У апошнія гады паўправадніковыя злучэнні карбіду крэмнію атрымалі шырокую ўвагу ў прамысловасці. Аднак, як высокапрадукцыйны матэрыял, карбід крэмнію з'яўляецца толькі невялікай часткай электронных прылад (дыёдаў, сілавых прылад). Ён таксама можа выкарыстоўвацца ў якасці абразіўных матэрыялаў, рэжучых матэрыялаў, канструкцыйных матэрыялаў, аптычных матэрыялаў, носьбітаў каталізатараў і іншага. Сёння мы ў асноўным прадстаўляем кераміку на аснове карбіду крэмнію, якая мае такія перавагі, як хімічная стабільнасць, высокая тэрмаўстойлівасць, зносаўстойлівасць, каразійная стойкасць, высокая цеплаправоднасць, нізкі каэфіцыент цеплавога пашырэння, нізкая шчыльнасць і высокая механічная трываласць. Яна шырока выкарыстоўваецца ў такіх галінах, як хімічнае машынабудаванне, энергетыка і ахова навакольнага асяроддзя, паўправаднікі, металургія, нацыянальная абарона і ваенная прамысловасць.
Карбід крэмнію (SiC)Утрымлівае крэмній і вуглярод і з'яўляецца тыповым шматтыпным структурным злучэннем, якое ў асноўным уключае дзве крышталічныя формы: α-SiC (высокатэмпературна стабільны тып) і β-SiC (нізкатэмпературна стабільны тып). Усяго існуе больш за 200 шматтыпаў, сярод якіх найбольш распаўсюджаныя 3C SiC з β-SiC, а таксама 2H SiC, 4H SiC, 6H SiC і 15R SiC з α-SiC.
Малюнак шматцелавай структуры SiC
Пры тэмпературы ніжэй за 1600 ℃ SiC існуе ў форме β-SiC і можа быць атрыманы з простай сумесі крэмнію і вугляроду пры тэмпературы каля 1450 ℃. Пры тэмпературы вышэй за 1600 ℃ β-SiC павольна ператвараецца ў розныя поліморфы α-SiC. 4H SiC лёгка ўтвараецца пры тэмпературы каля 2000 ℃; як поліморфы 6H, так і 15R патрабуюць высокіх тэмператур вышэй за 2100 ℃ для лёгкага ўтварэння; 6H SiC можа заставацца вельмі стабільным нават пры тэмпературах вышэй за 2200 ℃, што робіць яго шырока выкарыстоўваным у прамысловасці.
Чысты карбід крэмнію — гэта бясколерны і празрысты крышталь, у той час як прамысловы карбід крэмнію можа быць бясколерным, бледна-жоўтым, светла-зялёным, цёмна-зялёным, светла-блакітным, цёмна-сінім або нават чорным, са змяншэннем ступені празрыстасці. Абразіўная прамысловасць класіфікуе карбід крэмнію на два тыпы ў залежнасці ад колеру: чорны карбід крэмнію і зялёны карбід крэмнію. Ад бясколернага да цёмна-зялёнага карбіду крэмнію класіфікуецца як зялёны карбід крэмнію, а ад светла-блакітнага да чорнага карбіду крэмнію — як чорны карбід крэмнію. Чорны і зялёны карбід крэмнію — гэта шасцігранныя крышталі альфа-SiC, і мікрапарашок зялёнага карбіду крэмнію звычайна выкарыстоўваецца ў якасці сыравіны для керамікі з карбіду крэмнію.
Характарыстыкі карбід-крэмніевай керамікі, атрыманай рознымі спосабамі
Аднак карбідкрэмніевая кераміка мае недахопы ў выглядзе нізкай глейкасці разрушэння і высокай далікатнасці. Таму ў апошнія гады паслядоўна з'явіліся кампазітныя керамічныя матэрыялы на аснове карбідкрэмніевай керамікі, такія як валаконнае (або вусікавае) армаванне, умацаванне з гетэрагеннай дысперсіяй часціц і градыентныя функцыянальныя матэрыялы, якія паляпшаюць ударную глейкасць і трываласць асобных матэрыялаў.
Як высокапрадукцыйны канструкцыйны керамічны высокатэмпературны матэрыял, карбідкрэмніевая кераміка ўсё часцей ужываецца ў высокатэмпературных печах, металургіі сталі, нафтахіміі, механічнай электроніцы, аэракасмічнай прамысловасці, энергетыцы і ахове навакольнага асяроддзя, атамнай энергетыцы, аўтамабілі і іншых галінах.
Чакаецца, што ў 2022 годзе аб'ём рынку канструкцыйнай керамікі з карбіду крэмнію ў Кітаі дасягне 18,2 млрд юаняў. З далейшым пашырэннем сфер прымянення і ростам патрэбаў у перапрацоўцы, паводле ацэнак, да 2025 года аб'ём рынку канструкцыйнай керамікі з карбіду крэмнію дасягне 29,6 млрд юаняў.
У будучыні, з ростам тэмпаў пранікнення новых энергетычных транспартных сродкаў, энергетыкі, прамысловасці, сувязі і іншых галін, а таксама з усё больш жорсткімі патрабаваннямі да высокадакладных, высоказносаўстойлівых і высоканадзейных механічных кампанентаў або электронных кампанентаў у розных галінах, чакаецца, што рынак керамічных вырабаў з карбіду крэмнію будзе працягваць пашырацца, сярод якіх важнымі напрамкамі развіцця з'яўляюцца новыя энергетычныя транспартныя сродкі і фотаэлектрыка.
Карбідкрэмніевая кераміка выкарыстоўваецца ў керамічных печах дзякуючы сваім выдатным механічным уласцівасцям пры высокіх тэмпературах, вогнеўстойлівасці і ўстойлівасці да цеплавых удараў. Сярод іх ролікавыя печы ў асноўным выкарыстоўваюцца для сушкі, спякання і тэрмічнай апрацоўкі матэрыялаў дадатных электродаў літый-іённых акумулятараў, матэрыялаў адмоўных электродаў і электралітаў. Матэрыялы дадатных і адмоўных электродаў літый-іённых акумулятараў неабходныя для новых энергетычных транспартных сродкаў. Керамічная мэбля з карбідукрэмнію для печаў з'яўляецца ключавым кампанентам печаў, які можа палепшыць вытворчую магутнасць печаў і значна знізіць спажыванне энергіі.
Керамічныя вырабы з карбіду крэмнію таксама шырока выкарыстоўваюцца ў розных аўтамабільных кампанентах. Акрамя таго, прылады з карбіду крэмнію ў асноўным выкарыстоўваюцца ў блоках кіравання харчаваннем (PCU, напрыклад, бартавых DC/DC) і OBC (зарадных прыладах) транспартных сродкаў на новых энергарэсурсах. Прылады з карбіду крэмнію могуць паменшыць вагу і аб'ём абсталявання PCU, знізіць страты ў пераключэнні, павысіць працоўную тэмпературу і эфектыўнасць сістэмы прылад; гэта таксама дазваляе павялічыць узровень магутнасці прылады, спрасціць структуру схемы, палепшыць шчыльнасць магутнасці і павялічыць хуткасць зарадкі падчас зарадкі OBC. У цяперашні час многія аўтамабільныя кампаніі па ўсім свеце выкарыстоўваюць карбід крэмнію ў розных мадэлях, і масавае ўкараненне карбіду крэмнію стала тэндэнцыяй.
Калі ў якасці асноўных матэрыялаў-носьбітаў у працэсе вытворчасці фотаэлектрычных элементаў выкарыстоўваецца кераміка з карбіду крэмнію, атрыманыя вырабы, такія як апоры для лодак, скрыні для лодак і фітынгі для труб, маюць добрую тэрмічную стабільнасць, не дэфармуюцца пры выкарыстанні пры высокіх тэмпературах і не выпрацоўваюць шкодных забруджвальных рэчываў. Яны могуць замяніць распаўсюджаныя кварцавыя апоры для лодак, скрыні для лодак і фітынгі для труб, а таксама маюць значныя перавагі ў кошце.
Акрамя таго, рынкавыя перспектывы для фотаэлектрычных прылад на аснове карбіду крэмнію шырокія. Матэрыялы SiC маюць ніжэйшае супраціўленне, характарыстыкі зараду затвора і зваротнага аднаўлення зараду. Выкарыстанне SiC MOSFET або SiC MOSFET у спалучэнні з фотаэлектрычнымі інвертарамі SiC SBD можа павялічыць эфектыўнасць пераўтварэння з 96% да больш чым 99%, знізіць страты энергіі больш чым на 50% і павялічыць тэрмін службы абсталявання ў 50 разоў.
Сінтэз карбід-крэмніевай керамікі можна прасачыць да 1890-х гадоў, калі карбід крэмнію ў асноўным выкарыстоўваўся для механічнага шліфавання матэрыялаў і вогнетрывалых матэрыялаў. З развіццём вытворчых тэхналогій шырока распрацаваліся высокатэхналагічныя прадукты з карбіду крэмнію, і краіны свету надаюць больш увагі індустрыялізацыі перадавой керамікі. Яны больш не задавольваюцца падрыхтоўкай традыцыйнай карбід-крэмніевай керамікі. Прадпрыемствы па вытворчасці высокатэхналагічнай керамікі развіваюцца больш хуткімі тэмпамі, асабліва ў развітых краінах, дзе гэтая з'ява больш значная. Сярод замежных вытворцаў у асноўным Saint Gobain, 3M, CeramTec, IBIDEN, Schunk, Narita Group, Toto Corporation, CoorsTek, Kyocera, Aszac, Japan Jingke Ceramics Co., Ltd., Japan Special Ceramics Co., Ltd., IPS Ceramics і г.д.
Развіццё карбіду крэмнію ў Кітаі адбылося адносна позна ў параўнанні з развітымі краінамі, такімі як Еўропа і Амерыка. З таго часу, як у чэрвені 1951 года на заводзе Першага шліфавальнага кола была пабудавана першая прамысловая печ для вытворчасці карбіду крэмнію, Кітай пачаў вытворчасць карбіду крэмнію. Айчынныя вытворцы керамікі з карбіду крэмнію ў асноўным сканцэнтраваны ў горадзе Вэйфан правінцыі Шаньдун. Паводле слоў спецыялістаў, гэта звязана з тым, што мясцовыя вуглездабыўныя прадпрыемствы сутыкаюцца з банкруцтвам і імкнуцца да рэфармавання. Некаторыя кампаніі ўвезлі адпаведнае абсталяванне з Германіі, каб пачаць даследаванні і вытворчасць карбіду крэмнію.ZPC з'яўляецца адным з найбуйнейшых вытворцаў рэакцыйна спечанага карбіду крэмнію.
Час публікацыі: 9 лістапада 2024 г.