Posljednjih godina, poluvodiči na bazi silicijevog karbida dobili su široku pozornost u industriji. Međutim, kao visokoučinkoviti materijal, silicijev karbid je samo mali dio elektroničkih uređaja (diode, energetski uređaji). Može se koristiti i kao abraziv, materijal za rezanje, konstrukcijski materijali, optički materijali, nosači katalizatora i drugo. Danas uglavnom predstavljamo silicijev karbidnu keramiku, koja ima prednosti kemijske stabilnosti, otpornosti na visoke temperature, otpornosti na habanje, otpornosti na koroziju, visoke toplinske vodljivosti, niskog koeficijenta toplinskog širenja, niske gustoće i visoke mehaničke čvrstoće. Široko se koriste u područjima kao što su kemijski strojevi, energetika i zaštita okoliša, poluvodiči, metalurgija, nacionalna obrana i vojna industrija.
Silicijev karbid (SiC)Sadrži silicij i ugljik te je tipičan višetipski strukturni spoj, koji uglavnom uključuje dva kristalna oblika: α-SiC (tip stabilan na visokim temperaturama) i β-SiC (tip stabilan na niskim temperaturama). Ukupno postoji više od 200 višetipova, među kojima su reprezentativni 3C SiC od β-SiC te 2H SiC, 4H SiC, 6H SiC i 15R SiC od α-SiC.
Slika SiC višečlane strukture
Kada je temperatura ispod 1600 ℃, SiC postoji u obliku β-SiC i može se pripremiti iz jednostavne smjese silicija i ugljika na oko 1450 ℃. Kada temperatura prijeđe 1600 ℃, β-SiC se polako transformira u različite polimorfe α-SiC. 4H SiC se lako stvara na oko 2000 ℃; I 6H i 15R polimorfi zahtijevaju visoke temperature iznad 2100 ℃ za lako formiranje; 6H SiC može ostati vrlo stabilan čak i na temperaturama iznad 2200 ℃, što ga čini široko korištenim u industrijskim primjenama.
Čisti silicijev karbid je bezbojan i proziran kristal, dok industrijski silicijev karbid može biti bezbojan, blijedožut, svijetlozelen, tamnozelen, svijetloplav, tamnoplav ili čak crn, sa smanjenom razinom prozirnosti. Abrazivna industrija kategorizira silicijev karbid u dvije vrste na temelju boje: crni silicijev karbid i zeleni silicijev karbid. Bezbojni do tamnozeleni silicijev karbid klasificira se kao zeleni silicijev karbid, dok se svijetloplavi do crni silicijev karbid klasificira kao crni silicijev karbid. Crni silicijev karbid i zeleni silicijev karbid su alfa SiC heksagonalni kristali, a zeleni mikro prah silicijevog karbida općenito se koristi kao sirovina za silicijev karbidnu keramiku.
Performanse silicijeve karbidne keramike pripremljene različitim postupcima
Međutim, silicij-karbidna keramika ima nedostatak niske žilavosti na lom i visoke krhkosti. Stoga su se posljednjih godina uzastopno pojavile kompozitne keramike na bazi silicij-karbidne keramike, kao što su ojačanje vlaknima (ili brkovima), ojačanje heterogenom disperzijom čestica i gradijentno funkcionalni materijali, poboljšavajući žilavost i čvrstoću pojedinačnih materijala.
Kao visokoučinkoviti strukturni keramički materijal za visoke temperature, silicij-karbidna keramika sve se više primjenjuje u visokotemperaturnim pećima, metalurgiji čelika, petrokemiji, mehaničkoj elektronici, zrakoplovstvu, energetici i zaštiti okoliša, nuklearnoj energiji, automobilima i drugim područjima.
Očekuje se da će 2022. godine veličina tržišta silicij-karbidne strukturne keramike u Kini doseći 18,2 milijarde juana. S daljnjim širenjem područja primjene i potrebama za rastom nizvodno, procjenjuje se da će veličina tržišta silicij-karbidne strukturne keramike doseći 29,6 milijardi juana do 2025. godine.
U budućnosti, s rastućom stopom prodora novih energetskih vozila, energetike, industrije, komunikacija i drugih područja, kao i sve strožim zahtjevima za visokopreciznim, visokootpornim na habanje i visokopouzdanim mehaničkim ili elektroničkim komponentama u raznim područjima, očekuje se da će se veličina tržišta silicij-karbidnih keramičkih proizvoda nastaviti širiti, među kojima su nova energetska vozila i fotonaponski sustavi važna područja razvoja.
Silicij-karbidna keramika koristi se u keramičkim pećima zbog svojih izvrsnih mehaničkih svojstava na visokim temperaturama, otpornosti na vatru i otpornosti na toplinske udare. Među njima, valjkaste peći uglavnom se koriste za sušenje, sinteriranje i toplinsku obradu pozitivnih elektroda, negativnih elektroda i elektrolita litij-ionskih baterija. Pozitivne i negativne elektrode litijevih baterija su nezamjenjive za vozila s novim izvorima energije. Namještaj od silicij-karbidne keramike ključna je komponenta peći, što može poboljšati proizvodni kapacitet peći i značajno smanjiti potrošnju energije.
Keramički proizvodi od silicij-karbida također se široko koriste u raznim automobilskim komponentama. Osim toga, SiC uređaji se uglavnom koriste u PCU-ima (jedinicama za upravljanje snagom, kao što su ugrađeni DC/DC) i OBC-ima (jedinicama za punjenje) vozila s novim izvorima energije. SiC uređaji mogu smanjiti težinu i volumen PCU opreme, smanjiti gubitke prekidača te poboljšati radnu temperaturu i učinkovitost sustava uređaja; Također je moguće povećati razinu snage jedinice, pojednostaviti strukturu kruga, poboljšati gustoću snage i povećati brzinu punjenja tijekom OBC punjenja. Trenutno mnoge automobilske tvrtke diljem svijeta koriste silicij-karbid u više modela, a masovno prihvaćanje silicij-karbida postalo je trend.
Kada se silicij-karbidna keramika koristi kao ključni noseći materijal u procesu proizvodnje fotonaponskih ćelija, rezultirajući proizvodi poput nosača za brodove, kutija za brodove i cijevnih spojnica imaju dobru toplinsku stabilnost, ne deformiraju se pri upotrebi na visokim temperaturama i ne proizvode štetne zagađivače. Mogu zamijeniti uobičajeno korištene kvarcne nosače za brodove, kutije za brodove i cijevne spojnice te imaju značajne prednosti u pogledu troškova.
Osim toga, tržišni izgledi za fotonaponske uređaje od silicij-karbida su široki. SiC materijali imaju niži otpor, naboj vrata i karakteristike obrnutog oporavka. Korištenje SiC Mosfeta ili SiC Mosfeta u kombinaciji s SiC SBD fotonaponskim inverterima može povećati učinkovitost pretvorbe s 96% na preko 99%, smanjiti gubitak energije za više od 50% i povećati vijek trajanja opreme za 50 puta.
Sinteza silicij-karbidne keramike može se pratiti do 1890-ih, kada se silicij-karbid uglavnom koristio za mehaničko brušenje materijala i vatrostalnih materijala. Razvojem proizvodne tehnologije, visokotehnološki SiC proizvodi su široko razvijeni, a zemlje diljem svijeta posvećuju više pažnje industrijalizaciji napredne keramike. Više nisu zadovoljne pripremom tradicionalne silicij-karbidne keramike. Poduzeća koja proizvode visokotehnološku keramiku razvijaju se brže, posebno u razvijenim zemljama gdje je ovaj fenomen značajniji. Strani proizvođači uglavnom uključuju 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 itd.
Razvoj silicijevog karbida u Kini bio je relativno kasan u usporedbi s razvijenim zemljama poput Europe i Amerike. Otkad je prva industrijska peć za proizvodnju SiC izgrađena u Prvoj tvornici brusnih kotača u lipnju 1951., Kina je počela proizvoditi silicijev karbid. Domaći proizvođači silicijevog karbidne keramike uglavnom su koncentrirani u gradu Weifang u provinciji Shandong. Prema riječima stručnjaka, to je zato što se lokalna poduzeća za rudarstvo ugljena suočavaju s bankrotom i traže transformaciju. Neke tvrtke uvele su relevantnu opremu iz Njemačke kako bi započele istraživanje i proizvodnju silicijevog karbida.ZPC je jedan od najvećih proizvođača reakcijski sinteriranog silicijevog karbida.
Vrijeme objave: 09. studenog 2024.