Τα τελευταία χρόνια, οι ημιαγωγοί σύνθετων καρβιδίου πυριτίου έχουν λάβει ευρεία προσοχή στον κλάδο. Ωστόσο, ως υλικό υψηλής απόδοσης, το καρβίδιο του πυριτίου είναι μόνο ένα μικρό μέρος των ηλεκτρονικών συσκευών (δίοδοι, συσκευές ισχύος). Μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί ως πρωτοποριακά, κοπτικά υλικά, δομικά υλικά, οπτικά υλικά, φορείς καταλύτη και πολλά άλλα. Σήμερα εισάγουμε κυρίως κεραμικά καρβιδίου πυριτίου, τα οποία έχουν τα πλεονεκτήματα της χημικής σταθερότητας, της αντοχής σε υψηλή θερμοκρασία, της αντοχής στη φθορά, της αντοχής στη διάβρωση, της υψηλής θερμικής αγωγιμότητας, του συντελεστή χαμηλού θερμικής διαστολής, της χαμηλής πυκνότητας και της υψηλής μηχανικής αντοχής. Χρησιμοποιούνται ευρέως σε τομείς όπως χημικά μηχανήματα, προστασία ενέργειας και περιβάλλοντος, ημιαγωγούς, μεταλλουργία, εθνική άμυνα και στρατιωτική βιομηχανία.
Καρβίδιο πυριτίου (sic)Περιέχει πυρίτιο και άνθρακα και είναι μια τυπική δομική ένωση πολλαπλών τύπων, που περιλαμβάνει κυρίως δύο κρυστάλλινες μορφές: α-SIC (σταθερός τύπος υψηλής θερμοκρασίας) και β-SIC (σταθερός τύπος χαμηλής θερμοκρασίας). Υπάρχουν περισσότεροι από 200 πολλοί τύποι συνολικά, μεταξύ των οποίων οι 3C β -sic και το 2H SIC, 4H SIC, 6H SIC και 15r SIC του α - SIC είναι αντιπροσωπευτικές.
Σχήμα SIC Multibody Struction
Όταν η θερμοκρασία είναι χαμηλότερη από 1600 ℃, το SIC υπάρχει με τη μορφή β -sic και μπορεί να παρασκευαστεί από ένα απλό μείγμα πυρίτιο και άνθρακα περίπου 1450 ℃. Όταν η θερμοκρασία υπερβαίνει τα 1600 ℃, β -siC μετατρέπεται αργά σε διάφορα πολυμορφικά α - sic. Το 4H SIC παράγεται εύκολα σε περίπου 2000 ℃. Και τα δύο πολυμορφικά 6H και 15R απαιτούν υψηλές θερμοκρασίες άνω των 2100 ℃ για εύκολο σχηματισμό. Το 6H SIC μπορεί να παραμείνει πολύ σταθερό ακόμη και σε θερμοκρασίες που υπερβαίνουν τα 2200 ℃, καθιστώντας την ευρέως χρησιμοποιούμενη σε βιομηχανικές εφαρμογές.
Το καθαρό καρβίδιο του πυριτίου είναι ένα άχρωμο και διαφανές κρύσταλλο, ενώ το βιομηχανικό καρβίδιο του πυριτίου μπορεί να είναι άχρωμο, ανοιχτό κίτρινο, ανοιχτό πράσινο, σκούρο πράσινο, γαλάζιο, σκούρο μπλε ή ακόμα και μαύρο, με μειωμένα επίπεδα διαφάνειας. Η λειαντική βιομηχανία κατηγοριοποιεί το καρβίδιο του πυριτίου σε δύο τύπους με βάση το χρώμα: μαύρο καρβίδιο πυριτίου και καρβίδιο πράσινου πυριτίου. Άχρωμο έως σκούρο πράσινο καρβίδιο πυριτίου ταξινομείται ως πράσινο καρβίδιο πυριτίου, ενώ το γαλάζιο σε μαύρο καρβίδιο του πυριτίου ταξινομείται ως μαύρο καρβίδιο του πυριτίου. Το μαύρο καρβίδιο του πυριτίου και το πράσινο καρβίδιο του πυριτίου είναι και τα δύο άλφα sic εξαγωνικά κρυστάλλους και η μικρο -καρβιδική σκόνη πράσινου πυριτίου χρησιμοποιείται γενικά ως η πρώτη ύλη για κεραμικά καρβιδίου πυριτίου.
Απόδοση κεραμικών καρβιδίου πυριτίου που παρασκευάζεται από διαφορετικές διαδικασίες
Ωστόσο, τα κεραμικά καρβιδίου πυριτίου έχουν το μειονέκτημα της σκληρότητας χαμηλής θραύσης και της υψηλής βαρύτητας. Ως εκ τούτου, τα τελευταία χρόνια, τα σύνθετα κεραμικά που βασίζονται σε κεραμικά καρβιδίου πυριτίου, όπως η ενίσχυση των ινών (ή του μούχου), η ενίσχυση της διασποράς των ετερογενών σωματιδίων και η διαδοχική λειτουργική υλικά, βελτιώνοντας διαδοχικά τη βελτίωση της σκληρότητας και της δύναμης των μεμονωμένων υλικών.
Ως δομικό κεραμικό κεραμικό υλικό υψηλής θερμοκρασίας, τα κεραμικά καρβιδίου πυριτίου έχουν εφαρμοστεί ολοένα και περισσότερο σε κλιβάνους υψηλής θερμοκρασίας, μεταλλουργία χάλυβα, πετροχημικά, μηχανικά ηλεκτρονικά, αεροδιαστημική, ενέργεια και περιβαλλοντική προστασία, πυρηνική ενέργεια, αυτοκίνητα και άλλα πεδία.
Το 2022, το μέγεθος της αγοράς των δομικών κεραμικών καρβιδίου πυριτίου στην Κίνα αναμένεται να φτάσει τα 18,2 δισεκατομμύρια γιουάν. Με την περαιτέρω επέκταση των πεδίων εφαρμογής και τις ανάγκες ανάπτυξης κατάντη, εκτιμάται ότι το μέγεθος της αγοράς των δομικών κεραμικών καρβιδίου του πυριτίου θα φτάσει τα 29,6 δισεκατομμύρια γιουάν μέχρι το 2025.
Στο μέλλον, με τον αυξανόμενο ποσοστό διείσδυσης των νέων ενεργειακών οχημάτων, της ενέργειας, της βιομηχανίας, της επικοινωνίας και άλλων τομέων, καθώς και οι ολοένα και πιο αυστηρές απαιτήσεις για την επέκταση των νέων οχημάτων και των φωτοβολταϊκών περιοχών υψηλής αξιοπιστίας.
Τα κεραμικά καρβιδίου πυριτίου χρησιμοποιούνται σε κεραμικούς κλιβάνους λόγω των εξαιρετικών μηχανικών ιδιοτήτων υψηλής θερμοκρασίας, της αντοχής στη φωτιά και της αντοχής σε θερμικό σοκ. Μεταξύ αυτών, οι κλιβάνοι κυλίνδρων χρησιμοποιούνται κυρίως για την ξήρανση, την πυροσυσσωμάτωση και τη θερμική επεξεργασία των θετικών υλικών ηλεκτροδίων μπαταρίας ιόντων λιθίου, των αρνητικών υλικών ηλεκτροδίων και των ηλεκτρολύτες. Τα θετικά και τα αρνητικά υλικά ηλεκτροδίων λιθίου είναι απαραίτητα για νέα ενεργειακά οχήματα. Τα έπιπλα κεραμικού κλιβάνου καρβιδίου πυριτίου αποτελούν βασικό συστατικό των κλιβάνων, το οποίο μπορεί να βελτιώσει την παραγωγική ικανότητα του κλιβάνου και να μειώσει σημαντικά την κατανάλωση ενέργειας.
Τα κεραμικά προϊόντα καρβιδίου πυριτίου χρησιμοποιούνται επίσης ευρέως σε διάφορα εξαρτήματα αυτοκινήτων. Επιπλέον, οι συσκευές SIC χρησιμοποιούνται κυρίως σε PCUs (μονάδες ελέγχου ισχύος, όπως DC/DC) και OBCs (μονάδες φόρτισης) νέων ενεργειακών οχημάτων. Οι συσκευές SIC μπορούν να μειώσουν το βάρος και τον όγκο του εξοπλισμού PCU, να μειώσουν τις απώλειες διακόπτη και να βελτιώσουν τη θερμοκρασία εργασίας και την αποτελεσματικότητα του συστήματος των συσκευών. Είναι επίσης δυνατή η αύξηση του επιπέδου ισχύος της μονάδας, η απλούστευση της δομής του κυκλώματος, η βελτίωση της πυκνότητας ισχύος και η αύξηση της ταχύτητας φόρτισης κατά τη φόρτιση OBC. Επί του παρόντος, πολλές εταιρείες αυτοκινήτων σε όλο τον κόσμο έχουν χρησιμοποιήσει καρβίδιο πυριτίου σε πολλαπλά μοντέλα και η υιοθέτηση μεγάλης κλίμακας καρβιδίου πυριτίου έχει γίνει μια τάση.
Όταν τα κεραμικά καρβιδίου του πυριτίου χρησιμοποιούνται ως βασικά υλικά φορέα στη διαδικασία παραγωγής των φωτοβολταϊκών κυττάρων, τα προκύπτοντα προϊόντα όπως τα στήριξη σκαφών, τα κιβώτια σκαφών και τα εξαρτήματα σωλήνων έχουν καλή θερμική σταθερότητα, μην παραμορφώνονται όταν χρησιμοποιούνται σε υψηλές θερμοκρασίες και δεν παράγουν επιβλαβείς ρύπους. Μπορούν να αντικαταστήσουν τα κοινά χρησιμοποιούμενα υποστηρίγματα σκαφών χαλαζία, κιβώτια σκαφών και εξαρτήματα σωλήνων και έχουν σημαντικά πλεονεκτήματα κόστους.
Επιπλέον, οι προοπτικές αγοράς για συσκευές ισχύος καρβιδίου φωτοβολταϊκού πυριτίου είναι ευρείες. Τα υλικά SIC έχουν χαμηλότερη αντίσταση, φορτίο πύλης και αντίστροφα χαρακτηριστικά φόρτισης ανάκτησης. Η χρήση του SIC MOSFET ή του SIC MOSFET σε συνδυασμό με τους φωτοβολταϊκούς μετατροπείς SIC SBD μπορεί να αυξήσει την αποτελεσματικότητα της μετατροπής από 96%σε πάνω από 99%, να μειώσει την απώλεια ενέργειας κατά περισσότερο από 50%και να αυξήσει τη διάρκεια ζωής του εξοπλισμού κατά 50 φορές.
Η σύνθεση των κεραμικών καρβιδίου του πυριτίου μπορεί να ανιχνευθεί πίσω στη δεκαετία του 1890, όταν το καρβίδιο του πυριτίου χρησιμοποιήθηκε κυρίως για μηχανικά υλικά λείανσης και ανθεκτικά υλικά. Με την ανάπτυξη της τεχνολογίας παραγωγής, τα προϊόντα SIC υψηλής τεχνολογίας έχουν αναπτυχθεί ευρέως και οι χώρες σε όλο τον κόσμο δίνουν μεγαλύτερη προσοχή στην εκβιομηχάνιση των προηγμένων κεραμικών. Δεν είναι πλέον ικανοποιημένοι με την παρασκευή παραδοσιακών κεραμικών καρβιδίου πυριτίου. Οι επιχειρήσεις που παράγουν κεραμικά υψηλής τεχνολογίας αναπτύσσονται ταχύτερα, ειδικά σε ανεπτυγμένες χώρες όπου αυτό το φαινόμενο είναι πιο σημαντικό. Οι ξένοι κατασκευαστές περιλαμβάνουν κυρίως Saint Gobain, 3M, Ceramtec, Ibiden, Schunk, Narita Group, Toto Corporation, Coorstek, Kyocera, Aszac, Japan Jingke Ceramics Co., Ltd., Ιαπωνία Special Ceramics Co.
Η ανάπτυξη καρβιδίου πυριτίου στην Κίνα ήταν σχετικά αργά σε σύγκριση με τις ανεπτυγμένες χώρες όπως η Ευρώπη και η Αμερική. Δεδομένου ότι ο πρώτος βιομηχανικός φούρνος για την κατασκευή του SIC χτίστηκε στο πρώτο εργοστάσιο τροχού λείανσης τον Ιούνιο του 1951, η Κίνα άρχισε να παράγει καρβίδιο πυριτίου. Οι εγχώριοι κατασκευαστές κεραμικών καρβιδίου πυριτίου συγκεντρώνονται κυρίως στην πόλη Weifang της επαρχίας Shandong. Σύμφωνα με τους επαγγελματίες, αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι οι τοπικές επιχειρήσεις εξόρυξης άνθρακα αντιμετωπίζουν πτώχευση και αναζητούν μετασχηματισμό. Ορισμένες εταιρείες έχουν εισαγάγει σχετικό εξοπλισμό από τη Γερμανία για να ξεκινήσουν την έρευνα και την παραγωγή καρβιδίου πυριτίου.Το ZPC είναι ένας από τους μεγαλύτερους κατασκευαστές καρβιδίου πυριτίου που έχει υποστεί αντίδραση.
Χρόνος δημοσίευσης: Νοέμβριος-09-2024