Pastaraisiais metais pramonėje plačiai atkreiptas dėmesys į silicio karbido junginių puslaidininkius. Tačiau, kaip didelio našumo medžiaga, silicio karbidas tėra maža elektroninių prietaisų (diodų, galios įtaisų) dalis. Jis taip pat gali būti naudojamas kaip abrazyvai, pjovimo medžiagos, konstrukcinės medžiagos, optinės medžiagos, katalizatorių nešikliai ir kt. Šiandien daugiausia pristatome silicio karbido keramiką, kuri pasižymi cheminiu stabilumu, atsparumu aukštai temperatūrai, atsparumu dilimui, atsparumu korozijai, dideliu šilumos laidumu, mažu šiluminio plėtimosi koeficientu, mažu tankiu ir dideliu mechaniniu stiprumu. Jie plačiai naudojami tokiose srityse kaip chemijos mašinų gamyba, energetikos ir aplinkos apsauga, puslaidininkiai, metalurgija, nacionalinė gynyba ir karinė pramonė.
Silicio karbidas (SiC)Sudėtyje yra silicio ir anglies, ir yra tipiškas daugiarūšis struktūrinis junginys, daugiausia apimantis dvi kristalines formas: α-SiC (aukštoje temperatūroje stabilus tipas) ir β-SiC (žemoje temperatūroje stabilus tipas). Iš viso yra daugiau nei 200 daugiarūšių junginių, tarp kurių yra tipiški β-SiC 3C SiC ir α-SiC 2H SiC, 4H SiC, 6H SiC ir 15R SiC.
SiC daugiakūnės struktūros paveikslas
Kai temperatūra žemesnė nei 1600 ℃, SiC egzistuoja β-SiC pavidalu ir gali būti pagamintas iš paprasto silicio ir anglies mišinio maždaug 1450 ℃ temperatūroje. Kai temperatūra viršija 1600 ℃, β-SiC lėtai transformuojasi į įvairius α-SiC polimorfus. 4H SiC lengvai susidaro maždaug 2000 ℃ temperatūroje; tiek 6H, tiek 15R polimorfams lengvai susidaryti reikalinga aukšta temperatūra, viršijanti 2100 ℃; 6H SiC gali išlikti labai stabilus net aukštesnėje nei 2200 ℃ temperatūroje, todėl jis plačiai naudojamas pramonėje.
Grynas silicio karbidas yra bespalvis ir skaidrus kristalas, o pramoninis silicio karbidas gali būti bespalvis, šviesiai geltonas, šviesiai žalias, tamsiai žalias, šviesiai mėlynas, tamsiai mėlynas arba net juodas, o jo skaidrumo lygis mažėja. Abrazyvinių medžiagų pramonėje silicio karbidas skirstomas į dvi rūšis pagal spalvą: juodą silicio karbidą ir žalią silicio karbidą. Bespalvis arba tamsiai žalias silicio karbidas klasifikuojamas kaip žalias silicio karbidas, o šviesiai mėlynas arba juodas silicio karbidas – kaip juodas silicio karbidas. Juodas silicio karbidas ir žalias silicio karbidas yra alfa SiC šešiakampiai kristalai, o žalio silicio karbido mikromilteliai paprastai naudojami kaip žaliava silicio karbido keramikai.
Įvairiais procesais paruoštos silicio karbido keramikos charakteristikos
Tačiau silicio karbido keramikos trūkumas yra mažas atsparumas lūžiams ir didelis trapumas. Todėl pastaraisiais metais nuosekliai atsirado silicio karbido keramikos pagrindu sukurtos kompozicinės keramikos rūšys, tokios kaip pluošto (arba „ūsų“) armatūra, nevienalytės dalelių dispersijos stiprinimas ir gradientinės funkcinės medžiagos, kurios pagerina atskirų medžiagų atsparumą ir stiprumą.
Kaip aukštos kokybės struktūrinė keraminė medžiaga, atspari aukštai temperatūrai, silicio karbido keramika vis dažniau naudojama aukštos temperatūros krosnyse, plieno metalurgijoje, naftos chemijos pramonėje, mechaninėje elektronikoje, aviacijos ir kosmoso, energetikos ir aplinkos apsaugos, branduolinės energijos, automobilių ir kitose srityse.
Tikimasi, kad 2022 m. silicio karbido struktūrinės keramikos rinkos dydis Kinijoje pasieks 18,2 mlrd. juanių. Toliau plečiantis taikymo sritims ir augant vartotojų poreikiams, iki 2025 m. silicio karbido struktūrinės keramikos rinkos dydis, kaip manoma, pasieks 29,6 mlrd. juanių.
Ateityje, didėjant naujų energijos transporto priemonių, energetikos, pramonės, ryšių ir kitų sričių skverbties tempui, taip pat vis griežtesniems didelio tikslumo, didelio atsparumo dilimui ir didelio patikimumo mechaninių komponentų ar elektroninių komponentų reikalavimams įvairiose srityse, tikimasi, kad silicio karbido keramikos gaminių rinkos dydis toliau didės, tarp kurių naujos energijos transporto priemonės ir fotovoltinė įranga yra svarbios plėtros sritys.
Silicio karbido keramika naudojama keramikos krosnyse dėl puikių mechaninių savybių aukštoje temperatūroje, atsparumo ugniai ir atsparumo šiluminiam smūgiui. Tarp jų ritininės krosnys daugiausia naudojamos ličio jonų akumuliatorių teigiamų elektrodų medžiagų, neigiamų elektrodų medžiagų ir elektrolitų džiovinimui, sukepinimui ir terminiam apdorojimui. Ličio akumuliatorių teigiamų ir neigiamų elektrodų medžiagos yra būtinos naujoms energijos transporto priemonėms. Silicio karbido keramikos krosnies baldai yra pagrindinis krosnių komponentas, galintis padidinti krosnies gamybos pajėgumus ir žymiai sumažinti energijos suvartojimą.
Silicio karbido keramikos gaminiai taip pat plačiai naudojami įvairiuose automobilių komponentuose. Be to, SiC įtaisai daugiausia naudojami naujų energijos transporto priemonių PCU (galios valdymo blokuose, tokiuose kaip borto DC/DC) ir OBC (įkrovimo blokuose). SiC įtaisai gali sumažinti PCU įrangos svorį ir tūrį, sumažinti jungiklio nuostolius ir pagerinti įrenginių darbo temperatūrą bei sistemos efektyvumą; taip pat galima padidinti įrenginio galios lygį, supaprastinti grandinės struktūrą, pagerinti galios tankį ir padidinti įkrovimo greitį OBC įkrovimo metu. Šiuo metu daugelis automobilių kompanijų visame pasaulyje naudoja silicio karbidą įvairiuose modeliuose, o didelio masto silicio karbido naudojimas tapo tendencija.
Kai fotovoltinių elementų gamybos procese kaip pagrindinės nešiklio medžiagos naudojama silicio karbido keramika, gaunami produktai, tokie kaip valčių atramos, valčių dėžės ir vamzdžių jungiamosios detalės, pasižymi geru terminiu stabilumu, nesideformuoja, kai naudojami aukštoje temperatūroje, ir neišskiria kenksmingų teršalų. Jie gali pakeisti dažniausiai naudojamas kvarcines valčių atramas, valčių dėžes ir vamzdžių jungiamąsias detales ir turi didelių sąnaudų pranašumų.
Be to, fotovoltinių silicio karbido galios įrenginių rinkos perspektyvos yra plačios. SiC medžiagos pasižymi mažesne varža, mažesniu užtūros krūviu ir atvirkštinio atkūrimo krūviu. Naudojant SiC Mosfet arba SiC Mosfet kartu su SiC SBD fotovoltiniais keitikliais, galima padidinti konversijos efektyvumą nuo 96 % iki daugiau nei 99 %, sumažinti energijos nuostolius daugiau nei 50 % ir 50 kartų pailginti įrangos ciklo tarnavimo laiką.
Silicio karbido keramikos sintezės ištakas galima atsekti iki 1890-ųjų, kai silicio karbidas daugiausia buvo naudojamas mechaninio šlifavimo medžiagoms ir ugniai atsparioms medžiagoms. Tobulėjant gamybos technologijoms, buvo plačiai sukurti aukštųjų technologijų SiC produktai, o pasaulio šalys vis daugiau dėmesio skiria pažangios keramikos industrializacijai. Jos nebesitenkina tradicinės silicio karbido keramikos paruošimu. Aukštųjų technologijų keramiką gaminančios įmonės sparčiai vystosi, ypač išsivysčiusiose šalyse, kur šis reiškinys yra reikšmingesnis. Užsienio gamintojai daugiausia yra „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 ir kt.
Silicio karbido plėtra Kinijoje buvo gana vėlyva, palyginti su išsivysčiusiomis šalimis, tokiomis kaip Europa ir Amerika. Nuo tada, kai 1951 m. birželį Pirmojoje šlifavimo diskų gamykloje buvo pastatyta pirmoji pramoninė SiC gamybos krosnis, Kinija pradėjo gaminti silicio karbidą. Vietiniai silicio karbido keramikos gamintojai daugiausia yra susitelkę Veifango mieste, Šandongo provincijoje. Pasak specialistų, taip yra todėl, kad vietos anglies kasybos įmonėms gresia bankrotas ir jos siekia transformacijos. Kai kurios įmonės iš Vokietijos įsigijo atitinkamą įrangą, kad pradėtų silicio karbido tyrimus ir gamybą.ZPC yra vienas didžiausių reakcijos būdu sukepinto silicio karbido gamintojų.
Įrašo laikas: 2024 m. lapkričio 9 d.