Azken urteotan, silizio karburozko konposatu erdieroaleek arreta handia jaso dute industrian. Hala ere, errendimendu handiko materiala denez, silizio karburoa gailu elektronikoen (diodoak, potentzia-gailuak) zati txiki bat baino ez da. Urratzaile, ebaketa-material, egitura-material, material optiko, katalizatzaile-eramaile eta beste hainbat material gisa ere erabil daiteke. Gaur egun, batez ere silizio karburozko zeramikak aurkezten ditugu, egonkortasun kimikoa, tenperatura-erresistentzia handia, higadura-erresistentzia, korrosio-erresistentzia, eroankortasun termiko handia, hedapen termiko-koefiziente baxua, dentsitate baxua eta erresistentzia mekaniko handia dituztenak. Oso erabiliak dira makineria kimikoan, energian eta ingurumen-babesean, erdieroaleetan, metalurgian, defentsa nazionalean eta industria militarrean bezalako arloetan.
Silizio karburoa (SiC)Silizioa eta karbonoa ditu, eta egitura-konposatu tipiko mota anitzekoa da, batez ere bi kristal forma dituena: α-SiC (tenperatura altuan egonkorra den mota) eta β-SiC (tenperatura baxuko mota). Guztira 200 mota anitzeko baino gehiago daude, eta horien artean β-SiC-ren 3C SiC eta α-SiC-ren 2H SiC, 4H SiC, 6H SiC eta 15R SiC dira adierazgarriak.
Irudia SiC gorputz anitzeko egitura
Tenperatura 1600 ℃-tik behera dagoenean, SiC β-SiC moduan existitzen da eta silizio eta karbono nahasketa soil batetik prestatu daiteke 1450 ℃ inguruan. Tenperatura 1600 ℃-tik gorakoa denean, β-SiC poliki-poliki eraldatzen da α-SiC-ren hainbat polimorfotan. 4H SiC erraz sortzen da 2000 ℃ inguruan; 6H eta 15R polimorfoek 2100 ℃-tik gorako tenperatura altuak behar dituzte erraz eratzeko; 6H SiC oso egonkorra izan daiteke 2200 ℃-tik gorako tenperaturetan ere, eta horrek asko erabiltzen du industria-aplikazioetan.
Silizio karburo purua kristal koloregabea eta gardena da, silizio karburo industriala, berriz, koloregabea, hori zurbila, berde argia, berde iluna, urdin argia, urdin iluna edo baita beltza ere izan daiteke, gardentasun mailak beherantz eginez. Urratzaileen industriak silizio karburoa bi motatan sailkatzen du kolorearen arabera: silizio karburo beltza eta silizio karburo berdea. Koloregabetik berde ilunera bitarteko silizio karburoa silizio karburo berde gisa sailkatzen da, eta urdin argitik beltzera bitarteko silizio karburoa, berriz, silizio karburo beltza. Silizio karburo beltza eta silizio karburo berdea alfa SiC kristal hexagonalak dira, eta silizio karburo berdeko mikro hautsa normalean silizio karburo zeramiken lehengai gisa erabiltzen da.
Prozesu ezberdinen bidez prestatutako silizio karburozko zeramiken errendimendua
Hala ere, silizio karburozko zeramikek haustura-gogo txikia eta hauskortasun handia dituzte desabantaila gisa. Hori dela eta, azken urteotan, silizio karburozko zeramikan oinarritutako konposite zeramikoak agertu dira bata bestearen atzetik, hala nola zuntz (edo whisker) indargarriak, partikula heterogeneoen sakabanaketa indargarriak eta gradiente funtzional materialak, banakako materialen gogortasuna eta erresistentzia hobetuz.
Errendimendu handiko tenperatura altuko zeramikazko material estruktural gisa, silizio karburozko zeramikak gero eta gehiago erabiltzen dira tenperatura altuko labeetan, altzairuaren metalurgian, petrokimikoetan, elektronika mekanikoan, aeroespazialean, energian eta ingurumenaren babesean, energia nuklearrean, automobilgintzan eta beste arlo batzuetan.
2022an, silizio karburozko egitura-zeramiken merkatuaren tamaina Txinan 18.200 milioi yuanera iristea espero da. Aplikazio-eremuen hedapen gehiagorekin eta hazkunde-beharretara hurbiltzen den heinean, silizio karburozko egitura-zeramiken merkatuaren tamaina 29.600 milioi yuanera iritsiko dela kalkulatzen da 2025erako.
Etorkizunean, energia berriko ibilgailuen, energiaren, industriaren, komunikazioaren eta beste arlo batzuen sartze-tasa gero eta handiagoa denez, baita hainbat arlotan zehaztasun handiko, higadura-erresistentzia handiko eta fidagarritasun handiko osagai mekaniko edo elektronikoen eskakizun gero eta zorrotzagoak ere, silizio karburozko zeramikazko produktuen merkatuaren tamaina zabaltzen jarraituko duela espero da, eta horien artean energia berriak dituzten ibilgailuak eta fotovoltaikoak garapen-arlo garrantzitsuak dira.
Silizio karburozko zeramikak zeramikazko labeetan erabiltzen dira tenperatura altuko propietate mekaniko bikainak, suarekiko erresistentzia eta kolpe termikoarekiko erresistentzia direla eta. Horien artean, arrabol-labeak batez ere litio-ioizko baterien elektrodo positiboen, elektrodo negatiboen eta elektrolitoen lehortzeko, sinterizatzeko eta tratamendu termikorako erabiltzen dira. Litio-ioizko baterien elektrodo positibo eta negatiboen materialak ezinbestekoak dira energia berriko ibilgailuetarako. Silizio karburozko zeramikazko labeko altzariak labeen osagai nagusiak dira, labeen ekoizpen-ahalmena hobetu eta energia-kontsumoa nabarmen murriztu dezaketenak.
Silizio karburozko zeramikazko produktuak automobilgintzako hainbat osagaitan ere asko erabiltzen dira. Horrez gain, SiC gailuak batez ere energia berriko ibilgailuen PCUetan (potentzia kontrol unitateak, hala nola DC/DC barnekoak) eta OBCetan (kargatzeko unitateak) erabiltzen dira. SiC gailuek PCU ekipamenduen pisua eta bolumena murriztu, etengailuen galerak murriztu eta gailuen lan-tenperatura eta sistemaren eraginkortasuna hobetu ditzakete; unitatearen potentzia maila handitzea, zirkuituaren egitura sinplifikatzea, potentzia dentsitatea hobetzea eta kargatzeko abiadura handitzea ere posible da OBC kargatzean. Gaur egun, mundu osoko automobilgintza-enpresa askok silizio karburoa erabili dute hainbat modelotan, eta silizio karburoaren eskala handiko adopzioa joera bihurtu da.
Silizio karburozko zeramikak zelula fotovoltaikoen ekoizpen prozesuan euskarri-material nagusi gisa erabiltzen direnean, sortzen diren produktuek, hala nola itsasontzien euskarriak, itsasontzien kaxak eta hodi-osagarriak, egonkortasun termiko ona dute, ez dira deformatzen tenperatura altuetan erabiltzean eta ez dute kutsatzaile kaltegarririk sortzen. Ohiko kuartzozko itsasontzien euskarriak, itsasontzien kaxak eta hodi-osagarriak ordezka ditzakete, eta kostu-abantaila nabarmenak dituzte.
Gainera, silizio karburozko potentzia-gailu fotovoltaikoen merkatu-perspektibak zabalak dira. SiC materialek erresistentzia, ate-karga eta alderantzizko berreskurapen-karga ezaugarri txikiagoak dituzte. SiC Mosfet edo SiC Mosfet SiC SBD inbertsore fotovoltaikoekin konbinatuta erabiltzeak bihurketa-eraginkortasuna % 96tik % 99ra igo dezake, energia-galera % 50 baino gehiago murriztu eta ekipamenduen ziklo-bizitza 50 aldiz handitu.
Silizio karburo zeramikaren sintesia 1890eko hamarkadara arte atzera daiteke, silizio karburoa batez ere material mekaniko ehotzeko eta material errefraktarioetarako erabiltzen zenean. Ekoizpen teknologiaren garapenarekin, SiC produktu teknologiko aurreratuak asko garatu dira, eta mundu osoko herrialdeek arreta handiagoa jartzen ari dira zeramika aurreratuen industrializazioan. Jada ez daude pozik silizio karburo zeramika tradizionalak prestatzearekin. Zeramika teknologiko aurreratuak ekoizten dituzten enpresak azkarrago garatzen ari dira, batez ere fenomeno hau nabarmenagoa den herrialde garatuetan. Atzerriko fabrikatzaileen artean daude batez ere 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, etab.
Txinan silizio karburoaren garapena nahiko berandu gertatu zen Europa eta Amerika bezalako herrialde garatuekin alderatuta. 1951eko ekainean SiC fabrikatzeko lehen industria-labea eraiki zenetik Lehen Artezteko Gurpilen Fabrikan, Txinak silizio karburoa ekoizten hasi zen. Silizio karburo zeramiken bertako fabrikatzaileak batez ere Weifang hirian, Shandong probintzian, kontzentratzen dira. Profesionalen arabera, hau gertatzen da tokiko ikatz meatze-enpresek porrotaren aurrean daudelako eta eraldaketa bilatzen ari direlako. Enpresa batzuek Alemaniatik ekipamendu garrantzitsua sartu dute silizio karburoa ikertzen eta ekoizten hasteko.ZPC erreakzio bidezko silizio karburo sinterizatuaren fabrikatzaile handienetako bat da.
Argitaratze data: 2024ko azaroaren 9a