Dalam beberapa tahun terakhir, semikonduktor senyawa silikon karbida telah mendapatkan perhatian luas di industri. Namun, sebagai material berkinerja tinggi, silikon karbida hanya digunakan sebagian kecil dalam perangkat elektronik (dioda, perangkat daya). Silikon karbida juga dapat digunakan sebagai bahan abrasif, bahan pemotong, bahan struktural, bahan optik, pembawa katalis, dan sebagainya. Saat ini, kami terutama memperkenalkan keramik silikon karbida, yang memiliki keunggulan stabilitas kimia, ketahanan suhu tinggi, ketahanan aus, ketahanan korosi, konduktivitas termal tinggi, koefisien muai panas rendah, densitas rendah, dan kekuatan mekanik tinggi. Keramik ini banyak digunakan di berbagai bidang seperti mesin kimia, energi dan perlindungan lingkungan, semikonduktor, metalurgi, pertahanan nasional, dan industri militer.
Silikon karbida (SiC)Mengandung silikon dan karbon, senyawa ini merupakan senyawa struktural multitipe yang khas, terutama terdiri dari dua bentuk kristal: α-SiC (tipe stabil suhu tinggi) dan β-SiC (tipe stabil suhu rendah). Terdapat lebih dari 200 tipe multitipe, di antaranya 3C SiC dari β-SiC dan 2H SiC, 4H SiC, 6H SiC, dan 15R SiC dari α-SiC merupakan representasi yang baik.
Gambar Struktur Multibodi SiC
Pada suhu di bawah 1600 ℃, SiC berada dalam bentuk β-SiC dan dapat dibuat dari campuran sederhana silikon dan karbon pada suhu sekitar 1450 ℃. Ketika suhu di atas 1600 ℃, β-SiC perlahan bertransformasi menjadi berbagai polimorf α-SiC. 4H SiC mudah terbentuk pada suhu sekitar 2000 ℃; Polimorf 6H dan 15R membutuhkan suhu tinggi di atas 2100 ℃ agar mudah terbentuk; 6H SiC dapat tetap sangat stabil bahkan pada suhu di atas 2200 ℃, sehingga banyak digunakan dalam aplikasi industri.
Silikon karbida murni adalah kristal yang tidak berwarna dan transparan, sementara silikon karbida industri dapat berwarna tidak berwarna, kuning pucat, hijau muda, hijau tua, biru muda, biru tua, atau bahkan hitam, dengan tingkat transparansi yang semakin menurun. Industri abrasif mengkategorikan silikon karbida menjadi dua jenis berdasarkan warna: silikon karbida hitam dan silikon karbida hijau. Silikon karbida yang tidak berwarna hingga hijau tua diklasifikasikan sebagai silikon karbida hijau, sementara silikon karbida yang berwarna biru muda hingga hitam diklasifikasikan sebagai silikon karbida hitam. Silikon karbida hitam dan silikon karbida hijau keduanya merupakan kristal heksagonal alfa SiC, dan bubuk mikro silikon karbida hijau umumnya digunakan sebagai bahan baku keramik silikon karbida.
Kinerja Keramik Karbida Silikon yang Disiapkan dengan Proses Berbeda
Namun, keramik silikon karbida memiliki kelemahan berupa ketangguhan patah yang rendah dan kerapuhan yang tinggi. Oleh karena itu, dalam beberapa tahun terakhir, keramik komposit berbasis keramik silikon karbida, seperti penguat serat (atau whisker), penguat dispersi partikel heterogen, dan material fungsional gradien, telah bermunculan secara berurutan, yang meningkatkan ketangguhan dan kekuatan masing-masing material.
Sebagai material keramik struktural berkinerja tinggi dan tahan suhu tinggi, keramik silikon karbida semakin banyak diaplikasikan dalam tanur suhu tinggi, metalurgi baja, petrokimia, elektronik mekanik, kedirgantaraan, energi dan perlindungan lingkungan, energi nuklir, otomotif, dan bidang lainnya.
Pada tahun 2022, pasar keramik struktural silikon karbida di Tiongkok diperkirakan mencapai 18,2 miliar yuan. Dengan perluasan bidang aplikasi dan kebutuhan pertumbuhan hilir, pasar keramik struktural silikon karbida diperkirakan akan mencapai 29,6 miliar yuan pada tahun 2025.
Di masa mendatang, seiring meningkatnya penetrasi kendaraan energi baru, energi, industri, komunikasi dan bidang-bidang lainnya, serta makin ketatnya persyaratan komponen mekanis atau elektronika di berbagai bidang yang berpresisi tinggi, tahan aus, dan memiliki keandalan tinggi, pasar produk keramik silikon karbida diperkirakan akan terus berkembang. Di antaranya, kendaraan energi baru dan fotovoltaik merupakan area pengembangan yang penting.
Keramik silikon karbida digunakan dalam tanur keramik karena sifat mekaniknya yang sangat baik terhadap suhu tinggi, tahan api, dan tahan guncangan termal. Di antara keramik-keramik tersebut, tanur rol terutama digunakan untuk pengeringan, sintering, dan perlakuan panas material elektroda positif, elektroda negatif, dan elektrolit baterai litium-ion. Material elektroda positif dan negatif baterai litium sangat diperlukan untuk kendaraan energi baru. Furnitur tanur keramik silikon karbida merupakan komponen kunci tanur, yang dapat meningkatkan kapasitas produksi tanur dan mengurangi konsumsi energi secara signifikan.
Produk keramik silikon karbida juga banyak digunakan dalam berbagai komponen otomotif. Selain itu, perangkat SiC terutama digunakan dalam PCU (unit kontrol daya, seperti DC/DC on-board) dan OBC (unit pengisian daya) kendaraan energi baru. Perangkat SiC dapat mengurangi berat dan volume peralatan PCU, mengurangi rugi-rugi sakelar, serta meningkatkan suhu kerja dan efisiensi sistem perangkat; peningkatan level daya unit, penyederhanaan struktur sirkuit, peningkatan kerapatan daya, dan peningkatan kecepatan pengisian daya selama pengisian daya OBC juga dimungkinkan. Saat ini, banyak perusahaan mobil di seluruh dunia telah menggunakan silikon karbida dalam berbagai modelnya, dan adopsi silikon karbida dalam skala besar telah menjadi tren.
Ketika keramik silikon karbida digunakan sebagai material pembawa utama dalam proses produksi sel fotovoltaik, produk yang dihasilkan seperti penyangga perahu, kotak perahu, dan sambungan pipa memiliki stabilitas termal yang baik, tidak mengalami deformasi saat digunakan pada suhu tinggi, dan tidak menghasilkan polutan berbahaya. Produk-produk ini dapat menggantikan penyangga perahu, kotak perahu, dan sambungan pipa kuarsa yang umum digunakan, serta memiliki keunggulan biaya yang signifikan.
Selain itu, prospek pasar perangkat daya silikon karbida fotovoltaik sangat luas. Material SiC memiliki karakteristik resistansi, muatan gerbang, dan muatan pemulihan balik yang lebih rendah. Penggunaan SiC MOSFET atau SiC MOSFET yang dikombinasikan dengan inverter fotovoltaik SiC SBD dapat meningkatkan efisiensi konversi dari 96% menjadi lebih dari 99%, mengurangi kehilangan energi lebih dari 50%, dan meningkatkan masa pakai peralatan hingga 50 kali lipat.
Sintesis keramik silikon karbida dapat ditelusuri kembali ke tahun 1890-an, ketika silikon karbida terutama digunakan untuk bahan penggilingan mekanis dan bahan tahan api. Dengan perkembangan teknologi produksi, produk SiC berteknologi tinggi telah dikembangkan secara luas, dan negara-negara di seluruh dunia semakin memperhatikan industrialisasi keramik canggih. Mereka tidak lagi puas dengan pembuatan keramik silikon karbida tradisional. Perusahaan yang memproduksi keramik berteknologi tinggi berkembang lebih pesat, terutama di negara-negara maju di mana fenomena ini lebih signifikan. Produsen asing terutama meliputi 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, dll.
Perkembangan silikon karbida di Tiongkok relatif terlambat dibandingkan dengan negara-negara maju seperti Eropa dan Amerika. Sejak tungku industri pertama untuk memproduksi SiC dibangun di Pabrik Roda Gerinda Pertama pada Juni 1951, Tiongkok mulai memproduksi silikon karbida. Produsen keramik silikon karbida dalam negeri sebagian besar terkonsentrasi di Kota Weifang, Provinsi Shandong. Menurut para profesional, hal ini disebabkan oleh perusahaan pertambangan batu bara lokal yang menghadapi kebangkrutan dan sedang berupaya melakukan transformasi. Beberapa perusahaan telah mendatangkan peralatan terkait dari Jerman untuk mulai meneliti dan memproduksi silikon karbida.ZPC merupakan salah satu produsen silikon karbida reaksi sinter terbesar.
Waktu posting: 09-Nov-2024