Nanopoudre de zircone : un nouveau matériau pour les téléphones portables 5G

Source : Science and Technology Daily : Le procédé traditionnel de production de poudre de zircone produit une grande quantité de déchets, notamment d'importantes eaux usées alcalines à faible concentration, difficiles à traiter et à l'origine d'une grave pollution environnementale. Le broyage à billes à haute énergie est une technologie de préparation de matériaux économe en énergie et efficace, qui améliore la compacité et la dispersibilité des céramiques de zircone et offre de bonnes perspectives d'application industrielle. Avec l'avènement de la technologie 5G, les smartphones évoluent progressivement. La communication 5G utilise un spectre supérieur à 3 gigahertz (GHz), et sa longueur d'onde millimétrique est très courte. Si le téléphone mobile 5G utilise une face arrière métallique, celle-ci interférera ou masquera gravement le signal. Par conséquent, les matériaux céramiques, caractérisés par une absence de blindage du signal, une dureté élevée, une forte perception et d'excellentes performances thermiques proches de celles des matériaux métalliques, sont progressivement devenus un choix important pour les fabricants de téléphonie mobile à l'ère de la 5G. Bao Jinxiao, professeur à l'Université des sciences et technologies de Mongolie intérieure, a déclaré aux journalistes qu'en tant que matériau inorganique non métallique important, les nouveaux matériaux céramiques sont devenus le meilleur choix pour les matériaux de panneaux arrière de téléphones intelligents. À l'ère de la 5G, les panneaux arrière de téléphones portables doivent être modernisés de toute urgence. Wang Sikai, directeur général de la Mongolie intérieure Jingtao Zirconium Industry Co., Ltd. (ci-après dénommée Jingtao Zirconium Industry), a déclaré au journaliste que selon les données publiées par Counterpoint, un institut de recherche de renommée mondiale, les expéditions mondiales de smartphones atteindront 1,331 milliard d'unités en 2020. Avec la demande croissante de céramique de zircone utilisée dans les panneaux arrière de téléphones portables, sa R&D et sa technologie de préparation ont également suscité beaucoup d'attention. En tant que nouveau matériau céramique à très haut contenu technique, la céramique de zircone peut être compétente dans les environnements de travail difficiles pour lesquels les matériaux métalliques, les matériaux polymères et la plupart des autres matériaux céramiques ne sont pas adaptés. En tant que pièces structurelles, les produits en céramique de zircone sont utilisés dans de nombreux secteurs tels que l'énergie, l'aérospatiale, la mécanique, l'automobile et les soins médicaux. Leur consommation annuelle mondiale dépasse les 80 000 tonnes. Avec l'avènement de la 5G, les dispositifs céramiques ont démontré un avantage technologique majeur dans la fabrication de coques arrière de téléphones portables, et la céramique de zircone bénéficie de perspectives de développement plus larges. « La performance de la céramique de zircone dépend directement de celle des poudres. C'est pourquoi le développement d'une technologie de préparation contrôlable de poudres hautes performances est devenu un élément essentiel de la préparation de la céramique de zircone et du développement de dispositifs en céramique de zircone hautes performances. », a déclaré Wang Sikai sans détour. La méthode de broyage à billes à haute énergie verte est très prisée des experts. La production nationale de nanopoudres de zircone utilise principalement la chimie humide, et l'oxyde de terres rares est utilisé comme stabilisant. Ce procédé se caractérise par une grande capacité de production et une bonne homogénéité des composants chimiques. Cependant, il présente l'inconvénient de produire une grande quantité de déchets, notamment des eaux usées alcalines à faible concentration, difficiles à traiter. Si elles ne sont pas traitées correctement, elles peuvent entraîner une pollution et des dommages importants à l'environnement. « Selon l'étude, il faut environ 50 tonnes d'eau pour produire une tonne de poudre de céramique de zircone stabilisée à l'oxyde d'yttrium, ce qui génère une grande quantité d'eaux usées, dont la récupération et le traitement augmenteront considérablement les coûts de production », a déclaré Wang Sikai. Avec l'amélioration de la législation chinoise sur la protection de l'environnement, les entreprises qui préparent des nanopoudres de zircone par voie humide sont confrontées à des difficultés sans précédent. Il est donc urgent de développer une technologie de préparation de nanopoudres de zircone écologique et économique. Dans ce contexte, la préparation de nanopoudres de zircone par un procédé de production plus propre et moins énergivore est devenue un pôle de recherche majeur. Parmi ces procédés, le broyage à boulets à haute énergie est la méthode la plus recherchée par les milieux scientifiques et technologiques. « Innovation de Bao Jin. Le broyage à boulets à haute énergie consiste à utiliser l'énergie mécanique pour induire des réactions chimiques ou modifier la structure et les propriétés des matériaux, afin de préparer de nouveaux matériaux. Cette nouvelle technologie permet de réduire l'énergie d'activation des réactions, d'affiner la granulométrie, d'améliorer considérablement l'uniformité de la distribution des particules de poudre, d'optimiser la combinaison des interfaces entre les substrats, de favoriser la diffusion des ions solides et d'induire des réactions chimiques à basse température, améliorant ainsi la compacité et la dispersibilité des matériaux. Cette technologie de préparation de matériaux, économe en énergie et efficace, offre de belles perspectives d'application industrielle. Un mécanisme de coloration unique permet de créer des céramiques colorées. Sur le marché international, les nanopoudres de zircone sont entrées dans une phase de développement industriel. Wang Sikai a déclaré aux journalistes : « Dans les pays et régions développés comme les États-Unis, l'Europe occidentale et le Japon, la production de nanopoudres de zircone est importante et les spécifications des produits sont relativement complètes. Les multinationales américaines et japonaises, en particulier, bénéficient d'avantages concurrentiels évidents grâce aux brevets sur les céramiques de zircone. Selon Wang Sikai, l'industrie chinoise de la fabrication de nouvelles céramiques est actuellement en plein essor et la demande en poudre céramique augmente d'année en année. Il est donc de plus en plus urgent de développer un procédé de production de nouvelles nanopoudres de zircone. Ces deux dernières années, des instituts de recherche et des entreprises nationales ont également commencé à rechercher et à produire de manière indépendante des nanopoudres de zircone, mais la plupart des travaux de recherche et développement en sont encore au stade des essais de production à petite échelle en laboratoire, avec une faible production et une seule variété. Dans le cadre du projet « Nanopoudre de zircone de terre rare colorée », mis en œuvre par Ceramic Zirconia Industry, la nanopoudre de zircone a été préparée par broyage à billes à haute énergie. L'eau est utilisée comme agent de broyage pour broyer et affiner les particules, de sorte que « Une poudre de grains non agglomérés de 100 nanomètres peut être obtenue, non polluante, à faible coût et offrant une bonne stabilité de lot », a déclaré Bao Xin. Cette technologie de préparation répond non seulement aux exigences de poudre des panneaux arrière en céramique des téléphones mobiles 5G, des matériaux de revêtement de barrière thermique pour les turbomoteurs d'aviation, des billes et des couteaux en céramique, entre autres. Elle peut également être popularisée et appliquée à la préparation d'autres poudres céramiques, telles que les poudres composites d'oxyde de cérium. Conformément au mécanisme de coloration développé en interne, l'équipe technique de Ceramic Zirconium Industry a adopté une méthode de synthèse et de composition en phase solide pour la coloration, sans introduction d'ions métalliques supplémentaires, grâce à l'optimisation du procédé. Les céramiques de zircone préparées par cette méthode présentent non seulement une saturation des couleurs élevée et une bonne mouillabilité, mais n'altèrent pas non plus les propriétés mécaniques d'origine des céramiques de zircone. « La granulométrie d'origine de la poudre de zircone colorée de terres rares produite grâce à cette nouvelle technologie est nanométrique, ce qui se caractérise par une granulométrie uniforme, une activité de frittage élevée et une faible température de frittage, etc. Par rapport au procédé de production traditionnel, la consommation énergétique globale est considérablement réduite. L'efficacité de la production et le rendement du traitement de la céramique sont considérablement améliorés. Les dispositifs céramiques avancés préparés selon cette méthode présentent d'excellentes propriétés, telles qu'une résistance, une ténacité et une dureté élevées. », a déclaré Wang Sikai.