Dalam beberapa tahun terakhir, semikonduktor senyawa silikon karbida telah mendapat perhatian luas di industri. Namun, sebagai material berkinerja tinggi, silikon karbida hanya merupakan bagian kecil dari perangkat elektronik (dioda, perangkat daya). Ia juga dapat digunakan sebagai bahan abrasif, bahan pemotong, bahan struktural, bahan optik, pembawa katalis, dan banyak lagi. Saat ini, kami terutama memperkenalkan keramik silikon karbida, yang memiliki keunggulan stabilitas kimia, ketahanan suhu tinggi, ketahanan aus, ketahanan korosi, konduktivitas termal tinggi, koefisien ekspansi termal rendah, kepadatan rendah, dan kekuatan mekanis tinggi. Mereka banyak digunakan dalam bidang-bidang seperti mesin kimia, energi dan perlindungan lingkungan, semikonduktor, metalurgi, pertahanan nasional dan industri militer.
Silikon karbida (SiC)mengandung silikon dan karbon, dan merupakan senyawa struktural multi tipe yang khas, terutama mencakup dua bentuk kristal: α – SiC (tipe stabil suhu tinggi) dan β – SiC (tipe stabil suhu rendah). Total ada lebih dari 200 tipe multi, di antaranya 3C SiC dari β – SiC dan 2H SiC, 4H SiC, 6H SiC, dan 15R SiC dari α – SiC adalah yang representatif.
Gambar Struktur Multibodi SiC
Bila suhu di bawah 1600 ℃, SiC ada dalam bentuk β – SiC dan dapat dibuat dari campuran sederhana silikon dan karbon pada suhu sekitar 1450 ℃. Bila suhu melebihi 1600 ℃, β – SiC perlahan berubah menjadi berbagai polimorf α – SiC. 4H SiC mudah dibentuk pada suhu sekitar 2000 ℃; Baik polimorf 6H maupun 15R memerlukan suhu tinggi di atas 2100 ℃ agar mudah terbentuk; 6H SiC dapat tetap sangat stabil bahkan pada suhu yang melebihi 2200 ℃, sehingga banyak digunakan dalam aplikasi industri.
Karbida silikon murni adalah kristal yang tidak berwarna dan transparan, sedangkan karbida silikon industri dapat berwarna tidak berwarna, kuning pucat, hijau muda, hijau tua, biru muda, biru tua, atau bahkan hitam, dengan tingkat transparansi yang menurun. Industri abrasif mengkategorikan karbida silikon menjadi dua jenis berdasarkan warna: karbida silikon hitam dan karbida silikon hijau. Karbida silikon yang tidak berwarna hingga hijau tua diklasifikasikan sebagai karbida silikon hijau, sedangkan karbida silikon biru muda hingga hitam diklasifikasikan sebagai karbida silikon hitam. Karbida silikon hitam dan karbida silikon hijau keduanya merupakan kristal heksagonal alfa SiC, dan bubuk mikro karbida silikon hijau umumnya digunakan sebagai bahan baku keramik karbida silikon.
Kinerja Keramik Karbida Silikon yang Disiapkan melalui Proses Berbeda
Akan tetapi, keramik silikon karbida memiliki kelemahan berupa ketangguhan fraktur yang rendah dan kerapuhan yang tinggi. Oleh karena itu, dalam beberapa tahun terakhir, keramik komposit berdasarkan keramik silikon karbida, seperti penguat serat (atau whisker), penguat dispersi partikel heterogen, dan material fungsional gradien, telah muncul secara berurutan, yang meningkatkan ketangguhan dan kekuatan masing-masing material.
Sebagai material keramik struktural berkinerja tinggi dan bersuhu tinggi, keramik silikon karbida telah 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, ukuran pasar keramik struktural silikon karbida di Tiongkok diperkirakan mencapai 18,2 miliar yuan. Dengan perluasan lebih lanjut bidang aplikasi dan kebutuhan pertumbuhan hilir, diperkirakan ukuran pasar keramik struktural silikon karbida akan mencapai 29,6 miliar yuan pada tahun 2025.
Di masa mendatang, seiring makin tingginya tingkat penetrasi kendaraan energi baru, energi, industri, komunikasi dan bidang-bidang lainnya, serta makin ketatnya persyaratan terhadap komponen mekanis atau komponen elektronik berpresisi tinggi, tahan aus, dan andal di berbagai bidang, pangsa pasar produk keramik silikon karbida diperkirakan akan terus meluas, di antaranya kendaraan energi baru dan fotovoltaik merupakan area pengembangan penting.
Keramik silikon karbida digunakan dalam tanur keramik karena sifat mekanik suhu tinggi, ketahanan api, dan ketahanan guncangan termalnya yang sangat baik. Di antara semuanya, tanur rol terutama digunakan untuk pengeringan, sintering, dan perlakuan panas bahan elektroda positif baterai lithium-ion, bahan elektroda negatif, dan elektrolit. Bahan elektroda positif dan negatif baterai lithium sangat diperlukan untuk kendaraan energi baru. Perabotan tanur keramik silikon karbida merupakan komponen utama tanur, yang dapat meningkatkan kapasitas produksi tanur dan secara signifikan mengurangi konsumsi energi.
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 terpasang) dan OBC (unit pengisian daya) kendaraan energi baru. Perangkat SiC dapat mengurangi berat dan volume peralatan PCU, mengurangi kerugian sakelar, dan meningkatkan suhu kerja serta efisiensi sistem perangkat; Dimungkinkan juga untuk meningkatkan level daya unit, menyederhanakan struktur sirkuit, meningkatkan kerapatan daya, dan meningkatkan kecepatan pengisian daya selama pengisian daya OBC. Saat ini, banyak perusahaan mobil di seluruh dunia telah menggunakan silikon karbida dalam berbagai model, dan adopsi silikon karbida dalam skala besar telah menjadi tren.
Bila keramik silikon karbida digunakan sebagai bahan pembawa utama dalam proses produksi sel fotovoltaik, produk yang dihasilkan seperti penyangga perahu, kotak perahu, dan alat penyambung pipa memiliki stabilitas termal yang baik, tidak berubah bentuk saat digunakan pada suhu tinggi, dan tidak menghasilkan polutan berbahaya. Produk tersebut dapat menggantikan penyangga perahu kuarsa, kotak perahu, dan alat penyambung pipa yang umum digunakan, serta memiliki keunggulan biaya yang signifikan.
Selain itu, prospek pasar untuk perangkat daya silikon karbida fotovoltaik sangat luas. Material SiC memiliki karakteristik resistansi, pengisian daya gerbang, dan pengisian daya 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 hingga lebih dari 50%, dan meningkatkan siklus 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 lebih memperhatikan industrialisasi keramik canggih. Mereka tidak lagi puas dengan persiapan keramik silikon karbida tradisional. Perusahaan yang memproduksi keramik berteknologi tinggi berkembang lebih cepat, 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 terbilang terlambat dibandingkan dengan negara-negara maju seperti Eropa dan Amerika. Sejak tungku industri pertama untuk memproduksi SiC dibangun di Pabrik Roda Gerinda Pertama pada bulan 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 dikarenakan perusahaan pertambangan batu bara setempat menghadapi kebangkrutan dan berupaya melakukan transformasi. Beberapa perusahaan telah memperkenalkan peralatan yang relevan dari Jerman untuk mulai meneliti dan memproduksi silikon karbida.ZPC adalah salah satu produsen silikon karbida reaksi sinter terbesar.
Waktu posting: 09-Nov-2024