De afgelopen jaren hebben siliciumcarbide-halfgeleiders veel aandacht gekregen in de industrie. Als hoogwaardig materiaal is siliciumcarbide echter slechts een klein onderdeel van elektronische apparaten (diodes, vermogenscomponenten). Het kan ook worden gebruikt als schuurmiddel, snijmateriaal, constructiemateriaal, optisch materiaal, katalysatordragers en meer. Tegenwoordig introduceren we voornamelijk siliciumcarbidekeramiek, dat voordelen biedt zoals chemische stabiliteit, hoge temperatuurbestendigheid, slijtvastheid, corrosiebestendigheid, hoge thermische geleidbaarheid, lage thermische uitzettingscoëfficiënt, lage dichtheid en hoge mechanische sterkte. Ze worden veel gebruikt in sectoren zoals chemische machines, energie- en milieubescherming, halfgeleiders, metallurgie, defensie en de militaire industrie.
Siliciumcarbide (SiC)Bevat silicium en koolstof en is een typische multitype structurele verbinding, die voornamelijk twee kristalvormen omvat: α-SiC (type stabiel bij hoge temperaturen) en β-SiC (type stabiel bij lage temperaturen). Er zijn in totaal meer dan 200 multitypes, waaronder de 3C SiC van β-SiC en de 2H SiC, 4H SiC, 6H SiC en 15R SiC van α-SiC representatief zijn.
Figuur SiC Multibody Structuur
Bij temperaturen onder 1600 °C bestaat SiC in de vorm van β-SiC en kan het worden bereid uit een eenvoudig mengsel van silicium en koolstof bij ongeveer 1450 °C. Bij temperaturen boven 1600 °C transformeert β-SiC langzaam in verschillende polymorfen van α-SiC. 4H SiC wordt gemakkelijk gegenereerd bij ongeveer 2000 °C; zowel 6H als 15R polymorfen vereisen hoge temperaturen boven 2100 °C voor een gemakkelijke vorming; 6H SiC blijft zeer stabiel, zelfs bij temperaturen boven 2200 °C, waardoor het veel wordt gebruikt in industriële toepassingen.
Zuiver siliciumcarbide is een kleurloos en transparant kristal, terwijl industrieel siliciumcarbide kleurloos, lichtgeel, lichtgroen, donkergroen, lichtblauw, donkerblauw of zelfs zwart kan zijn, met afnemende transparantie. De schuurmiddelindustrie categoriseert siliciumcarbide in twee typen op basis van kleur: zwart siliciumcarbide en groen siliciumcarbide. Kleurloos tot donkergroen siliciumcarbide wordt geclassificeerd als groen siliciumcarbide, terwijl lichtblauw tot zwart siliciumcarbide wordt geclassificeerd als zwart siliciumcarbide. Zwart siliciumcarbide en groen siliciumcarbide zijn beide alfa-SiC hexagonale kristallen, en groen siliciumcarbide micropoeder wordt over het algemeen gebruikt als grondstof voor siliciumcarbidekeramiek.
Prestaties van siliciumcarbidekeramiek bereid met verschillende processen
Siliciumcarbidekeramiek heeft echter het nadeel van een lage breuktaaiheid en een hoge brosheid. Daarom zijn de afgelopen jaren composietkeramieken op basis van siliciumcarbidekeramiek ontwikkeld, zoals vezel- (of whisker)versterking, heterogene deeltjesdispersieversterking en gradiëntfunctionele materialen, die de taaiheid en sterkte van individuele materialen verbeteren.
Siliciumcarbidekeramiek is een hoogwaardig structureel keramisch materiaal dat bestand is tegen hoge temperaturen. Het wordt daarom steeds vaker toegepast in hogetemperatuurovens, de staalindustrie, de petrochemie, mechanische elektronica, de lucht- en ruimtevaart, energie en milieubescherming, kernenergie, auto's en andere sectoren.
In 2022 zal de markt voor structurele siliciumcarbidekeramiek in China naar verwachting 18,2 miljard yuan bereiken. Met verdere uitbreiding van toepassingsgebieden en de behoefte aan downstream-groei wordt geschat dat de markt voor structurele siliciumcarbidekeramiek in 2025 29,6 miljard yuan zal bereiken.
In de toekomst, met de toenemende penetratiegraad van nieuwe energievoertuigen, energie, industrie, communicatie en andere gebieden, evenals de steeds strengere eisen voor mechanische componenten of elektronische componenten met een hoge precisie, hoge slijtvastheid en hoge betrouwbaarheid in verschillende gebieden, wordt verwacht dat de omvang van de markt voor keramische producten van siliciumcarbide zal blijven groeien, waarbij nieuwe energievoertuigen en fotovoltaïsche cellen belangrijke ontwikkelingsgebieden zijn.
Siliciumcarbidekeramiek wordt in keramische ovens gebruikt vanwege de uitstekende mechanische eigenschappen bij hoge temperaturen, brandwerendheid en thermische schokbestendigheid. Rolovens worden voornamelijk gebruikt voor het drogen, sinteren en warmtebehandeling van materialen voor de positieve en negatieve elektroden van lithium-ionbatterijen en elektrolyten. Materialen voor de positieve en negatieve elektroden van lithiumbatterijen zijn onmisbaar voor voertuigen met nieuwe energiebronnen. Ovenmeubilair van siliciumcarbidekeramiek is een belangrijk onderdeel van ovens, wat de productiecapaciteit van de oven kan verbeteren en het energieverbruik aanzienlijk kan verlagen.
Keramische producten van siliciumcarbide worden ook veel gebruikt in diverse auto-onderdelen. Daarnaast worden SiC-componenten voornamelijk gebruikt in PCU's (Power Control Units, zoals on-board DC/DC) en OBC's (oplaadunits) van nieuwe energievoertuigen. SiC-componenten kunnen het gewicht en volume van PCU-apparatuur verminderen, schakelverliezen verminderen en de bedrijfstemperatuur en systeemefficiëntie van componenten verbeteren. Het is ook mogelijk om het vermogen van de unit te verhogen, de circuitstructuur te vereenvoudigen, de vermogensdichtheid te verbeteren en de laadsnelheid tijdens het OBC-laden te verhogen. Momenteel gebruiken veel autofabrikanten wereldwijd siliciumcarbide in meerdere modellen en is de grootschalige toepassing ervan een trend geworden.
Wanneer siliciumcarbidekeramiek wordt gebruikt als belangrijk dragermateriaal in het productieproces van fotovoltaïsche cellen, hebben de resulterende producten, zoals bootsteunen, bootdozen en buisfittingen, een goede thermische stabiliteit, vervormen ze niet bij gebruik bij hoge temperaturen en produceren ze geen schadelijke stoffen. Ze kunnen de veelgebruikte kwarts bootsteunen, bootdozen en buisfittingen vervangen en bieden aanzienlijke kostenvoordelen.
Bovendien zijn de marktvooruitzichten voor fotovoltaïsche siliciumcarbide-apparaten breed. SiC-materialen hebben lagere eigenschappen wat betreft weerstand, gate-lading en reverse recovery-lading. De combinatie van SiC Mosfet of SiC Mosfet met SiC SBD-fotovoltaïsche omvormers kan de conversie-efficiëntie verhogen van 96% tot meer dan 99%, het energieverlies met meer dan 50% verminderen en de levensduur van de apparatuur met een factor 50 verlengen.
De synthese van siliciumcarbidekeramiek gaat terug tot de jaren 1890, toen siliciumcarbide voornamelijk werd gebruikt voor mechanische slijpmaterialen en vuurvaste materialen. Met de ontwikkeling van productietechnologie zijn hightech SiC-producten op grote schaal ontwikkeld en besteden landen over de hele wereld meer aandacht aan de industrialisatie van geavanceerde keramiek. Ze zijn niet langer tevreden met de bereiding van traditioneel siliciumcarbidekeramiek. Bedrijven die hightechkeramiek produceren, ontwikkelen zich sneller, vooral in ontwikkelde landen waar dit fenomeen significanter is. Buitenlandse fabrikanten zijn voornamelijk 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, enz.
De ontwikkeling van siliciumcarbide in China vond relatief laat plaats vergeleken met ontwikkelde landen zoals Europa en Amerika. Sinds de bouw van de eerste industriële oven voor de productie van SiC in juni 1951 in de Eerste Slijpschijffabriek, begon China met de productie van siliciumcarbide. Binnenlandse producenten van siliciumcarbidekeramiek zijn voornamelijk geconcentreerd in de stad Weifang, provincie Shandong. Volgens deskundigen komt dit doordat lokale steenkoolmijnbedrijven failliet gaan en op zoek zijn naar transformatie. Sommige bedrijven hebben relevante apparatuur uit Duitsland geïmporteerd om onderzoek te doen naar en de productie van siliciumcarbide te starten.ZPC is een van de grootste producenten van reactief gesinterd siliciumcarbide.
Plaatsingstijd: 09-11-2024