Nos últimos anos, os semicondutores compostos de carburo de silicio recibiron unha ampla atención na industria. Non obstante, como material de alto rendemento, o carburo de silicio só é unha pequena parte dos dispositivos electrónicos (díodos, dispositivos de alimentación). Tamén se pode usar como abrasivos, materiais de corte, materiais estruturais, materiais ópticos, portadores de catalizadores e moito máis. Hoxe en día, introducimos principalmente cerámicas de carburo de silicio, que teñen as vantaxes de estabilidade química, resistencia a altas temperaturas, resistencia ao desgaste, resistencia á corrosión, alta condutividade térmica, baixo coeficiente de expansión térmica, baixa densidade e alta resistencia mecánica. Son amplamente utilizados en campos como maquinaria química, enerxía e protección ambiental, semicondutores, metalurxia, defensa nacional e industria militar.
Carburo de silicio (SiC)Contén silicio e carbono, e é un composto estrutural multitipo típico, que inclúe principalmente dúas formas cristalinas: α-SiC (tipo estable a alta temperatura) e β-SiC (tipo estable a baixa temperatura). Hai máis de 200 multitipos en total, entre os que se inclúen o SiC 3C de β-SiC e o SiC 2H, 4H SiC, 6H SiC e 15R SiC de α-SiC.
Figura Estrutura multicorpo de SiC
Cando a temperatura é inferior a 1600 ℃, o SiC existe en forma de β-SiC e pódese preparar a partir dunha simple mestura de silicio e carbono a uns 1450 ℃. Cando a temperatura supera os 1600 ℃, o β-SiC transfórmase lentamente en varios polimorfos de α-SiC. O SiC 4H xérase facilmente a uns 2000 ℃; tanto os polimorfos 6H como os 15R requiren temperaturas elevadas por riba dos 2100 ℃ para unha formación sinxela; o SiC 6H pode permanecer moi estable mesmo a temperaturas superiores a 2200 ℃, o que o fai amplamente utilizado en aplicacións industriais.
O carburo de silicio puro é un cristal incoloro e transparente, mentres que o carburo de silicio industrial pode ser incoloro, amarelo pálido, verde claro, verde escuro, azul claro, azul escuro ou incluso negro, con niveis de transparencia decrecentes. A industria abrasiva clasifica o carburo de silicio en dous tipos segundo a cor: carburo de silicio negro e carburo de silicio verde. O carburo de silicio de incoloro a verde escuro clasifícase como carburo de silicio verde, mentres que o carburo de silicio de azul claro a negro clasifícase como carburo de silicio negro. O carburo de silicio negro e o carburo de silicio verde son cristais hexagonais alfa SiC, e o micropó de carburo de silicio verde úsase xeralmente como materia prima para a cerámica de carburo de silicio.
Rendemento das cerámicas de carburo de silicio preparadas por diferentes procesos
Non obstante, as cerámicas de carburo de silicio teñen a desvantaxe dunha baixa tenacidade á fractura e unha alta fraxilidade. Polo tanto, nos últimos anos, xurdiron sucesivamente cerámicas compostas baseadas en cerámicas de carburo de silicio, como o reforzo de fibra (ou bigotes), o reforzo da dispersión de partículas heteroxéneas e os materiais funcionais en gradiente, mellorando a tenacidade e a resistencia dos materiais individuais.
Como material cerámico estrutural de alto rendemento para altas temperaturas, a cerámica de carburo de silicio aplicouse cada vez máis en fornos de alta temperatura, metalurxia do aceiro, petroquímica, electrónica mecánica, aeroespacial, enerxía e protección ambiental, enerxía nuclear, automóbiles e outros campos.
Espérase que en 2022 o tamaño do mercado de cerámica estrutural de carburo de silicio na China alcance os 18.200 millóns de yuans. Coa maior expansión dos campos de aplicación e as necesidades de crecemento posteriores, estímase que o tamaño do mercado de cerámica estrutural de carburo de silicio alcanzará os 29.600 millóns de yuans para 2025.
No futuro, coa crecente taxa de penetración de vehículos de novas enerxías, enerxía, industria, comunicación e outros campos, así como os requisitos cada vez máis estritos de compoñentes mecánicos ou electrónicos de alta precisión, alta resistencia ao desgaste e alta fiabilidade en diversos campos, espérase que o tamaño do mercado dos produtos cerámicos de carburo de silicio continúe expandíndose, entre os cales os vehículos de novas enerxías e a fotovoltaica son áreas de desenvolvemento importantes.
As cerámicas de carburo de silicio utilízanse en fornos cerámicos debido ás súas excelentes propiedades mecánicas a altas temperaturas, resistencia ao lume e resistencia aos choques térmicos. Entre elas, os fornos de rolos úsanse principalmente para o secado, a sinterización e o tratamento térmico de materiais de eléctrodos positivos de baterías de ións de litio, materiais de eléctrodos negativos e electrólitos. Os materiais de eléctrodos positivos e negativos de baterías de litio son indispensables para os vehículos de nova enerxía. Os mobles de forno cerámicos de carburo de silicio son un compoñente clave dos fornos, que poden mellorar a capacidade de produción do forno e reducir significativamente o consumo de enerxía.
Os produtos cerámicos de carburo de silicio tamén se empregan amplamente en diversos compoñentes para automóbiles. Ademais, os dispositivos de SiC úsanse principalmente en PCU (unidades de control de potencia, como a CC/CC a bordo) e OBC (unidades de carga) de vehículos de novas enerxías. Os dispositivos de SiC poden reducir o peso e o volume dos equipos PCU, reducir as perdas de conmutación e mellorar a temperatura de traballo e a eficiencia do sistema dos dispositivos; Tamén é posible aumentar o nivel de potencia da unidade, simplificar a estrutura do circuíto, mellorar a densidade de potencia e aumentar a velocidade de carga durante a carga OBC. Na actualidade, moitas empresas automobilísticas de todo o mundo utilizaron carburo de silicio en múltiples modelos, e a adopción a grande escala do carburo de silicio converteuse nunha tendencia.
Cando se empregan cerámicas de carburo de silicio como materiais portadores clave no proceso de produción de células fotovoltaicas, os produtos resultantes, como soportes para embarcacións, caixas para embarcacións e accesorios para tubaxes, teñen unha boa estabilidade térmica, non se deforman cando se usan a altas temperaturas e non producen contaminantes nocivos. Poden substituír os soportes, caixas para embarcacións e accesorios para tubaxes de cuarzo de uso común, e teñen importantes vantaxes de custos.
Ademais, as perspectivas de mercado para os dispositivos de potencia fotovoltaicos de carburo de silicio son amplas. Os materiais SiC teñen características de menor resistencia, carga de porta e recuperación inversa. O uso de MOSFET SiC ou MOSFET SiC combinado con inversores fotovoltaicos SiC SBD pode aumentar a eficiencia de conversión do 96 % a máis do 99 %, reducir a perda de enerxía en máis do 50 % e aumentar a vida útil do equipo en 50 veces.
A síntese de cerámicas de carburo de silicio remóntase á década de 1890, cando o carburo de silicio se empregaba principalmente para materiais de moenda mecánica e materiais refractarios. Co desenvolvemento da tecnoloxía de produción, os produtos de SiC de alta tecnoloxía desenvolvéronse amplamente e os países de todo o mundo están a prestar máis atención á industrialización de cerámicas avanzadas. Xa non están satisfeitos coa preparación de cerámicas tradicionais de carburo de silicio. As empresas que producen cerámicas de alta tecnoloxía están a desenvolverse máis rapidamente, especialmente nos países desenvolvidos onde este fenómeno é máis significativo. Entre os fabricantes estranxeiros inclúense principalmente 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, etc.
O desenvolvemento do carburo de silicio na China foi relativamente tardío en comparación con países desenvolvidos como Europa e América. Desde que se construíu o primeiro forno industrial para a fabricación de SiC na Primeira Fábrica de Rodas de Rebarbado en xuño de 1951, China comezou a producir carburo de silicio. Os fabricantes nacionais de cerámica de carburo de silicio concéntranse principalmente na cidade de Weifang, provincia de Shandong. Segundo os profesionais, isto débese a que as empresas mineiras de carbón locais están a enfrontarse á quebra e a buscar a transformación. Algunhas empresas introduciron equipos relevantes de Alemaña para comezar a investigar e producir carburo de silicio.ZPC é un dos maiores fabricantes de carburo de silicio sinterizado por reacción.
Data de publicación: 09 de novembro de 2024