I de senere årene har silisiumkarbidforbindelser i halvlederindustrien fått bred oppmerksomhet. Som et høyytelsesmateriale er silisiumkarbid imidlertid bare en liten del av elektroniske enheter (dioder, kraftenheter). Det kan også brukes som slipemidler, skjærematerialer, strukturmaterialer, optiske materialer, katalysatorbærere og mer. I dag introduserer vi hovedsakelig silisiumkarbidkeramikk, som har fordelene med kjemisk stabilitet, høy temperaturbestandighet, slitestyrke, korrosjonsbestandighet, høy varmeledningsevne, lav termisk ekspansjonskoeffisient, lav tetthet og høy mekanisk styrke. De er mye brukt innen felt som kjemisk maskineri, energi og miljøvern, halvledere, metallurgi, nasjonalt forsvar og militærindustri.
Silisiumkarbid (SiC)inneholder silisium og karbon, og er en typisk flertypestrukturforbindelse, hovedsakelig bestående av to krystallformer: α-SiC (høytemperaturstabil type) og β-SiC (lavtemperaturstabil type). Det finnes mer enn 200 flertypetyper totalt, hvorav 3C SiC av β-SiC og 2H SiC, 4H SiC, 6H SiC og 15R SiC av α-SiC er representative.
Figur SiC flerkroppsstruktur
Når temperaturen er under 1600 ℃, finnes SiC i form av β-SiC og kan fremstilles fra en enkel blanding av silisium og karbon ved rundt 1450 ℃. Når temperaturen overstiger 1600 ℃, omdannes β-SiC sakte til forskjellige polymorfer av α-SiC. 4H SiC genereres lett ved rundt 2000 ℃; Både 6H- og 15R-polymorfer krever høye temperaturer over 2100 ℃ for enkel dannelse; 6H SiC kan forbli svært stabil selv ved temperaturer over 2200 ℃, noe som gjør den mye brukt i industrielle applikasjoner.
Rent silisiumkarbid er en fargeløs og gjennomsiktig krystall, mens industrielt silisiumkarbid kan være fargeløst, blekgult, lysegrønt, mørkegrønt, lyseblått, mørkeblått eller til og med svart, med synkende gjennomsiktighetsnivåer. Slipemiddelindustrien kategoriserer silisiumkarbid i to typer basert på farge: svart silisiumkarbid og grønt silisiumkarbid. Fargeløst til mørkegrønt silisiumkarbid klassifiseres som grønt silisiumkarbid, mens lyseblått til svart silisiumkarbid klassifiseres som svart silisiumkarbid. Svart silisiumkarbid og grønt silisiumkarbid er begge alfa-SiC-heksagonale krystaller, og grønt silisiumkarbid-mikropulver brukes vanligvis som råmateriale for silisiumkarbidkeramikk.
Ytelse av silisiumkarbidkeramikk fremstilt ved forskjellige prosesser
Silisiumkarbidkeramikk har imidlertid ulempen med lav bruddseighet og høy sprøhet. Derfor har komposittkeramikk basert på silisiumkarbidkeramikk, som fiberforsterkning (eller hårstråforsterkning), heterogen partikkeldispersjonsforsterkning og gradientfunksjonelle materialer, dukket opp i de senere år, noe som forbedrer seigheten og styrken til individuelle materialer.
Som et høytytende strukturelt keramisk høytemperaturmateriale har silisiumkarbidkeramikk blitt i økende grad brukt i høytemperaturovner, stålmetallurgi, petrokjemikalier, mekanisk elektronikk, luftfart, energi og miljøvern, kjernekraft, biler og andre felt.
I 2022 forventes markedsstørrelsen for silisiumkarbidstrukturkeramikk i Kina å nå 18,2 milliarder yuan. Med ytterligere utvidelse av bruksområder og behov for nedstrømsvekst, anslås det at markedsstørrelsen for silisiumkarbidstrukturkeramikk vil nå 29,6 milliarder yuan innen 2025.
I fremtiden, med den økende penetrasjonsraten for nye energikjøretøyer, energi, industri, kommunikasjon og andre felt, samt de stadig strengere kravene til mekaniske komponenter eller elektroniske komponenter med høy presisjon, høy slitestyrke og høy pålitelighet i ulike felt, forventes markedsstørrelsen for silisiumkarbidkeramiske produkter å fortsette å utvide seg, blant annet nye energikjøretøyer og solceller er viktige utviklingsområder.
Silisiumkarbidkeramikk brukes i keramiske ovner på grunn av deres utmerkede mekaniske egenskaper ved høye temperaturer, brannmotstand og termiske sjokkmotstand. Blant disse brukes valseovner hovedsakelig til tørking, sintring og varmebehandling av positive elektrodematerialer, negative elektrodematerialer og elektrolytter til litiumionbatterier. Positive og negative elektrodematerialer til litiumbatterier er uunnværlige for nye energikjøretøyer. Silisiumkarbidkeramiske ovnsmøbler er en nøkkelkomponent i ovner, som kan forbedre ovnens produksjonskapasitet og redusere energiforbruket betydelig.
Keramiske produkter av silisiumkarbid er også mye brukt i ulike bilkomponenter. I tillegg brukes SiC-enheter hovedsakelig i PCU-er (strømstyringsenheter, for eksempel innebygd DC/DC) og OBC-er (ladeenheter) i nye energikjøretøyer. SiC-enheter kan redusere vekten og volumet til PCU-utstyr, redusere brytertap og forbedre driftstemperaturen og systemeffektiviteten til enhetene. Det er også mulig å øke enhetens effektnivå, forenkle kretsstrukturen, forbedre effekttettheten og øke ladehastigheten under OBC-lading. For tiden har mange bilprodusenter over hele verden brukt silisiumkarbid i flere modeller, og storstilt bruk av silisiumkarbid har blitt en trend.
Når silisiumkarbidkeramikk brukes som viktige bærermaterialer i produksjonsprosessen av solceller, har de resulterende produktene som båtstøtter, båtbokser og rørdeler god termisk stabilitet, deformeres ikke ved bruk ved høye temperaturer og produserer ikke skadelige forurensninger. De kan erstatte de vanlige kvartsbåtstøttene, båtboksene og rørdelerne, og har betydelige kostnadsfordeler.
I tillegg er markedsutsiktene for fotovoltaiske silisiumkarbid-kraftenheter brede. SiC-materialer har lavere motstand, gate-lading og revers gjenopprettingsladningsegenskaper. Bruk av SiC Mosfet eller SiC Mosfet kombinert med SiC SBD fotovoltaiske invertere kan øke konverteringseffektiviteten fra 96 % til over 99 %, redusere energitapet med mer enn 50 % og øke utstyrets levetid med 50 ganger.
Syntesen av silisiumkarbidkeramikk kan spores tilbake til 1890-tallet, da silisiumkarbid hovedsakelig ble brukt til mekaniske slipematerialer og ildfaste materialer. Med utviklingen av produksjonsteknologi har høyteknologiske SiC-produkter blitt bredt utviklet, og land rundt om i verden vier mer oppmerksomhet til industrialiseringen av avansert keramikk. De er ikke lenger fornøyde med fremstillingen av tradisjonell silisiumkarbidkeramikk. Bedrifter som produserer høyteknologisk keramikk utvikler seg raskere, spesielt i utviklede land der dette fenomenet er mer betydelig. Utenlandske produsenter inkluderer hovedsakelig 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, etc.
Utviklingen av silisiumkarbid i Kina kom relativt sent sammenlignet med utviklede land som Europa og Amerika. Siden den første industrielle ovnen for produksjon av SiC ble bygget ved den første slipeskivefabrikken i juni 1951, har Kina begynt å produsere silisiumkarbid. Innenlandske produsenter av silisiumkarbidkeramikk er hovedsakelig konsentrert i Weifang City i Shandong-provinsen. Ifølge fagfolk skyldes dette at lokale kullgruvebedrifter står overfor konkurs og søker omstilling. Noen selskaper har introdusert relevant utstyr fra Tyskland for å starte forskning og produksjon av silisiumkarbid.ZPC er en av de største produsentene av reaksjonssintret silisiumkarbid.
Publisert: 09. november 2024