Վերջին տարիներին սիլիցիումի կարբիդային միացությունների կիսահաղորդիչները լայն ուշադրության են արժանացել արդյունաբերության մեջ: Այնուամենայնիվ, որպես բարձր արդյունավետության նյութ, սիլիցիումի կարբիդը էլեկտրոնային սարքերի (դիոդներ, էլեկտրական սարքեր) միայն մի փոքր մասն է կազմում: Այն կարող է նաև օգտագործվել որպես հղկող նյութեր, կտրող նյութեր, կառուցվածքային նյութեր, օպտիկական նյութեր, կատալիզատորներ և այլն: Այսօր մենք հիմնականում ներկայացնում ենք սիլիցիումի կարբիդային կերամիկան, որն ունի քիմիական կայունության, բարձր ջերմաստիճանային դիմադրության, մաշվածության դիմադրության, կոռոզիայի դիմադրության, բարձր ջերմային հաղորդունակության, ցածր ջերմային ընդարձակման գործակցի, ցածր խտության և բարձր մեխանիկական ամրության առավելություններ: Դրանք լայնորեն կիրառվում են այնպիսի ոլորտներում, ինչպիսիք են քիմիական մեքենաները, էներգետիկան և շրջակա միջավայրի պաշտպանությունը, կիսահաղորդիչները, մետալուրգիան, ազգային պաշտպանությունը և ռազմական արդյունաբերությունը:
Սիլիցիումի կարբիդ (SiC)Պարունակում է սիլիցիում և ածխածին և տիպիկ բազմատիպ կառուցվածքային միացություն է, որը հիմնականում ներառում է երկու բյուրեղային ձև՝ α-SiC (բարձր ջերմաստիճանում կայուն տեսակ) և β-SiC (ցածր ջերմաստիճանում կայուն տեսակ): Ընդհանուր առմամբ կա ավելի քան 200 բազմատիպ, որոնց թվում ներկայացուցչական են β-SiC-ի 3C SiC-ը և α-SiC-ի 2H SiC, 4H SiC, 6H SiC և 15R SiC-ը:
Նկար SiC բազմամարմին կառուցվածք
Երբ ջերմաստիճանը 1600 ℃-ից ցածր է, SiC-ն գոյություն ունի β-SiC տեսքով և կարող է ստացվել սիլիցիումի և ածխածնի պարզ խառնուրդից մոտ 1450 ℃ ջերմաստիճանում: Երբ ջերմաստիճանը գերազանցում է 1600 ℃-ը, β-SiC-ն դանդաղորեն վերածվում է α-SiC-ի տարբեր պոլիմորֆների: 4H SiC-ն հեշտությամբ առաջանում է մոտ 2000 ℃ ջերմաստիճանում. և՛ 6H, և՛ 15R պոլիմորֆները պահանջում են 2100 ℃-ից բարձր բարձր ջերմաստիճաններ՝ հեշտ առաջացման համար. 6H SiC-ն կարող է շատ կայուն մնալ նույնիսկ 2200 ℃-ից բարձր ջերմաստիճաններում, ինչը այն լայնորեն կիրառում է արդյունաբերական կիրառություններում:
Մաքուր սիլիցիումի կարբիդը անգույն և թափանցիկ բյուրեղ է, մինչդեռ արդյունաբերական սիլիցիումի կարբիդը կարող է լինել անգույն, բաց դեղին, բաց կանաչ, մուգ կանաչ, բաց կապույտ, մուգ կապույտ կամ նույնիսկ սև, թափանցիկության մակարդակի նվազմամբ։ Հղկող արդյունաբերությունը սիլիցիումի կարբիդը դասակարգում է երկու տեսակի՝ գույնի հիման վրա՝ սև սիլիցիումի կարբիդ և կանաչ սիլիցիումի կարբիդ։ Անգույնից մինչև մուգ կանաչ սիլիցիումի կարբիդը դասակարգվում է որպես կանաչ սիլիցիումի կարբիդ, մինչդեռ բաց կապույտից մինչև սև սիլիցիումի կարբիդը՝ որպես սև սիլիցիումի կարբիդ։ Սև սիլիցիումի կարբիդը և կանաչ սիլիցիումի կարբիդը երկուսն էլ ալֆա SiC վեցանկյուն բյուրեղներ են, իսկ կանաչ սիլիցիումի կարբիդի միկրոփոշին սովորաբար օգտագործվում է որպես սիլիցիումի կարբիդային կերամիկայի հումք։
Սիլիցիումի կարբիդային կերամիկայի տարբեր գործընթացներով պատրաստված կատարողականը
Սակայն, սիլիցիումի կարբիդային կերամիկան ունի ցածր կոտրման ամրության և բարձր փխրունության թերություն։ Հետևաբար, վերջին տարիներին հաջորդաբար ի հայտ են եկել սիլիցիումի կարբիդային կերամիկայի վրա հիմնված կոմպոզիտային կերամիկան, ինչպիսիք են մանրաթելային (կամ բեղավոր) ամրացումը, տարասեռ մասնիկների դիսպերսիայի ամրացումը և գրադիենտային ֆունկցիոնալ նյութերը, որոնք բարելավում են առանձին նյութերի ամրությունն ու ամրությունը։
Որպես բարձր արդյունավետությամբ կառուցվածքային կերամիկական բարձր ջերմաստիճանային նյութ, սիլիցիումի կարբիդային կերամիկան ավելի ու ավելի է կիրառվում բարձր ջերմաստիճանային վառարաններում, պողպատի մետալուրգիայում, նավթաքիմիայում, մեխանիկական էլեկտրոնիկայում, ավիատիեզերական արդյունաբերությունում, էներգետիկայի և շրջակա միջավայրի պաշտպանության, միջուկային էներգիայի, ավտոմեքենաների և այլ ոլորտներում:
2022 թվականին Չինաստանում սիլիցիումի կարբիդային կառուցվածքային կերամիկայի շուկայի ծավալը, կանխատեսումների համաձայն, կհասնի 18.2 միլիարդ յուանի: Կիրառման ոլորտների հետագա ընդլայնման և հետագա աճի կարիքների հետ մեկտեղ, գնահատվում է, որ սիլիցիումի կարբիդային կառուցվածքային կերամիկայի շուկայի ծավալը մինչև 2025 թվականը կհասնի 29.6 միլիարդ յուանի:
Ապագայում, նոր էներգետիկ տրանսպորտային միջոցների, էներգետիկայի, արդյունաբերության, կապի և այլ ոլորտների ներթափանցման աճող տեմպի, ինչպես նաև տարբեր ոլորտներում բարձր ճշգրտության, բարձր մաշվածության դիմադրության և բարձր հուսալիության մեխանիկական բաղադրիչների կամ էլեկտրոնային բաղադրիչների նկատմամբ ավելի խիստ պահանջների հետ մեկտեղ, սիլիցիումի կարբիդային կերամիկական արտադրանքի շուկայի չափը, կանխատեսվում է, շարունակել ընդլայնվել, որոնց թվում նոր էներգետիկ տրանսպորտային միջոցները և ֆոտովոլտային համակարգերը կարևոր զարգացման ոլորտներ են։
Սիլիցիումի կարբիդային կերամիկան օգտագործվում է կերամիկական վառարաններում՝ իրենց գերազանց բարձր ջերմաստիճանային մեխանիկական հատկությունների, հրակայունության և ջերմային ցնցումների դիմադրության շնորհիվ: Դրանցից գլանաձև վառարանները հիմնականում օգտագործվում են լիթիում-իոնային մարտկոցների դրական էլեկտրոդային նյութերի, բացասական էլեկտրոդային նյութերի և էլեկտրոլիտների չորացման, սինտերացման և ջերմային մշակման համար: Լիթիումի մարտկոցների դրական և բացասական էլեկտրոդային նյութերը անփոխարինելի են նոր էներգետիկ տրանսպորտային միջոցների համար: Սիլիցիումի կարբիդային կերամիկական վառարանի կահույքը վառարանների հիմնական բաղադրիչն է, որը կարող է բարելավել վառարանի արտադրողականությունը և զգալիորեն կրճատել էներգիայի սպառումը:
Սիլիցիումի կարբիդային կերամիկական արտադրանքը լայնորեն կիրառվում է նաև տարբեր ավտոմոբիլային բաղադրիչներում: Բացի այդ, SiC սարքերը հիմնականում օգտագործվում են նոր էներգետիկ տրանսպորտային միջոցների PCU-ներում (հզորության կառավարման միավորներ, ինչպիսիք են ներկառուցված DC/DC-ն) և OBC-ներում (լիցքավորման միավորներ): SiC սարքերը կարող են նվազեցնել PCU սարքավորումների քաշը և ծավալը, նվազեցնել անջատիչների կորուստները և բարելավել սարքերի աշխատանքային ջերմաստիճանը և համակարգի արդյունավետությունը: Հնարավոր է նաև բարձրացնել միավորի հզորության մակարդակը, պարզեցնել սխեմայի կառուցվածքը, բարելավել հզորության խտությունը և մեծացնել լիցքավորման արագությունը OBC լիցքավորման ընթացքում: Ներկայումս աշխարհի շատ ավտոմոբիլային ընկերություններ օգտագործել են սիլիցիումի կարբիդ բազմաթիվ մոդելներում, և սիլիցիումի կարբիդի լայնածավալ կիրառումը դարձել է միտում:
Երբ սիլիցիումի կարբիդային կերամիկան օգտագործվում է որպես ֆոտովոլտային բջիջների արտադրության գործընթացում հիմնական կրող նյութեր, արդյունքում ստացված արտադրանքը, ինչպիսիք են նավակների հենարանները, նավակների տուփերը և խողովակների կցամասերը, ունեն լավ ջերմային կայունություն, չեն դեֆորմացվում բարձր ջերմաստիճաններում օգտագործելիս և չեն արտադրում վնասակար աղտոտիչներ: Դրանք կարող են փոխարինել լայնորեն օգտագործվող քվարցե նավակների հենարաններին, նավակների տուփերին և խողովակների կցամասերին և ունեն զգալի գնային առավելություններ:
Բացի այդ, ֆոտովոլտային սիլիցիումի կարբիդային էներգիայի սարքերի շուկայական հեռանկարները լայն են: SiC նյութերն ունեն ավելի ցածր դիմադրություն, դարպասի լիցք և հակադարձ վերականգնման լիցքի բնութագրեր: SiC Mosfet-ի կամ SiC Mosfet-ի օգտագործումը SiC SBD ֆոտովոլտային ինվերտորների հետ միասին կարող է մեծացնել փոխակերպման արդյունավետությունը 96%-ից մինչև ավելի քան 99%, կրճատել էներգիայի կորուստը ավելի քան 50%-ով և 50 անգամ մեծացնել սարքավորումների ցիկլի կյանքը:
Սիլիցիումի կարբիդային կերամիկայի սինթեզը կարելի է հետագծել դեռևս 1890-ական թվականներին, երբ սիլիցիումի կարբիդը հիմնականում օգտագործվում էր մեխանիկական հղկման նյութերի և հրակայուն նյութերի համար: Արտադրական տեխնոլոգիաների զարգացման հետ մեկտեղ, բարձր տեխնոլոգիական SiC արտադրանքը լայնորեն զարգացել է, և աշխարհի երկրները ավելի շատ ուշադրություն են դարձնում առաջադեմ կերամիկայի արդյունաբերականացմանը: Նրանք այլևս չեն բավարարվում ավանդական սիլիցիումի կարբիդային կերամիկայի պատրաստմամբ: Բարձր տեխնոլոգիական կերամիկա արտադրող ձեռնարկությունները ավելի արագ են զարգանում, հատկապես զարգացած երկրներում, որտեղ այս երևույթն ավելի զգալի է: Արտասահմանյան արտադրողների թվում հիմնականում ընդգրկված են 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 և այլն:
Սիլիցիումի կարբիդի զարգացումը Չինաստանում համեմատաբար ուշ է տեղի ունեցել՝ համեմատած զարգացած երկրների, ինչպիսիք են Եվրոպան և Ամերիկան, համեմատած։ 1951 թվականի հունիսին Առաջին հղկող անիվների գործարանում SiC արտադրության առաջին արդյունաբերական վառարանի կառուցումից ի վեր, Չինաստանը սկսեց արտադրել սիլիցիումի կարբիդ։ Սիլիցիումի կարբիդային կերամիկայի տեղական արտադրողները հիմնականում կենտրոնացած են Շանդոնգ նահանգի Վեյֆանգ քաղաքում։ Մասնագետների կարծիքով, դա պայմանավորված է նրանով, որ տեղական ածխի արդյունահանման ձեռնարկությունները կանգնած են սնանկացման առջև և ձգտում են վերափոխման։ Որոշ ընկերություններ Գերմանիայից ներմուծել են համապատասխան սարքավորումներ՝ սիլիցիումի կարբիդի հետազոտական և արտադրական աշխատանքներ սկսելու համար։ZPC-ն ռեակցիայի միջոցով սինթերացված սիլիցիումի կարբիդի խոշորագույն արտադրողներից մեկն է։
Հրապարակման ժամանակը. Նոյեմբեր-09-2024