En los últimos años, los semiconductores compuestos de carburo de silicio han recibido una atención generalizada en la industria. Sin embargo, como material de alto rendimiento, el carburo de silicio es solo una pequeña parte de los dispositivos electrónicos (diodos, dispositivos de potencia). También se puede usar como abrasivos, materiales de corte, materiales estructurales, materiales ópticos, portadores de catalizador y más. Hoy, introducimos principalmente la cerámica de carburo de silicio, que tienen las ventajas de la estabilidad química, la alta resistencia a la temperatura, la resistencia al desgaste, la resistencia a la corrosión, la alta conductividad térmica, el bajo coeficiente de expansión térmica, la baja densidad y la alta resistencia mecánica. Se usan ampliamente en campos como maquinaria química, protección energética y ambiental, semiconductores, metalurgia, defensa nacional e industria militar.
Carburo de silicio (sic)Contiene silicio y carbono, y es un compuesto estructural múltiple típico, principalmente que incluye dos formas de cristal: α-SIC (tipo estable a alta temperatura) y β-SIC (tipo estable a baja temperatura). Hay más de 200 tipos múltiples en total, entre los cuales el 3C SiC de β - Sic y 2H SIC, 4H SIC, 6H SIC y 15R SIC de α - SIC son representativos.
Estructura multibuerpo de figura sic
Cuando la temperatura está por debajo de 1600 ℃, SIC existe en forma de β - SIC y puede prepararse a partir de una simple mezcla de silicio y carbono a alrededor de 1450 ℃. Cuando la temperatura excede 1600 ℃, β - SiC se transforma lentamente en varios polimorfos de α - SiC. 4 H SIC se genera fácilmente en alrededor de 2000 ℃; Los polimorfos 6H y 15R requieren altas temperaturas superiores a 2100 ℃ para una fácil formación; 6 H SIC puede permanecer muy estable incluso a temperaturas superiores a 2200 ℃, lo que lo hace ampliamente utilizado en aplicaciones industriales.
El carburo de silicio puro es un cristal incoloro y transparente, mientras que el carburo de silicio industrial puede ser incoloro, amarillo pálido, verde claro, verde oscuro, azul claro, azul oscuro o incluso negro, con niveles de transparencia decrecientes. La industria abrasiva clasifica el carburo de silicio en dos tipos basados en el color: carburo de silicio negro y carburo de silicio verde. El carburo de silicio de color verde oscuro incoloro se clasifica como carburo de silicio verde, mientras que el carburo de silicio de azul claro a negro se clasifica como carburo de silicio negro. El carburo de silicio negro y el carburo de silicio verde son cristales hexagonales alfa SiC, y el micro polvo de carburo de silicio verde generalmente se usa como materia prima para la cerámica de carburo de silicio.
Rendimiento de la cerámica de carburo de silicio preparado por diferentes procesos
Sin embargo, la cerámica de carburo de silicio tiene la desventaja de la baja resistencia a la fractura y la alta fragilidad. Por lo tanto, en los últimos años, la cerámica compuesta basada en la cerámica de carburo de silicio, como el refuerzo de fibra (o bigote), el fortalecimiento de la dispersión de partículas heterogéneas y los materiales funcionales de gradiente, han surgido sucesivamente, mejorando la tenacidad y la fuerza de los materiales individuales.
Como un material estructural de alta temperatura estructural de alta temperatura, la cerámica de carburo de silicio se ha aplicado cada vez más en hornos de alta temperatura, metalurgia de acero, petroquímicos, electrónica mecánica, aeroespacial, protección energética y ambiental, energía nuclear, automóviles y otros campos.
En 2022, se espera que el tamaño del mercado de la cerámica estructural de carburo de silicio en China alcance los 18,2 mil millones de yuanes. Con una mayor expansión de los campos de aplicación y las necesidades de crecimiento aguas abajo, se estima que el tamaño del mercado de la cerámica estructural de carburo de silicio llegará a 29.6 mil millones de yuanes para 2025.
En el futuro, con la creciente tasa de penetración de nuevos vehículos energéticos, energía, industria, comunicación y otros campos, así como los requisitos cada vez más estrictos para la alta precisión, la alta resistencia al desgaste y los componentes mecánicos de alta confiabilidad o los componentes electrónicos en varios campos, se espera que los productos de desarrollo de cerámica de mercado de silicio continúen expandiendo, entre los cuales los vehículos de nuevo energía y las fotovoltas son áreas importantes de desarrollo.
La cerámica de carburo de silicio se usa en los hornos de cerámica debido a sus excelentes propiedades mecánicas de alta temperatura, resistencia al fuego y resistencia al choque térmico. Entre ellos, los hornos de rodillos se utilizan principalmente para secar, sinterizar y tratamiento térmico de la batería de iones de litio materiales de electrodo positivos, materiales de electrodos negativos y electrolitos. La batería de litio positiva y los materiales de electrodo negativos son indispensables para nuevos vehículos de energía. Los muebles de horno de cerámica de carburo de silicio son un componente clave de los hornos, que puede mejorar la capacidad de producción del horno y reducir significativamente el consumo de energía.
Los productos de cerámica de carburo de silicio también se usan ampliamente en varios componentes automotrices. Además, los dispositivos SIC se utilizan principalmente en PCU (unidades de control de energía, como DC/DC a bordo) y OBC (unidades de carga) de nuevos vehículos de energía. Los dispositivos SIC pueden reducir el peso y el volumen de los equipos de PCU, reducir las pérdidas de interruptores y mejorar la temperatura de trabajo y la eficiencia del sistema de dispositivos; También es posible aumentar el nivel de potencia de la unidad, simplificar la estructura del circuito, mejorar la densidad de potencia y aumentar la velocidad de carga durante la carga de OBC. En la actualidad, muchas compañías automotrices de todo el mundo han utilizado el carburo de silicio en múltiples modelos, y la adopción a gran escala de carburo de silicio se ha convertido en una tendencia.
Cuando la cerámica de carburo de silicio se usa como materiales de transporte clave en el proceso de producción de las células fotovoltaicas, los productos resultantes, como soportes de botes, cajas de botes y accesorios de tuberías, tienen una buena estabilidad térmica, no se deforman cuando se usan a altas temperaturas y no producen contaminantes nocivos. Pueden reemplazar los soportes de barcos de cuarzo comúnmente utilizados, cajas de botes y accesorios de tuberías, y tienen ventajas de costos significativas.
Además, las perspectivas del mercado para dispositivos de potencia de carburo de silicio fotovoltaico son amplias. Los materiales SIC tienen características de carga de resistencia, carga de puerta y carga inversa. El uso de SIC MOSFET o SIC MOSFET combinado con inversores fotovoltaicos SIC SBD puede aumentar la eficiencia de conversión de 96%a más del 99%, reducir la pérdida de energía en más del 50%y aumentar la vida útil del ciclo de equipos en 50 veces.
La síntesis de la cerámica de carburo de silicio se remonta a la década de 1890, cuando el carburo de silicio se usó principalmente para materiales de molienda mecánica y materiales refractarios. Con el desarrollo de la tecnología de producción, los productos SIC de alta tecnología se han desarrollado ampliamente, y los países de todo el mundo están prestando más atención a la industrialización de la cerámica avanzada. Ya no están satisfechos con la preparación de la cerámica tradicional de carburo de silicio. Las empresas que producen cerámicas de alta tecnología se están desarrollando más rápidamente, especialmente en los países desarrollados donde este fenómeno es más significativo. Los fabricantes extranjeros incluyen principalmente Saint Gobain, 3M, Ceramtec, Ibiden, Schunk, Narita Group, Toto Corporation, Coorstek, Kyocera, Aszac, Japón Jingke Ceramics Co., Ltd., Japan Special Ceramics Co., Ltd., IPS Ceramics, etc.
El desarrollo del carburo de silicio en China fue relativamente tarde en comparación con países desarrollados como Europa y América. Desde que se construyó el primer horno industrial para la fabricación SIC en la primera fábrica de ruedas de molienda en junio de 1951, China comenzó a producir carburo de silicio. Los fabricantes nacionales de cerámica de carburo de silicio se concentran principalmente en la ciudad de Weifang, provincia de Shandong. Según los profesionales, esto se debe a que las empresas locales de minería de carbón se enfrentan a la bancarrota y buscando transformación. Algunas compañías han introducido equipos relevantes de Alemania para comenzar a investigar y producir carburo de silicio.ZPC es uno de los mayores fabricantes de carburo de silicio sinterizado de reacción.
Tiempo de publicación: Nov-09-2024