Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, semikonduktor sebatian silikon karbida telah mendapat perhatian yang meluas dalam industri. Walau bagaimanapun, sebagai bahan berprestasi tinggi, silikon karbida hanyalah sebahagian kecil daripada peranti elektronik (diod, peranti kuasa). Ia juga boleh digunakan sebagai bahan pelelas, bahan pemotong, bahan struktur, bahan optik, pembawa pemangkin dan banyak lagi. Hari ini, kami terutamanya memperkenalkan seramik silikon karbida, yang mempunyai kelebihan kestabilan kimia, rintangan suhu tinggi, rintangan haus, rintangan kakisan, kekonduksian haba yang tinggi, pekali pengembangan haba yang rendah, ketumpatan rendah dan kekuatan mekanikal yang tinggi. Ia digunakan secara meluas dalam bidang seperti jentera kimia, tenaga dan perlindungan alam sekitar, semikonduktor, metalurgi, pertahanan negara dan industri ketenteraan.
Silikon karbida (SiC)mengandungi silikon dan karbon, dan merupakan sebatian struktur berbilang jenis biasa, terutamanya termasuk dua bentuk kristal: α – SiC (jenis stabil suhu tinggi) dan β – SiC (jenis stabil suhu rendah). Terdapat lebih daripada 200 pelbagai jenis secara keseluruhannya, antaranya 3C SiC β – SiC dan 2H SiC, 4H SiC, 6H SiC dan 15R SiC α – SiC mewakili.
Gambarajah SiC Multibody Structure
Apabila suhu di bawah 1600 ℃, SiC wujud dalam bentuk β – SiC dan boleh disediakan daripada campuran mudah silikon dan karbon pada sekitar 1450 ℃. Apabila suhu melebihi 1600 ℃, β – SiC perlahan-lahan berubah menjadi pelbagai polimorf α – SiC. 4H SiC mudah dijana pada sekitar 2000 ℃; Kedua-dua polimorf 6H dan 15R memerlukan suhu tinggi melebihi 2100 ℃ untuk pembentukan mudah; 6H SiC boleh kekal sangat stabil walaupun pada suhu melebihi 2200 ℃, menjadikannya digunakan secara meluas dalam aplikasi perindustrian.
Karbida silikon tulen ialah kristal tidak berwarna dan telus, manakala karbida silikon perindustrian boleh menjadi tidak berwarna, kuning pucat, hijau muda, hijau tua, biru muda, biru tua, atau bahkan hitam, dengan tahap ketelusan yang berkurangan. Industri pelelas mengkategorikan silikon karbida kepada dua jenis berdasarkan warna: silikon karbida hitam dan karbida silikon hijau. Silikon karbida tidak berwarna hingga hijau tua dikelaskan sebagai karbida silikon hijau, manakala karbida silikon biru muda hingga hitam dikelaskan sebagai karbida silikon hitam. Silikon karbida hitam dan karbida silikon hijau adalah kedua-dua kristal heksagon alpha SiC, dan serbuk mikro silikon karbida hijau biasanya digunakan sebagai bahan mentah untuk seramik silikon karbida.
Prestasi Seramik Silikon Karbida Disediakan oleh Proses Berbeza
Walau bagaimanapun, seramik silikon karbida mempunyai kelemahan iaitu keliatan patah yang rendah dan kerapuhan yang tinggi. Oleh itu, dalam beberapa tahun kebelakangan ini, seramik komposit berasaskan seramik silikon karbida, seperti tetulang gentian (atau misai), pengukuhan serakan zarah heterogen, dan bahan berfungsi kecerunan, telah muncul berturut-turut, meningkatkan keliatan dan kekuatan bahan individu.
Sebagai bahan seramik berstruktur berprestasi tinggi bersuhu tinggi, seramik silikon karbida semakin banyak digunakan dalam tanur suhu tinggi, metalurgi keluli, petrokimia, elektronik mekanikal, aeroangkasa, tenaga dan perlindungan alam sekitar, tenaga nuklear, kereta dan bidang lain.
Pada 2022, saiz pasaran seramik struktur silikon karbida di China dijangka mencecah 18.2 bilion yuan. Dengan pengembangan selanjutnya bidang aplikasi dan keperluan pertumbuhan hiliran, dianggarkan saiz pasaran seramik struktur silikon karbida akan mencapai 29.6 bilion yuan menjelang 2025.
Pada masa hadapan, dengan peningkatan kadar penembusan kenderaan tenaga baharu, tenaga, industri, komunikasi dan bidang lain, serta keperluan yang semakin ketat untuk ketepatan tinggi, rintangan haus yang tinggi, dan komponen mekanikal atau komponen elektronik kebolehpercayaan tinggi dalam pelbagai bidang, saiz pasaran produk seramik silikon karbida dijangka terus berkembang, antaranya kenderaan tenaga baharu dan fotovoltaik merupakan kawasan pembangunan yang penting.
Seramik silikon karbida digunakan dalam tanur seramik kerana sifat mekanikal suhu tinggi yang sangat baik, rintangan api dan rintangan kejutan haba. Antaranya, tanur penggelek digunakan terutamanya untuk pengeringan, pensinteran, dan rawatan haba bahan elektrod positif bateri lithium-ion, bahan elektrod negatif, dan elektrolit. Bahan elektrod positif dan negatif bateri litium sangat diperlukan untuk kenderaan tenaga baharu. Perabot tanur seramik silikon karbida ialah komponen utama tanur, yang boleh meningkatkan kapasiti pengeluaran tanur dan mengurangkan penggunaan tenaga dengan ketara.
Produk seramik silikon karbida juga digunakan secara meluas dalam pelbagai komponen automotif. Di samping itu, peranti SiC digunakan terutamanya dalam PCU (unit kawalan kuasa, seperti on-board DC/DC) dan OBC (unit pengecasan) kenderaan tenaga baharu. Peranti SiC boleh mengurangkan berat dan isipadu peralatan PCU, mengurangkan kehilangan suis, dan meningkatkan suhu kerja dan kecekapan sistem peranti; Ia juga mungkin untuk meningkatkan tahap kuasa unit, memudahkan struktur litar, meningkatkan ketumpatan kuasa, dan meningkatkan kelajuan pengecasan semasa pengecasan OBC. Pada masa ini, banyak syarikat kereta di seluruh dunia telah menggunakan silikon karbida dalam pelbagai model, dan penggunaan besar-besaran silikon karbida telah menjadi trend.
Apabila seramik silikon karbida digunakan sebagai bahan pembawa utama dalam proses pengeluaran sel fotovoltaik, produk yang terhasil seperti penyokong bot, kotak bot, dan kelengkapan paip mempunyai kestabilan haba yang baik, tidak berubah bentuk apabila digunakan pada suhu tinggi, dan tidak menghasilkan bahan pencemar yang berbahaya. Mereka boleh menggantikan sokongan bot kuarza yang biasa digunakan, kotak bot, dan kelengkapan paip, dan mempunyai kelebihan kos yang ketara.
Di samping itu, prospek pasaran untuk peranti kuasa silikon karbida fotovoltaik adalah luas. Bahan SiC mempunyai lebih rendah pada rintangan, cas pintu, dan ciri cas pemulihan terbalik. Menggunakan SiC Mosfet atau SiC Mosfet digabungkan dengan penyongsang fotovoltaik SiC SBD boleh meningkatkan kecekapan penukaran daripada 96% kepada lebih 99%, mengurangkan kehilangan tenaga lebih daripada 50% dan meningkatkan hayat kitaran peralatan sebanyak 50 kali.
Sintesis seramik silikon karbida boleh dikesan kembali pada tahun 1890-an, apabila silikon karbida digunakan terutamanya untuk bahan pengisar mekanikal dan bahan refraktori. Dengan perkembangan teknologi pengeluaran, produk SiC berteknologi tinggi telah dibangunkan secara meluas, dan negara-negara di seluruh dunia memberi lebih perhatian kepada perindustrian seramik termaju. Mereka tidak lagi berpuas hati dengan penyediaan seramik silikon karbida tradisional. Perusahaan yang mengeluarkan seramik berteknologi tinggi berkembang dengan lebih pesat, terutamanya di negara maju yang fenomena ini lebih ketara. Pengeluar asing terutamanya termasuk 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, dsb.
Pembangunan silikon karbida di China agak lewat berbanding negara maju seperti Eropah dan Amerika. Sejak relau industri pertama untuk pembuatan SiC dibina di Kilang Roda Pengisar Pertama pada Jun 1951, China mula mengeluarkan silikon karbida. Pengeluar domestik seramik silikon karbida kebanyakannya tertumpu di Bandar Weifang, Wilayah Shandong. Menurut profesional, ini kerana perusahaan perlombongan arang batu tempatan sedang menghadapi kebankrapan dan mencari transformasi. Beberapa syarikat telah memperkenalkan peralatan berkaitan dari Jerman untuk mula menyelidik dan menghasilkan silikon karbida.ZPC ialah salah satu pengeluar terbesar bagi silikon karbida tersinter reaksi.
Masa siaran: Nov-09-2024