Последњих година, полупроводници на бази силицијум-карбидних једињења добили су широку пажњу у индустрији. Међутим, као високоперформансни материјал, силицијум-карбид је само мали део електронских уређаја (диоде, уређаји за напајање). Такође се може користити као абразив, материјал за резање, структурни материјали, оптички материјали, носачи катализатора и још много тога. Данас углавном представљамо силицијум-карбидну керамику, која има предности хемијске стабилности, отпорности на високе температуре, отпорности на хабање, отпорности на корозију, високе топлотне проводљивости, ниског коефицијента термичког ширења, ниске густине и високе механичке чврстоће. Широко се користе у областима као што су хемијске машине, енергетика и заштита животне средине, полупроводници, металургија, национална одбрана и војна индустрија.
Силицијум карбид (SiC)Садржи силицијум и угљеник и типично је вишетипско структурно једињење, које углавном укључује два кристална облика: α – SiC (тип стабилан на високим температурама) и β – SiC (тип стабилан на ниским температурама). Укупно постоји више од 200 вишетипова, међу којима су репрезентативни 3C SiC од β – SiC и 2H SiC, 4H SiC, 6H SiC и 15R SiC од α – SiC.
Слика SiC вишетеличне структуре
Када је температура испод 1600 ℃, SiC постоји у облику β-SiC и може се припремити из једноставне смеше силицијума и угљеника на око 1450 ℃. Када температура пређе 1600 ℃, β-SiC се полако трансформише у различите полиморфе α-SiC. 4H SiC се лако генерише на око 2000 ℃; И 6H и 15R полиморфи захтевају високе температуре изнад 2100 ℃ за лако формирање; 6H SiC може остати веома стабилан чак и на температурама преко 2200 ℃, што га чини широко коришћеним у индустријским применама.
Чисти силицијум карбид је безбојни и провидни кристал, док индустријски силицијум карбид може бити безбојан, бледо жут, светло зелен, тамно зелен, светло плав, тамно плав или чак црн, са опадајућим нивоом провидности. Абразивна индустрија категорише силицијум карбид у две врсте на основу боје: црни силицијум карбид и зелени силицијум карбид. Безбојни до тамнозелени силицијум карбид се класификује као зелени силицијум карбид, док се светло плави до црни силицијум карбид класификује као црни силицијум карбид. Црни силицијум карбид и зелени силицијум карбид су хексагонални кристали алфа SiC, а зелени микро прах силицијум карбида се генерално користи као сировина за силицијум карбидну керамику.
Перформансе силицијум-карбидне керамике припремљене различитим поступцима
Међутим, силицијум-карбидна керамика има недостатак ниске жилавости на лом и високе кртости. Стога су се последњих година сукцесивно појавиле композитне керамике на бази силицијум-карбидне керамике, као што су ојачање влакнима (или брковима), ојачавање хетерогеном дисперзијом честица и градијентно функционални материјали, побољшавајући жилавост и чврстоћу појединачних материјала.
Као високоперформансни структурни керамички материјал за високе температуре, силицијум-карбидна керамика се све више примењује у пећима на високим температурама, металургији челика, петрохемији, механичкој електроници, ваздухопловству, енергетици и заштити животне средине, нуклеарној енергији, аутомобилима и другим областима.
Очекује се да ће 2022. године тржиште силицијум-карбидне структурне керамике у Кини достићи 18,2 милијарде јуана. Са даљим ширењем области примене и потребама за растом низводно, процењује се да ће тржиште силицијум-карбидне структурне керамике достићи 29,6 милијарди јуана до 2025. године.
У будућности, са све већом стопом пенетрације возила на нову енергију, енергетике, индустрије, комуникација и других области, као и све строжим захтевима за механичке компоненте или електронске компоненте високе прецизности, високе отпорности на хабање и високе поузданости у различитим областима, очекује се да ће се тржишна величина силицијум-карбидних керамичких производа наставити ширити, међу којима су возила на нову енергију и фотонапонски системи важна подручја развоја.
Силицијум-карбидна керамика се користи у керамичким пећима због својих одличних механичких својстава на високим температурама, отпорности на ватру и отпорности на термичке ударе. Међу њима, ваљкасте пећи се углавном користе за сушење, синтеровање и термичку обраду материјала позитивних електрода литијум-јонских батерија, материјала негативних електрода и електролита. Материјали позитивних и негативних електрода литијумских батерија су неопходни за возила са новом енергијом. Керамички намештај од силицијум-карбидне керамике је кључна компонента пећи, која може побољшати производни капацитет пећи и значајно смањити потрошњу енергије.
Керамички производи од силицијум карбида се такође широко користе у разним аутомобилским компонентама. Поред тога, SiC уређаји се углавном користе у PCU (јединицама за управљање напајањем, као што су уграђене DC/DC јединице) и OBC (јединицама за пуњење) возила са новим енергетским потребама. SiC уређаји могу смањити тежину и запремину PCU опреме, смањити губитке прекидача и побољшати радну температуру и ефикасност система уређаја; Такође је могуће повећати ниво снаге јединице, поједноставити структуру кола, побољшати густину снаге и повећати брзину пуњења током OBC пуњења. Тренутно, многе аутомобилске компаније широм света користе силицијум карбид у више модела, а усвајање силицијум карбида у великим размерама постало је тренд.
Када се силицијум-карбидна керамика користи као кључни носећи материјал у процесу производње фотонапонских ћелија, добијени производи као што су носачи за чамце, кутије за чамце и фитинги за цеви имају добру термичку стабилност, не деформишу се при употреби на високим температурама и не производе штетне загађиваче. Они могу заменити уобичајено коришћене кварцне носаче за чамце, кутије за чамце и фитинге за цеви, и имају значајне предности у погледу трошкова.
Поред тога, тржишни изгледи за фотонапонске силицијум-карбидне уређаје су широки. SiC материјали имају нижи отпор, карактеристике наелектрисања капије и обрнутог опоравка. Коришћење SiC MOSFET-а или SiC MOSFET-а у комбинацији са SiC SBD фотонапонским инверторима може повећати ефикасност конверзије са 96% на преко 99%, смањити губитак енергије за више од 50% и повећати век трајања опреме за 50 пута.
Синтеза силицијум карбидне керамике може се пратити до 1890-их, када се силицијум карбид углавном користио за механичко млевење материјала и ватросталне материјале. Развојем производне технологије, високотехнолошки SiC производи су широко развијени, а земље широм света посвећују више пажње индустријализацији напредне керамике. Више нису задовољне припремом традиционалне силицијум карбидне керамике. Предузећа која производе високотехнолошку керамику се брже развијају, посебно у развијеним земљама где је ова појава значајнија. Страни произвођачи углавном укључују 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 итд.
Развој силицијум карбида у Кини је био релативно касно у поређењу са развијеним земљама попут Европе и Америке. Од изградње прве индустријске пећи за производњу SiC у Првој фабрици брусних точкова у јуну 1951. године, Кина је почела да производи силицијум карбид. Домаћи произвођачи силицијум карбидне керамике су углавном концентрисани у граду Веифангу, провинција Шандонг. Према речима стручњака, то је зато што се локална предузећа за рударство угља суочавају са банкротом и траже трансформацију. Неке компаније су увеле одговарајућу опрему из Немачке како би започеле истраживање и производњу силицијум карбида.ЗПЦ је један од највећих произвођача реакцијски синтерованог силицијум карбида.
Време објаве: 09. новембар 2024.