Trong thế giới sản xuất công nghiệp cao cấp, những đột phá trong công nghệ vật liệu thường đồng nghĩa với sự đổi mới trong ngành công nghiệp. Là “trụ cột vô hình” của công nghiệp hiện đại, gốm công nghiệp đã phát triển từ gốm sứ truyền thống dùng trong sinh hoạt hàng ngày thành vật liệu kỹ thuật hiệu suất cao, được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực hàng không vũ trụ, bán dẫn, năng lượng, điện tử và ô tô. Vậy, gốm công nghiệp thực sự là vật liệu gì? Tại sao nó lại chiếm vị trí quan trọng như vậy trong hệ thống công nghiệp hiện đại? Bài viết này sẽ phân tích toàn diện cho bạn bởi Zhihao Ceramics.

Gốm sứ ban đầu có nguồn gốc từ khoáng vật tự nhiên, là một loại vật liệu vô cơ phi kim loại, được tạo thành thông qua quá trình nung ở nhiệt độ cao. Gốm sứ thời kỳ đầu chủ yếu được làm từ cao lanh, fenspat và thạch anh, được sử dụng để chế tạo đồ dùng sinh hoạt và trang trí kiến trúc. Loại gốm sứ này được gọi là “gốm sứ truyền thống”.

Trong công nghiệp hiện đại, định nghĩa về gốm sứ đã được mở rộng sang gốm sứ kỹ thuật hoặc gốm sứ tiên tiến, với nguyên liệu được tinh chế và biến đổi ở mức độ cao, có cấu trúc dày đặc và tính năng vượt trội.
Các thành phần chính của gốm công nghiệp hiện đại bao gồm:

• Aluminium oxide (Al₂O₃)Độ cứng cao, chống mài mòn, được sử dụng cho các bộ phận cơ khí và các bộ phận làm kín.

• Zirconium oxide (ZrO₂)：Có độ bền cao, thường được sử dụng trong các dụng cụ cắt, đế van, thiết bị cấy ghép y tế;

• Silicon nitride (Si₃N₄)：Cường độ cao, chịu nhiệt độ cao, được sử dụng rộng rãi trong các bộ phận động cơ và ổ trục;

• Silicon carbide (SiC)Độ cứng cực cao, chịu được axit và kiềm, thích hợp sử dụng trong môi trường ăn mòn;

• Nitrua nhôm (AlN)：Có tính dẫn nhiệt xuất sắc, là thành phần quan trọng trong các vật liệu gốm điện tử mới.

Sự kết hợp của các vật liệu có độ tinh khiết cao này không chỉ làm cho gốm công nghiệp trở nên “cứng” mà còn “thông minh” hơn.

Gốm sứ thuộc loại vật liệu vô cơ phi kim loại, cùng với kim loại và polymer là một trong ba hệ thống vật liệu cơ bản.
Các đặc điểm nổi bật bao gồm:

• Liên kết giữa các nguyên tử rất chặt chẽ (liên kết cộng hóa trị, liên kết ion), do đó có độ cứng cao và chịu được nhiệt độ cao;

• Không dẫn điện, không dẫn nhiệt, hầu hết có tính chất cách điện;

• Tính chất hóa học ổn định, khả năng chống ăn mòn cao hơn nhiều so với vật liệu kim loại.

Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển của công nghệ vật liệu, tính “cứng” của gốm sứ đang dần bị phá vỡ.
Một số hướng nghiên cứu bắt đầu khám phá “hợp kim gốm” hoặc “vật liệu composite gốc gốm”, bằng cách thêm các hạt kim loại hoặc sợi carbon vào gốm, đạt được sự cân bằng giữa độ bền và độ dẻo dai, ứng dụng trong các điều kiện làm việc khắc nghiệt như dao cắt, giáp, cánh tuabin, v.v.

Ba nguyên liệu chính của gốm sứ truyền thống - kaolin, feldspar và thạch anh - tạo nên khung cơ bản của gốm sứ.
Công nghệ gốm công nghiệp hiện đại đã kết hợp công nghệ chế tạo bột mịn và kiểm soát quá trình nung kết, từ đó đạt được các tính chất vật lý và hóa học ở mức cao hơn.

Zhi Hao Ceramics sử dụng công nghệ xử lý bột mịn + ép đẳng áp + kiểm soát nung chính xác để đảm bảo sản phẩm gốm sứ vẫn giữ được độ bền và ổn định cao trong môi trường nhiệt độ cao.
Ví dụ:

• Các bộ phận gốm sứ oxit nhôm thể hiện tính cách điện và độ bền mài mòn xuất sắc trong các ứng dụng đóng gói điện tử và cấu trúc van bơm.

• Substrate gốm nhôm nitride có tính dẫn nhiệt cao, là vật liệu quan trọng trong việc tản nhiệt cho mô-đun công suất.

Đây chính là bước nhảy vọt quan trọng của vật liệu gốm sứ từ “truyền thống” sang “công nghiệp”.

Gốm công nghiệp với những tính năng đặc biệt của mình đã trở thành vật liệu kỹ thuật quan trọng thay thế cho kim loại và nhựa. Các đặc điểm chính của nó như sau:

Trong hệ thống sản phẩm của Zhihao Ceramics, những tính năng này được tận dụng tối đa trong các ứng dụng cao cấp như các bộ phận gốm nhôm oxit, ổ trục nitơ silic, van zirconia oxit, tản nhiệt nhôm nitơ, v.v.

Các loại chính và đặc tính cơ bản của gốm công nghiệp

Với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ truyền thông 5G, đóng gói bán dẫn và xe điện mới, vật liệu gốm điện tử mới đã trở thành nền tảng quan trọng cho ngành công nghiệp công nghệ cao.
Chủ yếu bao gồm:

• Gốm điện môi: Được sử dụng trong các linh kiện điện tử như bộ lọc, tụ điện, v.v.

• Gốm áp điện: Chuyển đổi năng lượng cơ học thành năng lượng điện, được sử dụng trong cảm biến và thiết bị siêu âm;

• Gốm dẫn điện: Được sử dụng trong điện cực, cảm biến, bộ phận gia nhiệt;

• Gốm dẫn nhiệt (như nitrua nhôm): Được sử dụng trong các thiết bị công suất để tản nhiệt hiệu quả.

Chí Hảo Ceramics dựa trên công nghệ gia công và nung chính xác, đã hình thành một dòng sản phẩm gốm điện tử hoàn chỉnh, bao gồm từ đế, giá đỡ đến các bộ phận cấu trúc tùy chỉnh, cung cấp các giải pháp vật liệu điện tử đáng tin cậy cho khách hàng trên toàn thế giới.

“Gốm mềm” là một loại vật liệu gốm mới có tính dẻo, được tạo ra bằng cách thêm các thành phần hữu cơ linh hoạt vào bột gốm truyền thống, cho phép nó định hình và đông cứng ở nhiệt độ thấp.
Nó thường được sử dụng trong lĩnh vực nghệ thuật thủ công, đóng gói điện tử linh hoạt và vật liệu bảo vệ đặc biệt.

So với gốm cứng truyền thống, gốm mềm có độ dẻo dai và tính linh hoạt trong gia công cao hơn.
Hướng nghiên cứu và phát triển của loại vật liệu này phản ánh xu hướng chuyển đổi của vật liệu gốm từ cứng sang mềm, từ cấu trúc tĩnh sang vật liệu chức năng.

Trung Quốc là một lực lượng quan trọng trong ngành công nghiệp gốm sứ toàn cầu. Từ gốm sứ xanh lam cổ đại của Jingdezhen đến sản xuất gốm sứ tiên tiến hiện đại, ngành công nghiệp gốm sứ Trung Quốc đã trải qua một bước nhảy vọt từ nghệ thuật thủ công đến khoa học vật liệu.

Ngày nay, Zhihao Ceramics là một trong những trụ cột của ngành sản xuất gốm công nghiệp Trung Quốc.
Công ty tập trung vào nghiên cứu và phát triển, sản xuất các bộ phận gốm sứ tiên tiến như oxit nhôm, oxit zirconium, nitrua nhôm, nitrua silic, v.v. Sản phẩm được ứng dụng rộng rãi trong:

• Bao bì bán dẫn và tản nhiệt

• Các bộ phận cơ khí chính xác

• Hệ thống cảm biến ô tô

• Thiết bị hóa chất chống ăn mòn

• Các bộ phận cách điện điện tử và điện

Zhi Hao Ceramics kiên trì lấy đổi mới vật liệu làm trọng tâm, tạo ra các giải pháp gốm công nghiệp có độ tin cậy và độ chính xác cao, hỗ trợ ngành sản xuất Trung Quốc đạt được sự cao cấp hóa và quốc tế hóa.

Gốm kết cấu chủ yếu tận dụng các đặc tính cơ học của gốm công nghiệp như độ bền cao, độ cứng cao, chịu nhiệt độ cao và chống ăn mòn, được ứng dụng trong các bộ phận chịu tải trọng và môi trường khắc nghiệt. Trong đó, gốm nhôm oxit là một trong những loại gốm kết cấu đầu tiên được ứng dụng trong công nghiệp, thành phần chính là Al₂O₃, hàm lượng thường lớn hơn 45%, có thể sử dụng lâu dài ở nhiệt độ cao 1600℃, độ bền gấp 2~3 lần gốm thông thường, có thể lên đến 5~6 lần. Tuy nhiên, gốm sứ oxit nhôm cũng có nhược điểm là dễ vỡ, không chịu được sự thay đổi nhiệt độ môi trường đột ngột.

Gốm silicon nitride là một loại gốm chịu nhiệt có độ bền cao, độ cứng cao, chống mài mòn, chống ăn mòn và có khả năng tự bôi trơn. Hệ số giãn nở tuyến tính của nó là nhỏ nhất trong các loại gốm, có thể sử dụng ở nhiệt độ lên đến 1400°C và có khả năng chống ăn mòn tuyệt vời. Khả năng chống rung của gốm silicon nitride là không thể so sánh với gốm nhôm oxit và bất kỳ vật liệu gốm nào khác.

Gốm silicon carbide là loại gốm có độ bền nhiệt độ cao nhất hiện nay, vẫn duy trì được độ bền uốn cao khi sử dụng ở nhiệt độ 1200℃~1400℃, đồng thời có tính dẫn nhiệt, chống oxy hóa, dẫn điện và độ bền va đập cao. Do khả năng dẫn nhiệt cao, nó thường được sử dụng để sản xuất các bộ phận chịu nhiệt độ cao như vòi phun của ống xả tên lửa, vòi rót kim loại, ống bọc cặp nhiệt điện, ống lò nung, v.v.

Gốm chức năng tập trung vào việc tận dụng các tính năng đặc biệt của gốm công nghiệp như tính điện, từ tính, sinh học, nhiệt độ nhạy cảm và quang học. Ví dụ, các sản phẩm gốm oxit lithium có pha tinh thể chính là lithium feldspar (Li₂O·Al₂O₃·2SiO₂) và lithium pyroxene (Li₂O·Al₂O₃·4SiO₂), có đặc điểm là hệ số giãn nở nhiệt thấp và khả năng chống sốc nhiệt tốt. Li₂O là một oxit ngoại mạng, có tác dụng củng cố mạng lưới thủy tinh, có thể nâng cao hiệu quả tính ổn định hóa học của thủy tinh.

Gốm boron nitride hexagonal có thành phần chính là BN, cấu trúc tinh thể thuộc hệ tinh thể hexagonal. Cấu trúc và tính chất của nó tương tự như graphite, do đó được gọi là ”graphite trắng”. Độ cứng của nó tương đối thấp, có thể gia công bằng phương pháp cắt, có tính tự bôi trơn, có thể được sử dụng để sản xuất các sản phẩm như ổ trục chịu nhiệt độ cao tự bôi trơn, khuôn đúc thủy tinh, v.v.

Vật liệu gốm điện tử mới là một nhánh phát triển nhanh chóng trong những năm gần đây, chủ yếu bao gồm gốm điện môi, gốm áp điện, gốm bán dẫn, v.v. Những loại gốm này được sử dụng trong ngành công nghiệp điện tử làm tụ điện, bộ cộng hưởng, bộ lọc, cảm biến, v.v., là vật liệu cơ bản không thể thiếu trong ngành công nghiệp thông tin điện tử hiện đại. Với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ 5G, Internet vạn vật và trí tuệ nhân tạo, yêu cầu về tính năng của vật liệu gốm điện tử ngày càng cao, thúc đẩy sự đổi mới liên tục trong lĩnh vực này.

Vật liệu gốm sứ trong tương lai sẽ trở nên thông minh và đa chức năng hơn.

• Về mặt tính năng: Các vật liệu mới như vật liệu có độ dẫn nhiệt cao, độ bền siêu cao, gốm sứ trong suốt... liên tục xuất hiện;

• Trong sản xuất: Công nghệ gia công chính xác CNC, in 3D gốm sứ, nung không áp suất, v.v. thúc đẩy độ chính xác trong sản xuất hàng loạt;

• Trong lĩnh vực công nghiệp: Gốm sứ sẽ được tích hợp sâu rộng vào các lĩnh vực năng lượng mới, sản xuất chip và hàng không vũ trụ.

Zhi Hao Ceramics tiếp tục đầu tư vào đổi mới vật liệu và nâng cấp thiết bị, cam kết trở thành nhà cung cấp giải pháp gốm công nghiệp hàng đầu thế giới, sử dụng công nghệ vật liệu để thúc đẩy tương lai của sản xuất thông minh.

Với sự tiến bộ của khoa học công nghệ và sự nâng cấp của ngành công nghiệp, gốm công nghiệp là một loại vật liệu tiên tiến quan trọng, có triển vọng ứng dụng rất rộng rãi. Trong lĩnh vực hàng không vũ trụ, gốm công nghiệp sẽ tiếp tục phát huy ưu thế của mình trong các bộ phận kết cấu chịu nhiệt độ cao; trong lĩnh vực điện tử thông tin, vật liệu gốm điện tử mới sẽ hỗ trợ sự phát triển của công nghệ 5G, Internet vạn vật và trí tuệ nhân tạo; trong lĩnh vực năng lượng mới, vật liệu gốm sẽ có nhiều ứng dụng hơn trong pin nhiên liệu, sử dụng năng lượng mặt trời và công nghệ lưu trữ năng lượng.

Đồng thời, ngành công nghiệp gốm sứ công nghiệp Trung Quốc sẽ tiếp tục thúc đẩy đổi mới công nghệ và nâng cấp công nghiệp, tăng cường hợp tác giữa các trường đại học, viện nghiên cứu và doanh nghiệp, nâng cao giá trị gia tăng của sản phẩm và khả năng cạnh tranh trên thị trường quốc tế. Với việc nâng cao các yêu cầu về bảo vệ môi trường và tăng nhu cầu tiết kiệm năng lượng và giảm thiểu khí thải, gốm sứ công nghiệp, với vai trò là vật liệu có thể kéo dài tuổi thọ thiết bị, giảm số lần bảo trì và giảm tiêu thụ năng lượng, sẽ đóng vai trò quan trọng hơn trong phát triển bền vững.

Tổng thể mà nói, vật liệu gốm công nghiệp với những ưu điểm đặc biệt về tính năng sẽ đóng vai trò ngày càng quan trọng trong sự phát triển của công nghệ và công nghiệp trong tương lai. Cùng với sự tiến bộ của công nghệ thiết kế và sản xuất vật liệu, tính năng của gốm công nghiệp sẽ được nâng cao hơn nữa, chi phí sẽ được giảm thiểu hơn nữa, và lĩnh vực ứng dụng sẽ không ngừng mở rộng, góp phần lớn hơn nữa vào sự tiến bộ công nghệ của nhân loại và sự phát triển của công nghiệp.