Son yıllarda, silisyum karbür bileşik yarı iletkenler endüstride yaygın bir ilgi görmüştür. Ancak, yüksek performanslı bir malzeme olarak silisyum karbür, elektronik cihazların (diyotlar, güç cihazları) yalnızca küçük bir parçasıdır. Ayrıca aşındırıcılar, kesme malzemeleri, yapısal malzemeler, optik malzemeler, katalizör taşıyıcıları ve daha fazlası olarak da kullanılabilir. Bugün, esas olarak kimyasal kararlılık, yüksek sıcaklık direnci, aşınma direnci, korozyon direnci, yüksek ısı iletkenliği, düşük ısıl genleşme katsayısı, düşük yoğunluk ve yüksek mekanik mukavemet avantajlarına sahip silisyum karbür seramikleri tanıtıyoruz. Kimyasal makineler, enerji ve çevre koruma, yarı iletkenler, metalurji, ulusal savunma ve askeri endüstri gibi alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadırlar.
Silisyum karbür (SiC)silisyum ve karbon içerir ve esas olarak iki kristal formu içeren tipik bir çok tipli yapısal bileşiktir: α – SiC (yüksek sıcaklıkta kararlı tip) ve β – SiC (düşük sıcaklıkta kararlı tip). Toplamda 200'den fazla çok tip vardır, bunların arasında β – SiC'nin 3C SiC'si ve α – SiC'nin 2H SiC, 4H SiC, 6H SiC ve 15R SiC'si temsilidir.
Şekil SiC Çoklu Gövde Yapısı
Sıcaklık 1600 ℃'nin altında olduğunda, SiC β – SiC formunda bulunur ve yaklaşık 1450 ℃'de basit bir silisyum ve karbon karışımından hazırlanabilir. Sıcaklık 1600 ℃'yi aştığında, β – SiC yavaşça α – SiC'nin çeşitli polimorflarına dönüşür. 4H SiC, yaklaşık 2000 ℃'de kolayca üretilir; Hem 6H hem de 15R polimorfları kolay oluşum için 2100 ℃'nin üzerinde yüksek sıcaklıklar gerektirir; 6H SiC, 2200 ℃'yi aşan sıcaklıklarda bile çok kararlı kalabilir ve bu da onu endüstriyel uygulamalarda yaygın olarak kullanılır hale getirir.
Saf silisyum karbür renksiz ve şeffaf bir kristaldir, endüstriyel silisyum karbür ise renksiz, soluk sarı, açık yeşil, koyu yeşil, açık mavi, koyu mavi veya hatta azalan şeffaflık seviyeleriyle siyah olabilir. Aşındırıcı endüstrisi, silisyum karbürü renge göre iki türe ayırır: siyah silisyum karbür ve yeşil silisyum karbür. Renksiz ila koyu yeşil silisyum karbür yeşil silisyum karbür olarak sınıflandırılırken, açık mavi ila siyah silisyum karbür siyah silisyum karbür olarak sınıflandırılır. Siyah silisyum karbür ve yeşil silisyum karbür her ikisi de alfa SiC altıgen kristallerdir ve yeşil silisyum karbür mikro tozu genellikle silisyum karbür seramikleri için hammadde olarak kullanılır.
Farklı İşlemlerle Hazırlanan Silisyum Karbür Seramiklerinin Performansı
Ancak, silisyum karbür seramikleri düşük kırılma tokluğu ve yüksek kırılganlık dezavantajına sahiptir. Bu nedenle, son yıllarda, lif (veya bıyık) takviyesi, heterojen parçacık dağılımı güçlendirmesi ve gradyan fonksiyonel malzemeler gibi silisyum karbür seramiklerine dayalı kompozit seramikler, bireysel malzemelerin tokluğunu ve mukavemetini iyileştirerek art arda ortaya çıkmıştır.
Yüksek performanslı yapısal seramik yüksek sıcaklık malzemesi olarak silisyum karbür seramikler, yüksek sıcaklık fırınlarında, çelik metalurjisinde, petrokimyada, mekanik elektronikte, havacılıkta, enerji ve çevre korumada, nükleer enerjide, otomobillerde ve diğer alanlarda giderek daha fazla kullanılmaktadır.
2022 yılında Çin'deki silisyum karbür yapısal seramiklerin pazar büyüklüğünün 18,2 milyar yuana ulaşması bekleniyor. Uygulama alanlarının daha da genişlemesi ve aşağı yönlü büyüme ihtiyaçları ile silisyum karbür yapısal seramiklerin pazar büyüklüğünün 2025 yılına kadar 29,6 milyar yuana ulaşacağı tahmin ediliyor.
Gelecekte, yeni enerji araçları, enerji, sanayi, iletişim ve diğer alanların artan nüfuz oranı ve çeşitli alanlarda yüksek hassasiyetli, yüksek aşınma direncine sahip ve yüksek güvenilirliğe sahip mekanik bileşenler veya elektronik bileşenler için giderek daha sıkı gereksinimler ile birlikte, silisyum karbür seramik ürünlerinin pazar büyüklüğünün genişlemeye devam etmesi bekleniyor; bunlar arasında yeni enerji araçları ve fotovoltaikler önemli geliştirme alanlarıdır.
Silisyum karbür seramikler, mükemmel yüksek sıcaklık mekanik özellikleri, yangına dayanıklılık ve termal şok direnci nedeniyle seramik fırınlarında kullanılır. Bunlar arasında, silindirli fırınlar esas olarak lityum iyon pil pozitif elektrot malzemelerinin, negatif elektrot malzemelerinin ve elektrolitlerin kurutulması, sinterlenmesi ve ısıl işlemi için kullanılır. Lityum pil pozitif ve negatif elektrot malzemeleri, yeni enerji araçları için vazgeçilmezdir. Silisyum karbür seramik fırın mobilyaları, fırın üretim kapasitesini artırabilen ve enerji tüketimini önemli ölçüde azaltabilen fırınların temel bir bileşenidir.
Silisyum karbür seramik ürünleri ayrıca çeşitli otomotiv bileşenlerinde yaygın olarak kullanılır. Ek olarak, SiC cihazları esas olarak yeni enerji araçlarının PCU'larında (güç kontrol üniteleri, örneğin yerleşik DC/DC) ve OBC'lerinde (şarj üniteleri) kullanılır. SiC cihazları PCU ekipmanlarının ağırlığını ve hacmini azaltabilir, anahtarlama kayıplarını azaltabilir ve cihazların çalışma sıcaklığını ve sistem verimliliğini iyileştirebilir; Ayrıca, OBC şarjı sırasında ünite güç seviyesini artırmak, devre yapısını basitleştirmek, güç yoğunluğunu iyileştirmek ve şarj hızını artırmak da mümkündür. Şu anda, dünyadaki birçok otomobil şirketi birden fazla modelde silisyum karbür kullanmıştır ve silisyum karbürün geniş ölçekte benimsenmesi bir trend haline gelmiştir.
Silisyum karbür seramikler, fotovoltaik hücrelerin üretim sürecinde temel taşıyıcı malzemeler olarak kullanıldığında, tekne destekleri, tekne kutuları ve boru bağlantı parçaları gibi ortaya çıkan ürünler iyi termal kararlılığa sahiptir, yüksek sıcaklıklarda kullanıldığında deforme olmaz ve zararlı kirleticiler üretmez. Yaygın olarak kullanılan kuvars tekne desteklerinin, tekne kutularının ve boru bağlantı parçalarının yerini alabilir ve önemli maliyet avantajlarına sahiptir.
Ek olarak, fotovoltaik silisyum karbür güç cihazları için pazar beklentileri geniştir. SiC malzemeleri daha düşük direnç, kapı şarjı ve ters kurtarma şarjı özelliklerine sahiptir. SiC Mosfet veya SiC Mosfet'i SiC SBD fotovoltaik invertörlerle birleştirerek kullanmak, dönüşüm verimliliğini %96'dan %99'un üzerine çıkarabilir, enerji kaybını %50'den fazla azaltabilir ve ekipman çevrim ömrünü 50 kat artırabilir.
Silisyum karbür seramiklerinin sentezi, silisyum karbürün esas olarak mekanik öğütme malzemeleri ve refrakter malzemeler için kullanıldığı 1890'lara kadar uzanmaktadır. Üretim teknolojisinin gelişmesiyle birlikte, yüksek teknoloji SiC ürünleri yaygın olarak geliştirilmiş ve dünyadaki ülkeler gelişmiş seramiklerin endüstrileşmesine daha fazla dikkat etmektedir. Artık geleneksel silisyum karbür seramiklerinin hazırlanmasıyla yetinmemektedirler. Yüksek teknoloji seramikleri üreten işletmeler, özellikle bu olgunun daha önemli olduğu gelişmiş ülkelerde daha hızlı gelişmektedir. Yabancı üreticiler arasında çoğunlukla 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 vb. yer almaktadır.
Çin'de silisyum karbürün geliştirilmesi, Avrupa ve Amerika gibi gelişmiş ülkelere kıyasla nispeten geç olmuştur. Haziran 1951'de İlk Taşlama Tekerleği Fabrikası'nda SiC üretimi için ilk endüstriyel fırın inşa edildiğinden beri Çin silisyum karbür üretmeye başlamıştır. Silisyum karbür seramiklerinin yerli üreticileri çoğunlukla Shandong Eyaleti, Weifang Şehri'nde yoğunlaşmıştır. Profesyonellere göre bunun nedeni, yerel kömür madenciliği işletmelerinin iflasla karşı karşıya olması ve dönüşüm arayışında olmasıdır. Bazı şirketler silisyum karbür araştırma ve üretimine başlamak için Almanya'dan ilgili ekipmanları getirmiştir.ZPC, reaksiyon sinterlenmiş silisyum karbürün en büyük üreticilerinden biridir.
Gönderi zamanı: 09-Kas-2024