ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา สารกึ่งตัวนำซิลิกอนคาร์ไบด์ได้รับความสนใจอย่างกว้างขวางในอุตสาหกรรม อย่างไรก็ตาม เนื่องจากเป็นวัสดุประสิทธิภาพสูง ซิลิกอนคาร์ไบด์จึงเป็นเพียงส่วนเล็ก ๆ ของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ (ไดโอด อุปกรณ์ไฟฟ้า) เท่านั้น นอกจากนี้ยังสามารถใช้เป็นสารกัดกร่อน วัสดุตัด วัสดุโครงสร้าง วัสดุออปติก ตัวเร่งปฏิกิริยา และอื่นๆ อีกมากมาย ในปัจจุบัน เราขอแนะนำเซรามิกซิลิกอนคาร์ไบด์เป็นหลัก ซึ่งมีข้อดีคือมีความเสถียรทางเคมี ทนต่ออุณหภูมิสูง ทนต่อการสึกหรอ ทนต่อการกัดกร่อน การนำความร้อนสูง ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนต่ำ ความหนาแน่นต่ำ และความแข็งแรงเชิงกลสูง มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในสาขาต่างๆ เช่น เครื่องจักรเคมี พลังงานและการปกป้องสิ่งแวดล้อม เซมิคอนดักเตอร์ โลหะวิทยา การป้องกันประเทศ และอุตสาหกรรมการทหาร
ซิลิกอนคาร์ไบด์ (SiC)ประกอบด้วยซิลิกอนและคาร์บอน และเป็นสารประกอบโครงสร้างหลายประเภททั่วไป โดยส่วนใหญ่ประกอบด้วยรูปแบบผลึก 2 แบบ ได้แก่ α – SiC (ประเภทเสถียรที่อุณหภูมิสูง) และ β – SiC (ประเภทเสถียรที่อุณหภูมิต่ำ) มีหลายประเภทมากกว่า 200 ประเภท โดย 3C SiC ของ β – SiC และ 2H SiC, 4H SiC, 6H SiC และ 15R SiC ของ α – SiC เป็นตัวอย่าง
โครงสร้าง SiC Multibody
เมื่ออุณหภูมิต่ำกว่า 1,600 ℃ SiC จะมีรูปร่างเป็น β – SiC และสามารถเตรียมได้จากส่วนผสมง่ายๆ ของซิลิกอนและคาร์บอนที่อุณหภูมิประมาณ 1,450 ℃ เมื่ออุณหภูมิสูงเกิน 1,600 ℃ SiC β – จะค่อยๆ เปลี่ยนเป็นโพลีมอร์ฟต่างๆ ของ α – SiC 4H สามารถสร้างได้ง่ายที่อุณหภูมิประมาณ 2,000 ℃ ทั้งโพลีมอร์ฟ 6H และ 15R ต้องใช้ความร้อนสูงที่สูงกว่า 2,100 ℃ จึงจะสร้างได้ง่าย SiC 6H สามารถคงความเสถียรได้มากแม้ในอุณหภูมิที่เกิน 2,200 ℃ ทำให้ใช้กันอย่างแพร่หลายในงานอุตสาหกรรม
ซิลิกอนคาร์ไบด์บริสุทธิ์เป็นผลึกไม่มีสีและโปร่งใส ในขณะที่ซิลิกอนคาร์ไบด์ในอุตสาหกรรมสามารถเป็นผลึกไม่มีสี สีเหลืองอ่อน สีเขียวอ่อน สีเขียวเข้ม สีฟ้าอ่อน สีน้ำเงินเข้ม หรือแม้แต่สีดำ โดยมีระดับความโปร่งใสที่ลดลง อุตสาหกรรมการขัดถูแบ่งซิลิกอนคาร์ไบด์ออกเป็น 2 ประเภทตามสี ได้แก่ ซิลิกอนคาร์ไบด์สีดำและซิลิกอนคาร์ไบด์สีเขียว ซิลิกอนคาร์ไบด์ที่ไม่มีสีถึงสีเขียวเข้มจัดอยู่ในประเภทซิลิกอนคาร์ไบด์สีเขียว ในขณะที่ซิลิกอนคาร์ไบด์สีฟ้าอ่อนถึงสีดำจัดอยู่ในประเภทซิลิกอนคาร์ไบด์สีดำ ซิลิกอนคาร์ไบด์สีดำและซิลิกอนคาร์ไบด์สีเขียวเป็นผลึกหกเหลี่ยมอัลฟา SiC และผงไมโครซิลิกอนคาร์ไบด์สีเขียวมักใช้เป็นวัตถุดิบสำหรับเซรามิกซิลิกอนคาร์ไบด์
ประสิทธิภาพของเซรามิกซิลิกอนคาร์ไบด์ที่เตรียมโดยกระบวนการต่างๆ
อย่างไรก็ตาม เซรามิกซิลิกอนคาร์ไบด์มีข้อเสียคือความเหนียวแตกต่ำและความเปราะสูง ดังนั้น ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา เซรามิกคอมโพสิตที่ใช้เซรามิกซิลิกอนคาร์ไบด์ เช่น การเสริมแรงด้วยเส้นใย (หรือหนวด) การเสริมความแข็งแรงด้วยการกระจายตัวของอนุภาคที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกัน และวัสดุที่มีฟังก์ชันการไล่ระดับ จึงได้รับการคิดค้นขึ้นอย่างต่อเนื่อง โดยปรับปรุงความเหนียวและความแข็งแรงของวัสดุแต่ละชนิด
เซรามิกซิลิกอนคาร์ไบด์เป็นวัสดุเซรามิกโครงสร้างที่มีประสิทธิภาพสูงที่ทนต่ออุณหภูมิสูง ซึ่งถูกนำไปใช้อย่างแพร่หลายในเตาเผาที่อุณหภูมิสูง โลหะเหล็ก ปิโตรเคมี อิเล็กทรอนิกส์เครื่องกล อวกาศ พลังงานและการปกป้องสิ่งแวดล้อม พลังงานนิวเคลียร์ ยานยนต์ และสาขาอื่นๆ
คาดว่าในปี 2022 ขนาดตลาดเซรามิกโครงสร้างซิลิกอนคาร์ไบด์ในจีนจะสูงถึง 18,200 ล้านหยวน เมื่อพิจารณาจากการขยายตัวของสาขาการใช้งานและความต้องการเติบโตต่อเนื่อง คาดว่าขนาดตลาดเซรามิกโครงสร้างซิลิกอนคาร์ไบด์จะสูงถึง 29,600 ล้านหยวนภายในปี 2025
ในอนาคต ด้วยอัตราการเจาะตลาดที่เพิ่มขึ้นของรถยนต์พลังงานใหม่ พลังงาน อุตสาหกรรม การสื่อสาร และสาขาอื่นๆ รวมถึงข้อกำหนดที่เข้มงวดมากขึ้นสำหรับส่วนประกอบกลไกที่มีความแม่นยำสูง ทนทานต่อการสึกหรอสูง และความน่าเชื่อถือสูงหรือส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ในสาขาต่างๆ คาดว่าขนาดตลาดของผลิตภัณฑ์เซรามิกซิลิกอนคาร์ไบด์จะยังคงขยายตัวต่อไป โดยรถยนต์พลังงานใหม่และโฟโตวอลตาอิคส์เป็นพื้นที่การพัฒนาที่สำคัญ
เซรามิกซิลิกอนคาร์ไบด์ใช้ในเตาเผาเซรามิกเนื่องจากมีคุณสมบัติทางกลที่อุณหภูมิสูง ทนไฟ และทนต่อแรงกระแทกจากความร้อนได้ดีเยี่ยม ในจำนวนนี้ เตาเผาลูกกลิ้งส่วนใหญ่ใช้สำหรับการอบแห้ง การเผาผนึก และการอบชุบด้วยความร้อนของวัสดุอิเล็กโทรดบวก วัสดุอิเล็กโทรดลบ และอิเล็กโทรไลต์ของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน วัสดุอิเล็กโทรดบวกและลบของแบตเตอรี่ลิเธียมมีความจำเป็นสำหรับรถยนต์พลังงานใหม่ เฟอร์นิเจอร์เตาเผาเซรามิกซิลิกอนคาร์ไบด์เป็นส่วนประกอบสำคัญของเตาเผา ซึ่งสามารถปรับปรุงกำลังการผลิตเตาเผาและลดการใช้พลังงานได้อย่างมาก
ผลิตภัณฑ์เซรามิกซิลิกอนคาร์ไบด์ยังใช้กันอย่างแพร่หลายในส่วนประกอบยานยนต์ต่างๆ นอกจากนี้ อุปกรณ์ SiC ยังใช้เป็นหลักใน PCU (หน่วยควบคุมพลังงาน เช่น DC/DC บนบอร์ด) และ OBC (หน่วยชาร์จ) ของรถยนต์พลังงานใหม่ อุปกรณ์ SiC สามารถลดน้ำหนักและปริมาตรของอุปกรณ์ PCU ลดการสูญเสียสวิตช์ และปรับปรุงอุณหภูมิการทำงานและประสิทธิภาพของระบบอุปกรณ์ นอกจากนี้ยังสามารถเพิ่มระดับพลังงานของหน่วย ลดความซับซ้อนของโครงสร้างวงจร ปรับปรุงความหนาแน่นของพลังงาน และเพิ่มความเร็วในการชาร์จระหว่างการชาร์จ OBC ในปัจจุบัน บริษัทผลิตรถยนต์หลายแห่งทั่วโลกใช้ซิลิกอนคาร์ไบด์ในหลายรุ่น และการนำซิลิกอนคาร์ไบด์มาใช้ในวงกว้างได้กลายเป็นแนวโน้ม
เมื่อใช้เซรามิกซิลิกอนคาร์ไบด์เป็นวัสดุพาหะหลักในกระบวนการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์ ผลิตภัณฑ์ที่ได้ เช่น ฐานรองเรือ กล่องใส่เรือ และอุปกรณ์ท่อ จะมีเสถียรภาพทางความร้อนที่ดี ไม่เสียรูปเมื่อใช้งานที่อุณหภูมิสูง และไม่ก่อให้เกิดมลพิษที่เป็นอันตราย สามารถใช้แทนฐานรองเรือ กล่องใส่เรือ และอุปกรณ์ท่อที่ทำจากควอตซ์ที่ใช้กันทั่วไปได้ และยังมีข้อได้เปรียบด้านต้นทุนที่สำคัญอีกด้วย
นอกจากนี้ แนวโน้มตลาดสำหรับอุปกรณ์ผลิตไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ซิลิคอนคาร์ไบด์ยังมีขอบเขตกว้าง วัสดุ SiC มีค่าความต้านทาน ประจุเกต และลักษณะประจุกู้คืนย้อนกลับที่ต่ำกว่า การใช้ SiC Mosfet หรือ SiC Mosfet ร่วมกับอินเวอร์เตอร์โซลาร์เซลล์ SiC SBD สามารถเพิ่มประสิทธิภาพการแปลงจาก 96% เป็นมากกว่า 99% ลดการสูญเสียพลังงานได้มากกว่า 50% และเพิ่มอายุการใช้งานของอุปกรณ์ได้ 50 เท่า
การสังเคราะห์เซรามิกซิลิกอนคาร์ไบด์สามารถสืบย้อนกลับไปได้ถึงช่วงปี 1890 เมื่อซิลิกอนคาร์ไบด์ถูกใช้เป็นหลักสำหรับวัสดุบดเชิงกลและวัสดุทนไฟ ด้วยการพัฒนาของเทคโนโลยีการผลิต ผลิตภัณฑ์ SiC ไฮเทคได้รับการพัฒนาอย่างกว้างขวาง และประเทศต่างๆ ทั่วโลกให้ความสำคัญกับการทำให้เซรามิกขั้นสูงในอุตสาหกรรมมากขึ้น พวกเขาไม่พอใจกับการเตรียมเซรามิกซิลิกอนคาร์ไบด์แบบดั้งเดิมอีกต่อไป องค์กรที่ผลิตเซรามิกไฮเทคกำลังพัฒนาอย่างรวดเร็วโดยเฉพาะในประเทศพัฒนาแล้วซึ่งปรากฏการณ์นี้มีความสำคัญมากกว่า ผู้ผลิตต่างประเทศส่วนใหญ่ได้แก่ 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 เป็นต้น
การพัฒนาซิลิกอนคาร์ไบด์ในจีนค่อนข้างช้าเมื่อเทียบกับประเทศที่พัฒนาแล้ว เช่น ยุโรปและอเมริกา ตั้งแต่มีการสร้างเตาเผาอุตสาหกรรมแห่งแรกสำหรับการผลิตซิลิกอนคาร์ไบด์ที่โรงงานเจียรล้อแห่งแรกในเดือนมิถุนายน พ.ศ. 2494 จีนก็เริ่มผลิตซิลิกอนคาร์ไบด์ ผู้ผลิตเซรามิกซิลิกอนคาร์ไบด์ในประเทศส่วนใหญ่กระจุกตัวอยู่ในเมืองเว่ยฟาง มณฑลซานตง ตามคำบอกเล่าของผู้เชี่ยวชาญ สาเหตุเป็นเพราะบริษัททำเหมืองถ่านหินในท้องถิ่นกำลังเผชิญกับภาวะล้มละลายและกำลังแสวงหาการเปลี่ยนแปลง บริษัทบางแห่งได้นำอุปกรณ์ที่เกี่ยวข้องจากเยอรมนีเข้ามาเพื่อเริ่มการวิจัยและผลิตซิลิกอนคาร์ไบด์ZPC เป็นหนึ่งในผู้ผลิตซิลิกอนคาร์ไบด์เผาปฏิกิริยาที่ใหญ่ที่สุด
เวลาโพสต์: 09-11-2024