoren, keramische ballen, keramische messen en andere producten, maar kan ook worden gepopulariseerd en toegepast bij de bereiding van meer keramische poeders, zoals de bereiding van ceriumoxidecomposietpoeder. Volgens het zelfontwikkelde kleurmechanisme heeft het technische team van Ceramic Zirconium Industry vastefasesynthese en een composietmethode toegepast voor het kleuren zonder extra metaalionen toe te voegen door middel van procesoptimalisatie. De met deze methode bereide zirkoniumoxidekeramiek heeft niet alleen een hoge kleurverzadiging en een goede bevochtigbaarheid, maar heeft ook geen invloed op de oorspronkelijke mechanische eigenschappen van zirkoniumoxidekeramiek. De oorspronkelijke deeltjesgrootte van het gekleurde zeldzame-aarde-zirkoniumoxidepoeder dat met de nieuwe technologie wordt geproduceerd, is nanometer, wat de kenmerken heeft van een uniforme deeltjesgrootte, hoge sinteractiviteit, lage sintertemperatuur, enzovoort. Vergeleken met het traditionele productieproces is het algehele energieverbruik aanzienlijk verminderd. De productie-efficiëntie en de opbrengst van de keramische verwerking zijn aanzienlijk verbeterd." De geavanceerde keramische apparaten die met deze methode worden vervaardigd, hebben uitstekende eigenschappen zoals hoge sterkte, hoge taaiheid en hoge hardheid", aldus Wang Sikai.