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浅谈英国摩根先进材料之先进陶瓷业务与创新
2021年10月18日 发布 分类:行业要闻 点击量:290
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2021年7月22日,英国米德兰工业陶瓷集团(The Midlands Industrial Ceramics GroupMICG)宣布已获得1827万英镑的政府资助,这笔款项将在未来四年内用于英国中部工业区建设先进陶瓷企业集群。MICG并非一家公司,而是2020年英国正式脱欧后,由政府牵头新成立的一个行业组织,从名称上就可以看出它成立的目标——即在英国米德兰工业区建设陶瓷产业集群,提升英国先进陶瓷产业在全球市场的竞争力MICG成员包括先进陶瓷产业链中的上市公司、中小企业,以及大学和研究机构,其成员列表中包括著名的劳斯莱斯集团(Rolls-Royce),也有本文主角——以先进陶瓷材料闻名却又相对低调的摩根先进材料公司(Morgan Advanced Materials)。

引言——摩根与商飞C919

目前,中国商飞C919大飞机正在开展密集取证试飞,其引进了部分国外先进设备和技术支持,其中就有摩根开发的,用于制造涡轮发动机空心叶片中空气通道的陶瓷芯。

发动机设计使用空心涡轮叶片和叶片,以减轻整体重量,并提供内部冷却通道,以防止叶片在使用时过热。为了实现所需的重量轻和坚固性相结合的空心叶片,在铸造部件的过程中,陶瓷芯被放置在模具的中心作为一种牺牲材料以留出空位,正是摩根位于江苏宜兴的陶瓷芯制造厂接受商飞委托完成这项工作。

摩根业务架构

摩根涉及的材料、产品、市场种类和数量众多,以组织架构而言,其分为热产品(Thermal Products)、碳与技术陶瓷(Carbon and Technical Ceramics)两块。其中热产品部门又由热陶瓷、熔融金属两大业务板块构成;碳与工业陶瓷部门则分为电子碳素、密封件轴承,以及技术陶瓷三块。本文聚焦摩根陶瓷业务,尤其是创新领域部分,将其单独呈现如下:

热陶瓷(Thermal Ceramics

摩根热陶瓷在中国的销售和制造业务有三家公司,分别位于湖北荆门、上海浦东、江苏无锡(宜兴)。该业务主要生产销售各种耐火陶瓷纤维产品, 产品类别有陶瓷纤维散棉、陶瓷纤维毯、陶瓷纤维板、陶瓷纤维纸、陶瓷纤维毡、陶瓷纤维模块、陶瓷纤维纺织品和陶瓷纤维真空成型制品等。

创新及应用

摩根开发的Superwool专利低生物持久纤维可耐1450℃(2600℉),被设计开发用于替代RCF材料;Kaolite专利AHR单晶则是摩根开发用于降低碱水解风险的解决方案。这些技术除了用于传统石化、金属冶炼等行业,还有助于车辆设计者在整个发动机、排气、控制和电池系统中实现最佳热管理和被动防火;高温燃料电池(SOFC和MCFC)的管道保温;冷链中的温度控制等。

密封件和轴承(Seals and Bearings

摩根密封件和轴承在中国的销售和制造业务有一家公司,位于上海闵行。该业务主要生产销售泵和旋转部件(如轴、阀板、叶片和转子),涉及到的陶瓷材料主要包括氧化铝、碳化硅、氧化镁等。

创新及应用

食品和饮料、制药和化妆品工厂使用的清洁泵的制造可能会受到对环境有害的聚合物微球禁令的影响,摩根使用多孔碳化硅(SiC)制造的一种新型微结构被引用为答案,它提供有效的孔隙形成,帮助泵工作更长时间。“我们的新牌号在密封面上提供了隔离的圆形孔,这些孔起到了‘口袋’的作用,可以保留加工液进行有效润滑。这对于食品或医药应用来说,比石墨基的干润滑系统更可取,因为石墨基干润滑系统会增加不希望的污染风险。”

技术陶瓷(Technical Ceramics

摩根技术陶瓷在中国的销售和制造公司有一家公司,位于江苏宜兴。该业务涉及产品类别众多,比较有特色的包括工业陶瓷涂料、陶瓷芯(包括前文商飞C919用到的产品技术支持)、可加工微晶玻璃、陶瓷金属化、热解氮化硼包覆、氮化硅/塞隆陶瓷、溅镀靶材等等。

特色技术与产品

 

陶瓷芯(Ceramic Cores)采用多孔陶瓷材料制造,多孔陶瓷材料由二氧化硅、氧化铝和锆石组成,主要用于形成在熔模铸造工艺中加工的过小或过复杂的型腔。这些核心主要在航空航天和工业市场上发现,但医疗保健、体育和汽车市场的需求正在增长,如矫形器械和牙科设备。陶瓷芯和金属之间有最小的相互作用,低的热膨胀系数确保了在铸造过程中,当熔融金属吞没它时,型芯的尺寸保持稳定,多孔则是为了使之更易于通过化学反应渗出,从而留下空腔。

顾名思义,可加工微晶玻璃可以用普通的后加工工具快速加工成复杂的形状,而且不需要昂贵的后加工工具。它的连续使用温度为800℃,峰值温度为1000℃,其热膨胀系数与大多数金属和密封玻璃匹配。它在高压、各种频率和高温下,它是一种优良的绝缘体。在真空环境和适当高温下也不会放出气体。它往往可以用在航空航天、医疗、微波设备窗口、焊接喷嘴等。

陶瓷金属钎焊、涂层技术的需求正在上升,两种材料的无缝衔接可以起到1+1>2的效果,根据应用市场的差异,解决方案也各不相同。钎焊组件范围包括氧化铝、氧化锆、zta、氮化硅、蓝宝石、CVD碳化硅以及C-SIC等复合材料,根据生物相容性、高温、耐腐蚀、膨胀性能等不同需求选择传统钎焊材料(铜、金、银、贵金属共晶)或无氧铜、不锈钢、低碳钢、蒙乃尔合金、可伐合金、镍和钛合金、铂、铂铱、铌、钨等。

高纯度热解氮化硼(PBN)由于其化学惰性、热稳定性、抗热震性、电绝缘性和各向异性热性能,是一种极好的石墨部件涂层材料。这些独特的性能不仅延长了加热器的使用寿命,而且在加热器应用中提供了电气击穿保护。PBN还用于制作半导体行业用分子束外延(MBE)坩埚,它不会污染沉积系统,并且可提供均匀的温度,拥有较长的使用寿命。

 

赛隆陶瓷(Sialon)即氮化硅和氧化铝的固溶体,根据结构和组份的不同,在硬度、断裂韧性、抗氧化等方面也有不同表现,可根据不同应用进行调整。

相比蒸发镀膜而言,溅镀在表面粗糙度、电阻值、晶粒尺寸均匀性、成份与组织均匀性、异物(氧化物)含量与尺寸、导磁率、超高密度与超细晶粒等方面都更有优势。从94%99.99%的氧化铝溅射靶适用于各种应用,包括耐磨涂层、介电涂层和阻挡层涂层;CVD SiC溅射靶是高纯度SiC薄膜沉积的最佳选择,适用于高要求的应用,如半导体加工和搬运、磁盘驱动磁头的制造。

摩根发展简史

1856年,伦敦成立了一家石墨坩埚工厂,并在1881年正式更名摩根坩埚公司,随后应工业电气设备市场需求继续拓展了换向器电刷,满足包括发电机、铁路、电车网络的需求。20世纪初,摩根开始稳健扩张,开始在英国、美国、俄罗斯、德国建立新的生产基地。20世纪前半叶,摩根聚焦碳材料技术,除了坩埚、碳刷,还陆续推出了碳涂层、密封件、轴承等产品。

摩根集团在20世纪后半叶通过收购快速开疆辟土,到90年代初已经发展为在80个国家拥有200家公司的庞然巨物,并且业务范围也从碳材料拓展到了先进陶瓷和复合材料。直至2013年,公司经过整合重组,正式更名为摩根先进材料公司,在材料科学、专业制造和应用工程领域占据领先地位。

粉体圈 启东

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