તાજેતરના વર્ષોમાં, સિલિકોન કાર્બાઇડ કમ્પાઉન્ડ સેમિકન્ડક્ટર્સને ઉદ્યોગમાં વ્યાપકપણે ધ્યાન આપવામાં આવ્યું છે. જો કે, ઉચ્ચ-પ્રદર્શન સામગ્રી તરીકે, સિલિકોન કાર્બાઇડ ઇલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણો (ડાયોડ્સ, પાવર ઉપકરણો) નો માત્ર એક નાનો ભાગ છે. તેનો ઉપયોગ ઘર્ષક, કટીંગ સામગ્રી, માળખાકીય સામગ્રી, ઓપ્ટિકલ સામગ્રી, ઉત્પ્રેરક વાહકો અને વધુ તરીકે પણ થઈ શકે છે. આજે, અમે મુખ્યત્વે સિલિકોન કાર્બાઇડ સિરામિક્સ રજૂ કરીએ છીએ, જેમાં રાસાયણિક સ્થિરતા, ઉચ્ચ તાપમાન પ્રતિકાર, વસ્ત્રો પ્રતિકાર, કાટ પ્રતિકાર, ઉચ્ચ થર્મલ વાહકતા, નીચા થર્મલ વિસ્તરણ ગુણાંક, ઓછી ઘનતા અને ઉચ્ચ યાંત્રિક શક્તિના ફાયદા છે. તેનો ઉપયોગ રાસાયણિક મશીનરી, ઊર્જા અને પર્યાવરણીય સંરક્ષણ, સેમિકન્ડક્ટર, ધાતુશાસ્ત્ર, રાષ્ટ્રીય સંરક્ષણ અને લશ્કરી ઉદ્યોગ જેવા ક્ષેત્રોમાં વ્યાપકપણે થાય છે.
સિલિકોન કાર્બાઇડ (SiC)સિલિકોન અને કાર્બન ધરાવે છે, અને તે એક લાક્ષણિક બહુ-પ્રકારનું માળખાકીય સંયોજન છે, જેમાં મુખ્યત્વે બે સ્ફટિક સ્વરૂપોનો સમાવેશ થાય છે: α – SiC (ઉચ્ચ-તાપમાન સ્થિર પ્રકાર) અને β – SiC (નીચા-તાપમાન સ્થિર પ્રકાર). કુલ 200 થી વધુ બહુ-પ્રકાર છે, જેમાં β – SiC નું 3C SiC અને α – SiC નું 2H SiC, 4H SiC, 6H SiC, અને 15R SiC પ્રતિનિધિત્વ કરે છે.
આકૃતિ SiC મલ્ટિબોડી સ્ટ્રક્ચર
જ્યારે તાપમાન 1600 ℃ થી નીચે હોય છે, ત્યારે SiC β – SiC ના સ્વરૂપમાં અસ્તિત્વ ધરાવે છે અને તેને સિલિકોન અને કાર્બનના સરળ મિશ્રણથી લગભગ 1450 ℃ પર તૈયાર કરી શકાય છે. જ્યારે તાપમાન 1600 ℃ થી વધી જાય છે, ત્યારે β – SiC ધીમે ધીમે α – SiC ના વિવિધ પોલીમોર્ફમાં રૂપાંતરિત થાય છે. 4H SiC લગભગ 2000 ℃ પર સરળતાથી ઉત્પન્ન થાય છે; 6H અને 15R બંને પોલીમોર્ફ્સને સરળ રચના માટે 2100 ℃ થી વધુ ઊંચા તાપમાનની જરૂર પડે છે; 6H SiC 2200 ℃ થી વધુ તાપમાને પણ ખૂબ સ્થિર રહી શકે છે, જેના કારણે તેનો ઔદ્યોગિક ઉપયોગોમાં વ્યાપકપણે ઉપયોગ થાય છે.
શુદ્ધ સિલિકોન કાર્બાઇડ એક રંગહીન અને પારદર્શક સ્ફટિક છે, જ્યારે ઔદ્યોગિક સિલિકોન કાર્બાઇડ રંગહીન, આછો પીળો, આછો લીલો, ઘેરો લીલો, આછો વાદળી, ઘેરો વાદળી અથવા કાળો પણ હોઈ શકે છે, જેમાં પારદર્શિતાનું સ્તર ઘટતું જાય છે. ઘર્ષક ઉદ્યોગ રંગના આધારે સિલિકોન કાર્બાઇડને બે પ્રકારમાં વર્ગીકૃત કરે છે: કાળો સિલિકોન કાર્બાઇડ અને લીલો સિલિકોન કાર્બાઇડ. રંગહીનથી ઘેરા લીલા સિલિકોન કાર્બાઇડને લીલા સિલિકોન કાર્બાઇડ તરીકે વર્ગીકૃત કરવામાં આવે છે, જ્યારે આછો વાદળીથી કાળો સિલિકોન કાર્બાઇડને કાળા સિલિકોન કાર્બાઇડ તરીકે વર્ગીકૃત કરવામાં આવે છે. કાળો સિલિકોન કાર્બાઇડ અને લીલો સિલિકોન કાર્બાઇડ બંને આલ્ફા SiC ષટ્કોણ સ્ફટિકો છે, અને લીલો સિલિકોન કાર્બાઇડ માઇક્રો પાવડર સામાન્ય રીતે સિલિકોન કાર્બાઇડ સિરામિક્સ માટે કાચા માલ તરીકે ઉપયોગમાં લેવાય છે.
વિવિધ પ્રક્રિયાઓ દ્વારા તૈયાર કરાયેલ સિલિકોન કાર્બાઇડ સિરામિક્સનું પ્રદર્શન
જોકે, સિલિકોન કાર્બાઇડ સિરામિક્સમાં ઓછી ફ્રેક્ચર કઠિનતા અને ઉચ્ચ બરડતાનો ગેરલાભ છે. તેથી, તાજેતરના વર્ષોમાં, સિલિકોન કાર્બાઇડ સિરામિક્સ પર આધારિત સંયુક્ત સિરામિક્સ, જેમ કે ફાઇબર (અથવા વ્હિસ્કર) મજબૂતીકરણ, વિજાતીય કણ વિક્ષેપ મજબૂતીકરણ અને ગ્રેડિયન્ટ કાર્યાત્મક સામગ્રી, ક્રમિક રીતે ઉભરી આવ્યા છે, જે વ્યક્તિગત સામગ્રીની કઠિનતા અને મજબૂતાઈમાં સુધારો કરે છે.
ઉચ્ચ-પ્રદર્શન માળખાકીય સિરામિક ઉચ્ચ-તાપમાન સામગ્રી તરીકે, સિલિકોન કાર્બાઇડ સિરામિક્સનો ઉપયોગ ઉચ્ચ-તાપમાન ભઠ્ઠાઓ, સ્ટીલ ધાતુશાસ્ત્ર, પેટ્રોકેમિકલ્સ, યાંત્રિક ઇલેક્ટ્રોનિક્સ, એરોસ્પેસ, ઊર્જા અને પર્યાવરણીય સંરક્ષણ, પરમાણુ ઊર્જા, ઓટોમોબાઇલ્સ અને અન્ય ક્ષેત્રોમાં વધુને વધુ કરવામાં આવી રહ્યો છે.
2022 માં, ચીનમાં સિલિકોન કાર્બાઇડ સ્ટ્રક્ચરલ સિરામિક્સનું બજાર કદ 18.2 બિલિયન યુઆન સુધી પહોંચવાની ધારણા છે. એપ્લિકેશન ક્ષેત્રોના વધુ વિસ્તરણ અને ડાઉનસ્ટ્રીમ વૃદ્ધિની જરૂરિયાતો સાથે, એવો અંદાજ છે કે 2025 સુધીમાં સિલિકોન કાર્બાઇડ સ્ટ્રક્ચરલ સિરામિક્સનું બજાર કદ 29.6 બિલિયન યુઆન સુધી પહોંચશે.
ભવિષ્યમાં, નવા ઉર્જા વાહનો, ઉર્જા, ઉદ્યોગ, સંદેશાવ્યવહાર અને અન્ય ક્ષેત્રોના વધતા પ્રવેશ દર સાથે, તેમજ વિવિધ ક્ષેત્રોમાં ઉચ્ચ-ચોકસાઇ, ઉચ્ચ વસ્ત્રો પ્રતિકાર અને ઉચ્ચ વિશ્વસનીયતા યાંત્રિક ઘટકો અથવા ઇલેક્ટ્રોનિક ઘટકો માટેની કડક આવશ્યકતાઓ સાથે, સિલિકોન કાર્બાઇડ સિરામિક ઉત્પાદનોનું બજાર કદ સતત વિસ્તરવાની અપેક્ષા છે, જેમાંથી નવા ઉર્જા વાહનો અને ફોટોવોલ્ટેઇક્સ મહત્વપૂર્ણ વિકાસ ક્ષેત્રો છે.
સિલિકોન કાર્બાઇડ સિરામિક્સનો ઉપયોગ સિરામિક ભઠ્ઠાઓમાં તેમના ઉત્તમ ઉચ્ચ-તાપમાન યાંત્રિક ગુણધર્મો, અગ્નિ પ્રતિકાર અને થર્મલ શોક પ્રતિકારને કારણે થાય છે. તેમાંથી, રોલર ભઠ્ઠાઓનો ઉપયોગ મુખ્યત્વે લિથિયમ-આયન બેટરી પોઝિટિવ ઇલેક્ટ્રોડ સામગ્રી, નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ સામગ્રી અને ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સને સૂકવવા, સિન્ટરિંગ અને ગરમીની સારવાર માટે થાય છે. લિથિયમ બેટરી પોઝિટિવ અને નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ સામગ્રી નવી ઉર્જા વાહનો માટે અનિવાર્ય છે. સિલિકોન કાર્બાઇડ સિરામિક ભઠ્ઠા ફર્નિચર ભઠ્ઠાઓનો મુખ્ય ઘટક છે, જે ભઠ્ઠાની ઉત્પાદન ક્ષમતામાં સુધારો કરી શકે છે અને ઉર્જા વપરાશમાં નોંધપાત્ર ઘટાડો કરી શકે છે.
સિલિકોન કાર્બાઇડ સિરામિક ઉત્પાદનોનો ઉપયોગ વિવિધ ઓટોમોટિવ ઘટકોમાં પણ વ્યાપકપણે થાય છે. વધુમાં, SiC ઉપકરણોનો ઉપયોગ મુખ્યત્વે નવા ઉર્જા વાહનોના PCU (પાવર કંટ્રોલ યુનિટ, જેમ કે ઓન-બોર્ડ DC/DC) અને OBC (ચાર્જિંગ યુનિટ) માં થાય છે. SiC ઉપકરણો PCU સાધનોનું વજન અને વોલ્યુમ ઘટાડી શકે છે, સ્વીચ નુકસાન ઘટાડી શકે છે અને ઉપકરણોના કાર્યકારી તાપમાન અને સિસ્ટમ કાર્યક્ષમતામાં સુધારો કરી શકે છે; OBC ચાર્જિંગ દરમિયાન યુનિટ પાવર લેવલ વધારવું, સર્કિટ માળખું સરળ બનાવવું, પાવર ડેન્સિટી સુધારવી અને ચાર્જિંગ ઝડપ વધારવી પણ શક્ય છે. હાલમાં, વિશ્વભરની ઘણી કાર કંપનીઓએ બહુવિધ મોડેલોમાં સિલિકોન કાર્બાઇડનો ઉપયોગ કર્યો છે, અને સિલિકોન કાર્બાઇડનો મોટા પાયે સ્વીકાર એક ટ્રેન્ડ બની ગયો છે.
જ્યારે ફોટોવોલ્ટેઇક કોષોના ઉત્પાદન પ્રક્રિયામાં સિલિકોન કાર્બાઇડ સિરામિક્સનો ઉપયોગ મુખ્ય વાહક સામગ્રી તરીકે થાય છે, ત્યારે બોટ સપોર્ટ, બોટ બોક્સ અને પાઇપ ફિટિંગ જેવા પરિણામી ઉત્પાદનોમાં સારી થર્મલ સ્થિરતા હોય છે, ઊંચા તાપમાને ઉપયોગ કરવામાં આવે ત્યારે તે વિકૃત થતા નથી અને હાનિકારક પ્રદૂષકો ઉત્પન્ન કરતા નથી. તેઓ સામાન્ય રીતે ઉપયોગમાં લેવાતા ક્વાર્ટઝ બોટ સપોર્ટ, બોટ બોક્સ અને પાઇપ ફિટિંગને બદલી શકે છે, અને નોંધપાત્ર ખર્ચ લાભ ધરાવે છે.
વધુમાં, ફોટોવોલ્ટેઇક સિલિકોન કાર્બાઇડ પાવર ડિવાઇસીસ માટે બજારની સંભાવનાઓ વ્યાપક છે. SiC મટિરિયલ્સમાં પ્રતિકાર, ગેટ ચાર્જ અને રિવર્સ રિકવરી ચાર્જ લાક્ષણિકતાઓ ઓછી હોય છે. SiC Mosfet અથવા SiC Mosfet ને SiC SBD ફોટોવોલ્ટેઇક ઇન્વર્ટર સાથે જોડીને ઉપયોગ કરવાથી રૂપાંતર કાર્યક્ષમતા 96% થી 99% થી વધુ થઈ શકે છે, ઉર્જા નુકશાન 50% થી વધુ ઘટાડી શકાય છે અને ઉપકરણ ચક્ર જીવન 50 ગણું વધી શકે છે.
સિલિકોન કાર્બાઇડ સિરામિક્સનું સંશ્લેષણ 1890 ના દાયકામાં શોધી શકાય છે, જ્યારે સિલિકોન કાર્બાઇડનો ઉપયોગ મુખ્યત્વે યાંત્રિક ગ્રાઇન્ડીંગ સામગ્રી અને પ્રત્યાવર્તન સામગ્રી માટે થતો હતો. ઉત્પાદન તકનીકના વિકાસ સાથે, હાઇ-ટેક SiC ઉત્પાદનોનો વ્યાપક વિકાસ થયો છે, અને વિશ્વભરના દેશો અદ્યતન સિરામિક્સના ઔદ્યોગિકીકરણ પર વધુ ધ્યાન આપી રહ્યા છે. તેઓ હવે પરંપરાગત સિલિકોન કાર્બાઇડ સિરામિક્સની તૈયારીથી સંતુષ્ટ નથી. હાઇ-ટેક સિરામિક્સનું ઉત્પાદન કરતા સાહસો વધુ ઝડપથી વિકાસ કરી રહ્યા છે, ખાસ કરીને વિકસિત દેશોમાં જ્યાં આ ઘટના વધુ નોંધપાત્ર છે. વિદેશી ઉત્પાદકોમાં મુખ્યત્વે સેન્ટ ગોબેઇન, 3M, સેરામટેક, આઇબીઆઇડીઇએન, શુંક, નારિતા ગ્રુપ, ટોટો કોર્પોરેશન, કૂર્સટેક, ક્યોસેરા, એઝેક, જાપાન જિંગકે સિરામિક્સ કંપની લિમિટેડ, જાપાન સ્પેશિયલ સિરામિક્સ કંપની લિમિટેડ, આઇપીએસ સિરામિક્સ વગેરેનો સમાવેશ થાય છે.
યુરોપ અને અમેરિકા જેવા વિકસિત દેશોની સરખામણીમાં ચીનમાં સિલિકોન કાર્બાઇડનો વિકાસ પ્રમાણમાં મોડો થયો હતો. જૂન 1951માં ફર્સ્ટ ગ્રાઇન્ડીંગ વ્હીલ ફેક્ટરીમાં SiC ઉત્પાદન માટે પ્રથમ ઔદ્યોગિક ભઠ્ઠી બનાવવામાં આવી ત્યારથી, ચીને સિલિકોન કાર્બાઇડનું ઉત્પાદન શરૂ કર્યું. સિલિકોન કાર્બાઇડ સિરામિક્સના સ્થાનિક ઉત્પાદકો મુખ્યત્વે શેનડોંગ પ્રાંતના વેઇફાંગ શહેરમાં કેન્દ્રિત છે. વ્યાવસાયિકોના મતે, આનું કારણ એ છે કે સ્થાનિક કોલસા ખાણકામ સાહસો નાદારીનો સામનો કરી રહ્યા છે અને પરિવર્તનની શોધમાં છે. કેટલીક કંપનીઓએ સિલિકોન કાર્બાઇડનું સંશોધન અને ઉત્પાદન શરૂ કરવા માટે જર્મનીથી સંબંધિત સાધનો રજૂ કર્યા છે.ZPC એ રિએક્શન સિન્ટર્ડ સિલિકોન કાર્બાઇડના સૌથી મોટા ઉત્પાદકોમાંનું એક છે.
પોસ્ટ સમય: નવેમ્બર-૦૯-૨૦૨૪