ბოლო წლებში სილიციუმის კარბიდის ნაერთების ნახევარგამტარებმა ინდუსტრიაში ფართო ყურადღება მიიპყრო. თუმცა, როგორც მაღალი ხარისხის მასალა, სილიციუმის კარბიდი ელექტრონული მოწყობილობების (დიოდები, დენის მოწყობილობები) მხოლოდ მცირე ნაწილია. მისი გამოყენება ასევე შესაძლებელია როგორც აბრაზივები, საჭრელი მასალები, სტრუქტურული მასალები, ოპტიკური მასალები, კატალიზატორის მატარებლები და სხვა. დღეს ჩვენ ძირითადად წარმოვადგენთ სილიციუმის კარბიდის კერამიკას, რომელსაც აქვს ქიმიური სტაბილურობის, მაღალი ტემპერატურისადმი მდგრადობის, ცვეთისადმი მდგრადობის, კოროზიისადმი მდგრადობის, მაღალი თბოგამტარობის, დაბალი თბოგაფართოების კოეფიციენტის, დაბალი სიმკვრივის და მაღალი მექანიკური სიმტკიცის უპირატესობები. ისინი ფართოდ გამოიყენება ისეთ სფეროებში, როგორიცაა ქიმიური მანქანათმშენებლობა, ენერგეტიკა და გარემოს დაცვა, ნახევარგამტარები, მეტალურგია, ეროვნული თავდაცვა და სამხედრო მრეწველობა.
სილიციუმის კარბიდი (SiC)შეიცავს სილიციუმს და ნახშირბადს და წარმოადგენს ტიპურ მრავალტიპიან სტრუქტურულ ნაერთს, რომელიც ძირითადად მოიცავს ორ კრისტალურ ფორმას: α-SiC (მაღალტემპერატურაზე სტაბილური ტიპი) და β-SiC (დაბალტემპერატურაზე სტაბილური ტიპი). სულ 200-ზე მეტი მრავალტიპი არსებობს, რომელთა შორის წარმომადგენლობითი ხასიათისაა β-SiC-ის 3C SiC და α-SiC-ის 2H SiC, 4H SiC, 6H SiC და 15R SiC.
სურათი SiC მრავალსხეულიანი სტრუქტურა
როდესაც ტემპერატურა 1600 ℃-ზე დაბალია, SiC არსებობს β-SiC-ის სახით და მისი მიღება შესაძლებელია სილიციუმისა და ნახშირბადის მარტივი ნარევიდან დაახლოებით 1450 ℃ ტემპერატურაზე. როდესაც ტემპერატურა 1600 ℃-ს გადააჭარბებს, β-SiC ნელა გარდაიქმნება α-SiC-ის სხვადასხვა პოლიმორფად. 4H SiC ადვილად წარმოიქმნება დაახლოებით 2000 ℃ ტემპერატურაზე; როგორც 6H, ასევე 15R პოლიმორფებს მარტივი ფორმირებისთვის სჭირდებათ 2100 ℃-ზე მაღალი ტემპერატურა; 6H SiC შეიძლება დარჩეს ძალიან სტაბილური 2200 ℃-ზე მაღალ ტემპერატურაზეც კი, რაც მას ფართოდ გამოიყენება სამრეწველო პროგრამებში.
სუფთა სილიციუმის კარბიდი არის უფერო და გამჭვირვალე კრისტალი, ხოლო სამრეწველო სილიციუმის კარბიდი შეიძლება იყოს უფერო, ღია ყვითელი, ღია მწვანე, მუქი მწვანე, ღია ლურჯი, მუქი ლურჯი ან თუნდაც შავი, გამჭვირვალობის დონის შემცირებით. აბრაზიული ინდუსტრია სილიციუმის კარბიდს ფერის მიხედვით ორ ტიპად ყოფს: შავი სილიციუმის კარბიდი და მწვანე სილიციუმის კარბიდი. უფეროდან მუქ მწვანემდე სილიციუმის კარბიდი კლასიფიცირდება, როგორც მწვანე სილიციუმის კარბიდი, ხოლო ღია ლურჯიდან შავამდე სილიციუმის კარბიდი კლასიფიცირდება, როგორც შავი სილიციუმის კარბიდი. შავი სილიციუმის კარბიდი და მწვანე სილიციუმის კარბიდი ორივე ალფა SiC ჰექსაგონალური კრისტალებია, ხოლო მწვანე სილიციუმის კარბიდის მიკროფხვნილი ზოგადად გამოიყენება სილიციუმის კარბიდის კერამიკის ნედლეულად.
სხვადასხვა პროცესით მომზადებული სილიციუმის კარბიდის კერამიკის მახასიათებლები
თუმცა, სილიციუმის კარბიდის კერამიკას აქვს დაბალი მსხვრევადი სიმტკიცისა და მაღალი სიმყიფის ნაკლი. ამიტომ, ბოლო წლებში, სილიციუმის კარბიდის კერამიკაზე დაფუძნებული კომპოზიტური კერამიკა, როგორიცაა ბოჭკოვანი (ან ულვაშიანი) გამაგრება, ჰეტეროგენული ნაწილაკების დისპერსიის გამაგრება და გრადიენტური ფუნქციური მასალები, თანმიმდევრულად გამოჩნდა, რაც აუმჯობესებს ცალკეული მასალების სიმტკიცეს და სიმტკიცეს.
როგორც მაღალი ხარისხის სტრუქტურული კერამიკული მაღალი ტემპერატურის მასალა, სილიციუმის კარბიდის კერამიკა სულ უფრო ხშირად გამოიყენება მაღალი ტემპერატურის ღუმელებში, ფოლადის მეტალურგიაში, ნავთობქიმიურ მრეწველობაში, მექანიკურ ელექტრონიკაში, აერონავტიკაში, ენერგეტიკასა და გარემოს დაცვაში, ბირთვულ ენერგიაში, ავტომობილებსა და სხვა სფეროებში.
2022 წელს ჩინეთში სილიციუმის კარბიდის სტრუქტურული კერამიკის ბაზრის მოცულობა, სავარაუდოდ, 18.2 მილიარდ იუანს მიაღწევს. გამოყენების სფეროების შემდგომი გაფართოებისა და შემდგომი ზრდის საჭიროებებთან ერთად, ვარაუდობენ, რომ 2025 წლისთვის სილიციუმის კარბიდის სტრუქტურული კერამიკის ბაზრის მოცულობა 29.6 მილიარდ იუანს მიაღწევს.
მომავალში, ახალი ენერგეტიკული სატრანსპორტო საშუალებების, ენერგეტიკის, მრეწველობის, კომუნიკაციებისა და სხვა სფეროების მზარდი შეღწევადობის მაჩვენებლით, ასევე სხვადასხვა სფეროში მაღალი სიზუსტის, მაღალი ცვეთისადმი წინააღმდეგობის და მაღალი საიმედოობის მექანიკური კომპონენტების ან ელექტრონული კომპონენტების მიმართ სულ უფრო მკაცრი მოთხოვნებით, სილიციუმის კარბიდის კერამიკული პროდუქტების ბაზრის ზომა, სავარაუდოდ, გააგრძელებს გაფართოებას, რომელთა შორის ახალი ენერგეტიკული სატრანსპორტო საშუალებები და ფოტოელექტრული სისტემები მნიშვნელოვანი განვითარების სფეროებია.
სილიციუმის კარბიდის კერამიკა გამოიყენება კერამიკულ ღუმელებში მათი შესანიშნავი მაღალტემპერატურული მექანიკური თვისებების, ცეცხლგამძლეობის და თერმული დარტყმისადმი მდგრადობის გამო. მათ შორის, ლილვაკებიანი ღუმელები ძირითადად გამოიყენება ლითიუმ-იონური აკუმულატორის დადებითი ელექტროდის მასალების, უარყოფითი ელექტროდის მასალების და ელექტროლიტების გაშრობის, შედუღების და თერმული დამუშავებისთვის. ლითიუმის აკუმულატორის დადებითი და უარყოფითი ელექტროდის მასალები შეუცვლელია ახალი ენერგეტიკული სატრანსპორტო საშუალებებისთვის. სილიციუმის კარბიდის კერამიკული ღუმელის ავეჯი ღუმელების ძირითადი კომპონენტია, რომელსაც შეუძლია ღუმელის წარმოების სიმძლავრის გაუმჯობესება და ენერგიის მოხმარების მნიშვნელოვნად შემცირება.
სილიკონის კარბიდის კერამიკული პროდუქტები ასევე ფართოდ გამოიყენება სხვადასხვა საავტომობილო კომპონენტებში. გარდა ამისა, SiC მოწყობილობები ძირითადად გამოიყენება ახალი ენერგიის სატრანსპორტო საშუალებების PCU-ებში (სიმძლავრის მართვის ბლოკები, როგორიცაა ბორტზე დამონტაჟებული DC/DC) და OBC-ებში (დამტენი ბლოკები). SiC მოწყობილობებს შეუძლიათ შეამცირონ PCU აღჭურვილობის წონა და მოცულობა, შეამცირონ გადამრთველის დანაკარგები და გააუმჯობესონ მოწყობილობების სამუშაო ტემპერატურა და სისტემის ეფექტურობა; ასევე შესაძლებელია ერთეულის სიმძლავრის დონის გაზრდა, წრედის სტრუქტურის გამარტივება, სიმძლავრის სიმკვრივის გაუმჯობესება და დატენვის სიჩქარის გაზრდა OBC დატენვის დროს. ამჟამად, მსოფლიოს მრავალი საავტომობილო კომპანია იყენებს სილიკონის კარბიდს მრავალ მოდელში და სილიკონის კარბიდის ფართომასშტაბიანი გამოყენება ტენდენციად იქცა.
როდესაც სილიციუმის კარბიდის კერამიკა გამოიყენება ფოტოელექტრული უჯრედების წარმოების პროცესში ძირითად მატარებელ მასალად, შედეგად მიღებულ პროდუქტებს, როგორიცაა ნავის საყრდენები, ნავის ყუთები და მილების ფიტინგები, აქვთ კარგი თერმული სტაბილურობა, არ დეფორმირდებიან მაღალ ტემპერატურაზე გამოყენებისას და არ წარმოქმნიან მავნე დამაბინძურებლებს. მათ შეუძლიათ ჩაანაცვლონ ფართოდ გამოყენებული კვარცის ნავის საყრდენები, ნავის ყუთები და მილების ფიტინგები და აქვთ მნიშვნელოვანი ფასის უპირატესობები.
გარდა ამისა, ფოტოელექტრული სილიციუმის კარბიდის ენერგომოწყობილობების ბაზრის პერსპექტივები ფართოა. SiC მასალებს აქვთ უფრო დაბალი წინაღობა, კარიბჭის დამუხტვა და უკუ აღდგენის დამუხტვის მახასიათებლები. SiC Mosfet-ის ან SiC Mosfet-ის SiC SBD ფოტოელექტრულ ინვერტორებთან ერთად გამოყენებამ შეიძლება გაზარდოს გარდაქმნის ეფექტურობა 96%-დან 99%-მდე, შეამციროს ენერგიის დანაკარგი 50%-ზე მეტით და გაზარდოს აღჭურვილობის ციკლის სიცოცხლე 50-ჯერ.
სილიციუმის კარბიდის კერამიკის სინთეზი 1890-იანი წლებიდან იწყება, როდესაც სილიციუმის კარბიდი ძირითადად მექანიკური დაფქვისა და ცეცხლგამძლე მასალებისთვის გამოიყენებოდა. წარმოების ტექნოლოგიების განვითარებასთან ერთად, ფართოდ განვითარდა მაღალტექნოლოგიური SiC პროდუქტები და მსოფლიოს ქვეყნები უფრო მეტ ყურადღებას აქცევენ მოწინავე კერამიკის ინდუსტრიალიზაციას. ისინი აღარ კმაყოფილდებიან ტრადიციული სილიციუმის კარბიდის კერამიკის დამზადებით. მაღალტექნოლოგიური კერამიკის მწარმოებელი საწარმოები უფრო სწრაფად ვითარდება, განსაკუთრებით განვითარებულ ქვეყნებში, სადაც ეს ფენომენი უფრო მნიშვნელოვანია. უცხოელ მწარმოებლებს შორის ძირითადად შედის 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 და ა.შ.
ჩინეთში სილიციუმის კარბიდის განვითარება შედარებით გვიან დაიწყო, ისეთ განვითარებულ ქვეყნებთან შედარებით, როგორიცაა ევროპა და ამერიკა. მას შემდეგ, რაც 1951 წლის ივნისში პირველი სახეხი ბორბლების ქარხანაში SiC-ის წარმოებისთვის პირველი სამრეწველო ღუმელი აშენდა, ჩინეთმა სილიციუმის კარბიდის წარმოება დაიწყო. სილიციუმის კარბიდის კერამიკის ადგილობრივი მწარმოებლები ძირითადად კონცენტრირებულნი არიან შანდონგის პროვინციის ქალაქ ვეიფანგში. სპეციალისტების აზრით, ეს იმიტომ ხდება, რომ ადგილობრივი ქვანახშირის მომპოვებელი საწარმოები გაკოტრების წინაშე დგანან და ტრანსფორმაციას ეძებენ. ზოგიერთმა კომპანიამ გერმანიიდან შესაბამისი აღჭურვილობა შემოიტანა სილიციუმის კარბიდის კვლევისა და წარმოების დასაწყებად.ZPC რეაქციულად სინთეზირებული სილიციუმის კარბიდის ერთ-ერთი უდიდესი მწარმოებელია.
გამოქვეყნების დრო: 2024 წლის 9 ნოემბერი