Posljednjih godina, poluprovodnički spojevi silicijum karbida dobili su široku pažnju u industriji. Međutim, kao visokoperformansni materijal, silicijum karbid je samo mali dio elektronskih uređaja (diode, energetski uređaji). Može se koristiti i kao abraziv, materijal za rezanje, konstrukcijski materijali, optički materijali, nosači katalizatora i drugo. Danas uglavnom predstavljamo silicijum karbidnu keramiku, koja ima prednosti hemijske stabilnosti, otpornosti na visoke temperature, otpornosti na habanje, otpornosti na koroziju, visoke toplotne provodljivosti, niskog koeficijenta toplotnog širenja, niske gustine i visoke mehaničke čvrstoće. Široko se koriste u oblastima kao što su hemijske mašine, energetika i zaštita okoliša, poluprovodnici, metalurgija, nacionalna odbrana i vojna industrija.
Silicijum karbid (SiC)Sadrži silicijum i ugljik i tipičan je višetipski strukturni spoj, koji uglavnom uključuje dva kristalna oblika: α-SiC (tip stabilan na visokim temperaturama) i β-SiC (tip stabilan na niskim temperaturama). Ukupno postoji više od 200 višetipova, među kojima su reprezentativni 3C SiC od β-SiC i 2H SiC, 4H SiC, 6H SiC i 15R SiC od α-SiC.
Slika SiC višestruke strukture
Kada je temperatura ispod 1600 ℃, SiC postoji u obliku β-SiC i može se pripremiti iz jednostavne smjese silicija i ugljika na oko 1450 ℃. Kada temperatura pređe 1600 ℃, β-SiC se polako transformira u različite polimorfe α-SiC. 4H SiC se lako generira na oko 2000 ℃; I 6H i 15R polimorfi zahtijevaju visoke temperature iznad 2100 ℃ za lako formiranje; 6H SiC može ostati vrlo stabilan čak i na temperaturama iznad 2200 ℃, što ga čini široko korištenim u industrijskim primjenama.
Čisti silicijum karbid je bezbojan i prozirni kristal, dok industrijski silicijum karbid može biti bezbojan, blijedožut, svijetlozelen, tamnozelen, svijetloplav, tamnoplav ili čak crn, sa smanjenim nivoom prozirnosti. Abrazivna industrija kategorizira silicijum karbid u dvije vrste na osnovu boje: crni silicijum karbid i zeleni silicijum karbid. Bezbojni do tamnozeleni silicijum karbid se klasifikuje kao zeleni silicijum karbid, dok se svijetloplavi do crni silicijum karbid klasifikuje kao crni silicijum karbid. Crni silicijum karbid i zeleni silicijum karbid su alfa SiC heksagonalni kristali, a zeleni mikro prah silicijum karbida se obično koristi kao sirovina za silicijum karbidnu keramiku.
Performanse silicijum-karbidne keramike pripremljene različitim postupcima
Međutim, silicijum-karbidna keramika ima nedostatak niske žilavosti na lom i visoke krhkosti. Stoga su se posljednjih godina sukcesivno pojavile kompozitne keramike na bazi silicijum-karbidne keramike, kao što su ojačanje vlaknima (ili brkovima), ojačanje heterogenom disperzijom čestica i gradijentno funkcionalni materijali, poboljšavajući žilavost i čvrstoću pojedinačnih materijala.
Kao visokoperformansni strukturni keramički materijal za visoke temperature, silicijum-karbidna keramika se sve više primjenjuje u visokotemperaturnim pećima, metalurgiji čelika, petrohemiji, mehaničkoj elektronici, vazduhoplovstvu, energetici i zaštiti okoliša, nuklearnoj energiji, automobilima i drugim oblastima.
Očekuje se da će 2022. godine veličina tržišta silicijum-karbidne strukturne keramike u Kini dostići 18,2 milijarde juana. S daljnjim širenjem područja primjene i potrebama za rastom nizvodno, procjenjuje se da će veličina tržišta silicijum-karbidne strukturne keramike dostići 29,6 milijardi juana do 2025. godine.
U budućnosti, s rastućom stopom prodiranja vozila na novu energiju, energetici, industriji, komunikacijama i drugim oblastima, kao i sve strožim zahtjevima za visokopreciznim, visokootpornim na habanje i visokopouzdanim mehaničkim komponentama ili elektronskim komponentama u različitim oblastima, očekuje se da će se veličina tržišta keramičkih proizvoda od silicijum karbida nastaviti širiti, među kojima su vozila na novu energiju i fotonaponski sistemi važna područja razvoja.
Silicijum-karbidna keramika se koristi u keramičkim pećima zbog svojih odličnih mehaničkih svojstava na visokim temperaturama, otpornosti na vatru i otpornosti na termičke udare. Među njima, valjkaste peći se uglavnom koriste za sušenje, sinterovanje i termičku obradu pozitivnih elektroda, negativnih elektroda i elektrolita litijum-jonskih baterija. Pozitivne i negativne elektrode litijum-jonskih baterija su nezamjenjive za vozila s novim izvorima energije. Keramički namještaj za peći od silicijum-karbida je ključna komponenta peći, koja može poboljšati proizvodni kapacitet peći i značajno smanjiti potrošnju energije.
Keramički proizvodi od silicijum karbida se također široko koriste u raznim automobilskim komponentama. Osim toga, SiC uređaji se uglavnom koriste u PCU (jedinicama za kontrolu snage, kao što su ugrađene DC/DC jedinice) i OBC (jedinicama za punjenje) vozila s novim izvorima energije. SiC uređaji mogu smanjiti težinu i volumen PCU opreme, smanjiti gubitke prekidača i poboljšati radnu temperaturu i efikasnost sistema uređaja; Također je moguće povećati nivo snage jedinice, pojednostaviti strukturu kola, poboljšati gustoću snage i povećati brzinu punjenja tokom OBC punjenja. Trenutno, mnoge automobilske kompanije širom svijeta koriste silicijum karbid u više modela, a masovno usvajanje silicijum karbida postalo je trend.
Kada se silicijum-karbidna keramika koristi kao ključni noseći materijal u procesu proizvodnje fotonaponskih ćelija, rezultirajući proizvodi poput nosača za brodove, kutija za brodove i cijevnih spojnica imaju dobru termičku stabilnost, ne deformišu se pri upotrebi na visokim temperaturama i ne proizvode štetne zagađivače. Mogu zamijeniti uobičajeno korištene kvarcne nosače za brodove, kutije za brodove i cijevne spojnice, te imaju značajne prednosti u pogledu troškova.
Osim toga, tržišni izgledi za fotonaponske uređaje od silicijum karbida su široki. SiC materijali imaju niži otpor, karakteristike naboja na gejtu i obrnutog oporavka naboja. Korištenje SiC Mosfeta ili SiC Mosfeta u kombinaciji sa SiC SBD fotonaponskim inverterima može povećati efikasnost konverzije sa 96% na preko 99%, smanjiti gubitak energije za više od 50% i povećati vijek trajanja opreme za 50 puta.
Sinteza silicijum karbidne keramike može se pratiti do 1890-ih, kada se silicijum karbid uglavnom koristio za mehaničko mljevenje materijala i vatrostalnih materijala. Razvojem proizvodne tehnologije, visokotehnološki SiC proizvodi su široko razvijeni, a zemlje širom svijeta posvećuju više pažnje industrijalizaciji napredne keramike. Više nisu zadovoljne pripremom tradicionalne silicijum karbidne keramike. Preduzeća koja proizvode visokotehnološku keramiku se brže razvijaju, posebno u razvijenim zemljama gdje je ovaj fenomen značajniji. Strani proizvođači uglavnom uključuju 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, itd.
Razvoj silicijum karbida u Kini je bio relativno kasan u poređenju sa razvijenim zemljama poput Evrope i Amerike. Otkako je prva industrijska peć za proizvodnju SiC izgrađena u Prvoj fabrici brusnih točkova u junu 1951. godine, Kina je počela proizvoditi silicijum karbid. Domaći proizvođači silicijum karbidne keramike uglavnom su koncentrisani u gradu Weifang, provincija Shandong. Prema riječima stručnjaka, to je zato što se lokalna preduzeća za rudarstvo uglja suočavaju sa bankrotom i traže transformaciju. Neke kompanije su uvele relevantnu opremu iz Njemačke kako bi započele istraživanje i proizvodnju silicijum karbida.ZPC je jedan od najvećih proizvođača reakcijski sinterovanog silicijum karbida.
Vrijeme objave: 09.11.2024.