في السنوات الأخيرة ، تلقت أشباه الموصلات المركبة كربيد السيليكون اهتمامًا واسع النطاق في هذه الصناعة. ومع ذلك ، كمواد عالية الأداء ، فإن كربيد السيليكون ليس سوى جزء صغير من الأجهزة الإلكترونية (الثنائيات ، أجهزة الطاقة). يمكن أيضًا استخدامه كخوض ومواد القطع والمواد الهيكلية والمواد البصرية وناقلات المحفز والمزيد. اليوم ، نقدم بشكل رئيسي سيراميك كربيد السيليكون ، والتي لها مزايا الاستقرار الكيميائي ، ومقاومة درجة الحرارة العالية ، ومقاومة التآكل ، ومقاومة التآكل ، والتوصيل الحراري العالي ، ومعامل التمدد الحراري المنخفض ، والكثافة المنخفضة ، والقوة الميكانيكية العالية. يتم استخدامها على نطاق واسع في مجالات مثل الآلات الكيميائية ، وحماية الطاقة والبيئة ، وأشباه الموصلات ، والمعادن ، والدفاع الوطني والصناعة العسكرية.
كربيد السيليكون (كذا)يحتوي على السيليكون والكربون ، وهو مركب هيكلي متعدد النوع ، بما في ذلك شكلين من الأشكال البلورية: α-siC (نوع مستقر درجة الحرارة العالية) و β-كذا (نوع مستقر منخفضة الحرارة). هناك أكثر من 200 نوع متعدد الأنواع ، من بينها ، من بين 3C من β - siC و 2H SIC ، 4H SIC ، 6H SIC ، و 15R SIC من α - SIC تمثيلي.
هيكل الجسم متعدد الجسم
عندما تكون درجة الحرارة أقل من 1600 ℃ ، يوجد SIC في شكل β - siC ويمكن تحضيره من مزيج بسيط من السيليكون والكربون في حوالي 1450 ℃. عندما تتجاوز درجة الحرارة 1600 ℃ ، يتحول β - SIC ببطء إلى أشكال متعددة من α - siC. يتم إنشاء 4H SIC بسهولة في حوالي 2000 ℃ ؛ يتطلب كل من الأشكال المتعددة 6H و 15R درجات حرارة عالية أعلى من 2100 ℃ لسهولة التكوين ؛ يمكن أن تظل 6H SIC مستقرة للغاية حتى في درجات الحرارة التي تتجاوز 2200 ℃ ، مما يجعلها تستخدم على نطاق واسع في التطبيقات الصناعية.
كربيد السيليكون النقي عبارة عن بلورة عديمة اللون وشفافة ، في حين أن كربيد السيليكون الصناعي يمكن أن يكون عديمة اللون ، أصفر شاحب ، أخضر فاتح ، أخضر داكن ، أزرق فاتح ، أو حتى أسود ، مع انخفاض مستويات الشفافية. تصنف الصناعة الكاشطة كربيد السيليكون إلى نوعين على أساس اللون: كربيد السيليكون الأسود وكربيد السيليكون الأخضر. لا يتم تصنيف كربيد السيليكون الخضراء الداكن إلى كربيد السيليكون الأخضر ، بينما يتم تصنيف كربيد السيليكون الأزرق الفاتح إلى الأسود على أنه كربيد سليكون أسود. كربيد السيليكون الأسود وكربيد السيليكون الأخضر هما بلورات سداسية ألفا كذا ، ويستخدم مسحوق كربيد السيليكون الأخضر عمومًا كمواد خام لسيراميك كربيد السيليكون.
أداء السيراميك كربيد السيليكون الذي أعدته عمليات مختلفة
ومع ذلك ، فإن السيراميك كربيد السيليكون له عيب في انخفاض صلابة الكسر والهشاشة العالية. لذلك ، في السنوات الأخيرة ، ظهرت السيراميك المركبة القائمة على السيراميك السيليكون ، مثل تعزيز الألياف (أو الهاوية) ، وتعزيز تشتت الجسيمات غير المتجانسة ، والمواد الوظيفية المتدرجة ، على التوالي ، مما يؤدي إلى تحسين صلابة المواد الفردية وقوة.
كمواد ذات درجات حرارة ذات درجات حرارة عالية الأداء عالية الأداء ، تم تطبيق سيراميك كربيد السيليكون بشكل متزايد في أفران درجات الحرارة العالية ، والمعادن الفولاذية ، والبتروكيماويات ، والإلكترونيات الميكانيكية ، والفضاء ، والطاقة ، والحماية من البيئة ، والطاقة النووية ، والسيارات وغيرها من الحركات.
في عام 2022 ، من المتوقع أن يصل حجم السوق للسيراميك الهيكلي للسيليكون في الصين إلى 18.2 مليار يوان. مع مزيد من التوسع في حقول التطبيق واحتياجات النمو في اتجاه مجرى النهر ، تشير التقديرات إلى أن حجم السوق للسيراميك الهيكلي للسيليكون كربيد سيصل إلى 29.6 مليار يوان بحلول عام 2025.
في المستقبل ، مع زيادة معدل الاختراق لمركبات الطاقة الجديدة ، والطاقة ، والصناعة ، والاتصالات وغيرها من المجالات ، وكذلك المتطلبات الصارمة بشكل متزايد لاتخاذ القرار العالي ، ومقاومة التآكل العالية ، ومكونات ميكانيكية عالية الموثوقية أو المكونات الإلكترونية في مجالات مختلفة ، فإن حجم السوق من سيليكون كاربايد المنتجات المتزايدة لتوسيع نطاق مركبات الطاقة الجديدة.
يتم استخدام السيراميك كربيد السيليكون في أفران السيراميك بسبب خصائصها الميكانيكية ذات درجة الحرارة العالية الممتازة ، ومقاومة الحريق ، ومقاومة الصدمة الحرارية. من بينها ، تستخدم أفران الأسطوانة بشكل أساسي للتجفيف والتلبيس والمعالجة الحرارية لمواد قطب ليثيوم أيون الإيجابية ومواد القطب السلبي والكهارل. بطارية الليثيوم إيجابية وسلبية مواد الإلكترود لا غنى عنها لسيارات الطاقة الجديدة. يعد أثاث الفرن الخزفي السيليكون كربيد مكونًا رئيسيًا في الأفران ، مما يمكن أن يحسن قدرة إنتاج الفرن ويقلل بشكل كبير من استهلاك الطاقة.
تستخدم منتجات السيراميك السيليكون على نطاق واسع في مكونات السيارات المختلفة. بالإضافة إلى ذلك ، يتم استخدام أجهزة SIC بشكل أساسي في وحدات التحكم في الطاقة ، مثل DC/DC) و OBCs (وحدات الشحن) من سيارات الطاقة الجديدة. يمكن لأجهزة SIC أن تقلل من وزن وحجم معدات PCU ، وتقليل خسائر التبديل ، وتحسين درجة حرارة العمل وكفاءة النظام للأجهزة ؛ من الممكن أيضًا زيادة مستوى طاقة الوحدة ، وتبسيط بنية الدائرة ، وتحسين كثافة الطاقة ، وزيادة سرعة الشحن أثناء شحن OBC. في الوقت الحالي ، استخدمت العديد من شركات السيارات في جميع أنحاء العالم كربيد السيليكون في نماذج متعددة ، وأصبح اعتماد كربيد السيليكون على نطاق واسع اتجاهًا.
عندما يتم استخدام سيراميك كربيد السيليكون كمواد حاملة رئيسية في عملية إنتاج الخلايا الكهروضوئية ، فإن المنتجات الناتجة مثل دعامات القوارب وصناديق القوارب وتجهيزات الأنابيب لها استقرار حراري جيد ، ولا تشوه عند استخدامه في درجات حرارة عالية ، ولا تنتج ملوثات ضارة. يمكنهم استبدال دعامات قارب الكوارتز شائعة الاستخدام وصناديق القوارب وتجهيزات الأنابيب ، ولديها مزايا تكلفة كبيرة.
بالإضافة إلى ذلك ، فإن آفاق السوق لأجهزة الطاقة الكرببية السيليكون الكهروضوئية واسعة. مواد SIC أقل على المقاومة ، شحن البوابة ، وخصائص شحن الاسترداد العكسي. يمكن أن يؤدي استخدام SIC MOSFET أو SIC MOSFET إلى جانب مائلات SBD الكهروضوئية SIC إلى زيادة كفاءة التحويل من 96 ٪ إلى أكثر من 99 ٪ ، مما يقلل من فقدان الطاقة بأكثر من 50 ٪ ، ويزيد من عمر دورة المعدات بنسبة 50 مرة.
يمكن إرجاع تخليق السيراميك كربيد السيليكون إلى تسعينيات القرن التاسع عشر ، عندما تم استخدام كربيد السيليكون بشكل رئيسي لمواد الطحن الميكانيكية والمواد الحرارية. مع تطوير تكنولوجيا الإنتاج ، تم تطوير منتجات SIC عالية التقنية على نطاق واسع ، والبلدان في جميع أنحاء العالم تولي المزيد من الاهتمام لتصنيع السيراميك المتقدم. لم تعد راضية عن تحضير السيراميك السيليكون التقليدي. تتطور المؤسسات التي تنتج السيراميك عالي التقنية بسرعة أكبر ، خاصة في البلدان المتقدمة حيث تكون هذه الظاهرة أكثر أهمية. تشمل الشركات المصنعة الأجانب بشكل أساسي Saint Gobain ، 3M ، Ceramtec ، المرجع نفسه ، Schunk ، Narita Group ، Toto Corporation ، Coorstek ، Kyocera ، Aszac ، Japan Jingke Ceramics Co. ، Ltd. ، Japan Special Ceramics Co. ، Ltd.
تأخر تطوير كربيد السيليكون في الصين نسبيًا مقارنة بالبلدان المتقدمة مثل أوروبا وأمريكا. منذ أن تم بناء أول فرن صناعي للتصنيع SIC في مصنع العجلات الأول في يونيو 1951 ، بدأت الصين في إنتاج كربيد السيليكون. تتركز الشركات المصنعة المحلية لسيراميك سيليكون كربيد بشكل أساسي في مدينة ويفانج ، مقاطعة شاندونغ. وفقًا للمهنيين ، هذا لأن مؤسسات تعدين الفحم المحلية تواجه الإفلاس وتسعى إلى التحول. قدمت بعض الشركات المعدات ذات الصلة من ألمانيا لبدء البحث وإنتاج كربيد السيليكون.ZPC هي واحدة من أكبر الشركة المصنعة لرد فعل كربيد السيليكون الملبد.
وقت النشر: نوفمبر -09-2024