I de senere år har siliciumcarbidforbindelser i halvlederindustrien fået udbredt opmærksomhed. Som et højtydende materiale er siliciumcarbid dog kun en lille del af elektroniske enheder (dioder, strømforsyninger). Det kan også bruges som slibemidler, skærematerialer, strukturmaterialer, optiske materialer, katalysatorbærere og mere. I dag introducerer vi primært siliciumcarbidkeramik, som har fordelene ved kemisk stabilitet, høj temperaturbestandighed, slidstyrke, korrosionsbestandighed, høj varmeledningsevne, lav termisk udvidelseskoefficient, lav densitet og høj mekanisk styrke. De er meget udbredt inden for områder som kemiske maskiner, energi- og miljøbeskyttelse, halvledere, metallurgi, nationalt forsvar og militærindustri.
Siliciumkarbid (SiC)indeholder silicium og kulstof og er en typisk multitype strukturforbindelse, der hovedsageligt omfatter to krystalformer: α-SiC (højtemperaturstabil type) og β-SiC (lavtemperaturstabil type). Der er mere end 200 multityper i alt, hvoraf 3C SiC af β-SiC og 2H SiC, 4H SiC, 6H SiC og 15R SiC af α-SiC er repræsentative.
Figur SiC flerlegemestruktur
Når temperaturen er under 1600 ℃, findes SiC i form af β-SiC og kan fremstilles ud fra en simpel blanding af silicium og kulstof ved omkring 1450 ℃. Når temperaturen overstiger 1600 ℃, omdannes β-SiC langsomt til forskellige polymorfer af α-SiC. 4H SiC genereres let ved omkring 2000 ℃; Både 6H- og 15R-polymorfer kræver høje temperaturer over 2100 ℃ for nem dannelse; 6H SiC kan forblive meget stabilt selv ved temperaturer over 2200 ℃, hvilket gør det meget anvendt i industrielle applikationer.
Rent siliciumcarbid er en farveløs og transparent krystal, mens industrielt siliciumcarbid kan være farveløst, lysegult, lysegrønt, mørkegrønt, lyseblåt, mørkeblåt eller endda sort, med faldende transparensniveauer. Slibeindustrien kategoriserer siliciumcarbid i to typer baseret på farve: sort siliciumcarbid og grønt siliciumcarbid. Farveløst til mørkegrønt siliciumcarbid klassificeres som grønt siliciumcarbid, mens lyseblåt til sort siliciumcarbid klassificeres som sort siliciumcarbid. Sort siliciumcarbid og grønt siliciumcarbid er begge alfa SiC hexagonale krystaller, og grønt siliciumcarbid-mikropulver bruges generelt som råmateriale til siliciumcarbidkeramik.
Ydeevne af siliciumcarbidkeramik fremstillet ved forskellige processer
Siliciumcarbidkeramik har imidlertid den ulempe, at den er lav brudstyrke og høj sprødhed. Derfor er der i de senere år successivt dukket kompositkeramik baseret på siliciumcarbidkeramik op, såsom fiberforstærkning (eller whiskerforstærkning), heterogen partikeldispersionsforstærkning og gradientfunktionelle materialer, hvilket har forbedret sejheden og styrken af de enkelte materialer.
Som et højtydende strukturelt keramisk højtemperaturmateriale er siliciumcarbidkeramik i stigende grad blevet anvendt i højtemperaturovne, stålmetallurgi, petrokemikalier, mekanisk elektronik, luftfart, energi og miljøbeskyttelse, atomenergi, biler og andre områder.
I 2022 forventes markedet for strukturkeramik af siliciumcarbid i Kina at nå 18,2 milliarder yuan. Med yderligere udvidelse af anvendelsesområder og behov for vækst i downstream-segmentet anslås det, at markedet for strukturkeramik af siliciumcarbid vil nå 29,6 milliarder yuan i 2025.
I fremtiden, med den stigende penetrationsrate for nye energikøretøjer, energi, industri, kommunikation og andre områder, samt de stadig strengere krav til mekaniske komponenter eller elektroniske komponenter med høj præcision, høj slidstyrke og høj pålidelighed inden for forskellige områder, forventes markedet for siliciumcarbid keramiske produkter at fortsætte med at vokse, herunder nye energikøretøjer og solceller er vigtige udviklingsområder.
Siliciumcarbidkeramik anvendes i keramiske ovne på grund af deres fremragende mekaniske egenskaber ved høje temperaturer, brandmodstand og termiske stødmodstand. Blandt disse anvendes valseovne primært til tørring, sintring og varmebehandling af positive elektrodematerialer til lithium-ion-batterier, negative elektrodematerialer og elektrolytter. Positive og negative elektrodematerialer til lithium-ion-batterier er uundværlige for nye energikøretøjer. Siliciumcarbidkeramiske ovnmøbler er en nøglekomponent i ovne, som kan forbedre ovnens produktionskapacitet og reducere energiforbruget betydeligt.
Keramikprodukter af siliciumcarbid anvendes også i vid udstrækning i forskellige bilkomponenter. Derudover anvendes SiC-enheder hovedsageligt i PCU'er (strømstyringsenheder, såsom indbyggede DC/DC) og OBC'er (opladerenheder) i nye energikøretøjer. SiC-enheder kan reducere vægten og volumen af PCU-udstyr, reducere afbrydertab og forbedre enhedernes driftstemperatur og systemeffektivitet. Det er også muligt at øge enhedens effektniveau, forenkle kredsløbsstrukturen, forbedre effekttætheden og øge opladningshastigheden under OBC-opladning. I øjeblikket har mange bilproducenter verden over brugt siliciumcarbid i flere modeller, og den storstilede anvendelse af siliciumcarbid er blevet en trend.
Når siliciumcarbidkeramik anvendes som centrale bærermaterialer i produktionsprocessen for solceller, har de resulterende produkter såsom bådstøtter, bådkasser og rørfittings god termisk stabilitet, deformeres ikke ved høje temperaturer og producerer ikke skadelige forurenende stoffer. De kan erstatte de almindeligt anvendte kvartsbådstøtter, bådkasser og rørfittings og har betydelige omkostningsfordele.
Derudover er markedsudsigterne for fotovoltaiske siliciumcarbid-enheder brede. SiC-materialer har lavere modstandsegenskaber, gate-ladning og reverse recovery-ladning. Brug af SiC Mosfet eller SiC Mosfet kombineret med SiC SBD fotovoltaiske invertere kan øge konverteringseffektiviteten fra 96 % til over 99 %, reducere energitab med mere end 50 % og øge udstyrets levetid med 50 gange.
Syntesen af siliciumcarbidkeramik kan spores tilbage til 1890'erne, hvor siliciumcarbid primært blev brugt til mekaniske slibematerialer og ildfaste materialer. Med udviklingen af produktionsteknologi er højteknologiske SiC-produkter blevet bredt udviklet, og lande verden over lægger mere vægt på industrialiseringen af avanceret keramik. De er ikke længere tilfredse med fremstillingen af traditionel siliciumcarbidkeramik. Virksomheder, der producerer højteknologisk keramik, udvikler sig hurtigere, især i udviklede lande, hvor dette fænomen er mere markant. Udenlandske producenter inkluderer primært 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 osv.
Udviklingen af siliciumcarbid i Kina var relativt sen sammenlignet med udviklede lande som Europa og Amerika. Siden den første industrielle ovn til fremstilling af SiC blev bygget på den første slibeskivefabrik i juni 1951, begyndte Kina at producere siliciumcarbid. Indenlandske producenter af siliciumcarbidkeramik er hovedsageligt koncentreret i Weifang City, Shandong-provinsen. Ifølge fagfolk skyldes dette, at lokale kulminevirksomheder står over for konkurs og søger omstilling. Nogle virksomheder har introduceret relevant udstyr fra Tyskland for at begynde at forske i og producere siliciumcarbid.ZPC er en af de største producenter af reaktionssintret siliciumcarbid.
Opslagstidspunkt: 9. november 2024