Trong những năm gần đây, hợp chất bán dẫn silicon carbide đã nhận được sự chú ý rộng rãi trong ngành. Tuy nhiên, là một vật liệu hiệu suất cao, silicon carbide chỉ là một phần nhỏ của các thiết bị điện tử (điốt, thiết bị điện). Nó cũng có thể được sử dụng làm chất mài mòn, vật liệu cắt, vật liệu cấu trúc, vật liệu quang học, chất mang xúc tác, v.v. Hôm nay, chúng tôi chủ yếu giới thiệu gốm silicon carbide, có ưu điểm là độ ổn định hóa học, khả năng chịu nhiệt độ cao, khả năng chống mài mòn, khả năng chống ăn mòn, độ dẫn nhiệt cao, hệ số giãn nở nhiệt thấp, mật độ thấp và độ bền cơ học cao. Chúng được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như máy móc hóa học, bảo vệ năng lượng và môi trường, chất bán dẫn, luyện kim, quốc phòng và công nghiệp quân sự.
Silic cacbua (SiC)chứa silic và cacbon, và là hợp chất cấu trúc đa loại điển hình, chủ yếu bao gồm hai dạng tinh thể: α – SiC (loại ổn định ở nhiệt độ cao) và β – SiC (loại ổn định ở nhiệt độ thấp). Tổng cộng có hơn 200 loại đa loại, trong đó SiC 3C của β – SiC và SiC 2H, SiC 4H, SiC 6H và SiC 15R của α – SiC là tiêu biểu.
Hình Cấu trúc đa thân SiC
Khi nhiệt độ dưới 1600 ℃, SiC tồn tại dưới dạng β – SiC và có thể được điều chế từ hỗn hợp đơn giản của silic và cacbon ở khoảng 1450 ℃. Khi nhiệt độ vượt quá 1600 ℃, β – SiC chuyển đổi chậm thành nhiều dạng đa hình khác nhau của α – SiC. SiC 4H dễ dàng được tạo ra ở khoảng 2000 ℃; Cả dạng đa hình 6H và 15R đều cần nhiệt độ cao trên 2100 ℃ để dễ hình thành; SiC 6H có thể duy trì rất ổn định ngay cả ở nhiệt độ vượt quá 2200 ℃, khiến nó được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng công nghiệp.
Silic cacbua tinh khiết là tinh thể không màu và trong suốt, trong khi silic cacbua công nghiệp có thể không màu, vàng nhạt, xanh lá cây nhạt, xanh đậm, xanh lam nhạt, xanh lam đậm hoặc thậm chí là đen, với mức độ trong suốt giảm dần. Ngành công nghiệp mài mòn phân loại silic cacbua thành hai loại dựa trên màu sắc: silic cacbua đen và silic cacbua xanh lá cây. Silic cacbua không màu đến xanh lá cây đậm được phân loại là silic cacbua xanh lá cây, trong khi silic cacbua xanh lam nhạt đến đen được phân loại là silic cacbua đen. Silic cacbua đen và silic cacbua xanh lá cây đều là tinh thể lục giác alpha SiC và bột silic cacbua xanh lá cây thường được sử dụng làm nguyên liệu thô cho gốm silic cacbua.
Hiệu suất của gốm sứ silicon carbide được chế tạo bằng các quy trình khác nhau
Tuy nhiên, gốm silicon carbide có nhược điểm là độ bền gãy thấp và độ giòn cao. Do đó, trong những năm gần đây, gốm composite dựa trên gốm silicon carbide, chẳng hạn như gia cường sợi (hoặc râu), gia cường phân tán hạt không đồng nhất và vật liệu chức năng gradient, đã lần lượt xuất hiện, cải thiện độ bền và độ bền của từng vật liệu.
Là vật liệu gốm cấu trúc chịu nhiệt hiệu suất cao, gốm silicon carbide ngày càng được ứng dụng nhiều trong các lò nung nhiệt độ cao, luyện kim thép, hóa dầu, điện tử cơ khí, hàng không vũ trụ, năng lượng và bảo vệ môi trường, năng lượng hạt nhân, ô tô và các lĩnh vực khác.
Năm 2022, quy mô thị trường gốm sứ kết cấu silicon carbide của Trung Quốc dự kiến sẽ đạt 18,2 tỷ nhân dân tệ. Với sự mở rộng hơn nữa của các lĩnh vực ứng dụng và nhu cầu tăng trưởng hạ nguồn, ước tính quy mô thị trường gốm sứ kết cấu silicon carbide sẽ đạt 29,6 tỷ nhân dân tệ vào năm 2025.
Trong tương lai, với tốc độ thâm nhập ngày càng tăng của các loại xe năng lượng mới, năng lượng, công nghiệp, truyền thông và các lĩnh vực khác, cũng như các yêu cầu ngày càng khắt khe đối với các linh kiện cơ khí hoặc linh kiện điện tử có độ chính xác cao, khả năng chống mài mòn cao và độ tin cậy cao trong nhiều lĩnh vực, quy mô thị trường sản phẩm gốm silicon carbide dự kiến sẽ tiếp tục mở rộng, trong đó xe năng lượng mới và quang điện là những lĩnh vực phát triển quan trọng.
Gốm silicon carbide được sử dụng trong lò nung gốm do tính chất cơ học nhiệt độ cao, khả năng chống cháy và khả năng chống sốc nhiệt tuyệt vời của chúng. Trong số đó, lò nung con lăn chủ yếu được sử dụng để sấy, thiêu kết và xử lý nhiệt vật liệu điện cực dương của pin lithium-ion, vật liệu điện cực âm và chất điện phân. Vật liệu điện cực dương và âm của pin lithium là không thể thiếu đối với các phương tiện năng lượng mới. Đồ nội thất lò nung gốm silicon carbide là một thành phần chính của lò nung, có thể cải thiện năng suất sản xuất của lò nung và giảm đáng kể mức tiêu thụ năng lượng.
Các sản phẩm gốm silicon carbide cũng được sử dụng rộng rãi trong nhiều thành phần ô tô khác nhau. Ngoài ra, các thiết bị SiC chủ yếu được sử dụng trong PCU (bộ điều khiển công suất, chẳng hạn như DC/DC trên bo mạch) và OBC (bộ sạc) của xe năng lượng mới. Các thiết bị SiC có thể giảm trọng lượng và thể tích của thiết bị PCU, giảm tổn thất chuyển mạch và cải thiện nhiệt độ làm việc và hiệu quả hệ thống của các thiết bị; Nó cũng có thể tăng mức công suất của đơn vị, đơn giản hóa cấu trúc mạch, cải thiện mật độ công suất và tăng tốc độ sạc trong quá trình sạc OBC. Hiện nay, nhiều công ty ô tô trên thế giới đã sử dụng silicon carbide trong nhiều mẫu xe và việc áp dụng silicon carbide trên diện rộng đã trở thành xu hướng.
Khi gốm silicon carbide được sử dụng làm vật liệu mang chính trong quá trình sản xuất pin quang điện, các sản phẩm thu được như giá đỡ thuyền, hộp thuyền và phụ kiện ống có độ ổn định nhiệt tốt, không bị biến dạng khi sử dụng ở nhiệt độ cao và không tạo ra chất gây ô nhiễm có hại. Chúng có thể thay thế giá đỡ thuyền thạch anh, hộp thuyền và phụ kiện ống thường được sử dụng và có lợi thế đáng kể về chi phí.
Ngoài ra, triển vọng thị trường cho các thiết bị điện silicon carbide quang điện rất rộng. Vật liệu SiC có đặc tính điện trở, điện tích cổng và điện tích phục hồi ngược thấp hơn. Sử dụng Mosfet SiC hoặc Mosfet SiC kết hợp với bộ biến tần quang điện SiC SBD có thể tăng hiệu suất chuyển đổi từ 96% lên hơn 99%, giảm tổn thất năng lượng hơn 50% và tăng tuổi thọ chu kỳ thiết bị lên 50 lần.
Quá trình tổng hợp gốm silicon carbide có thể bắt nguồn từ những năm 1890, khi silicon carbide chủ yếu được sử dụng cho vật liệu mài cơ học và vật liệu chịu lửa. Với sự phát triển của công nghệ sản xuất, các sản phẩm SiC công nghệ cao đã được phát triển rộng rãi và các quốc gia trên thế giới đang chú ý nhiều hơn đến công nghiệp hóa gốm tiên tiến. Họ không còn hài lòng với việc chế tạo gốm silicon carbide truyền thống. Các doanh nghiệp sản xuất gốm công nghệ cao đang phát triển nhanh hơn, đặc biệt là ở các nước phát triển, nơi hiện tượng này có ý nghĩa hơn. Các nhà sản xuất nước ngoài chủ yếu bao gồm 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, v.v.
Sự phát triển của silicon carbide ở Trung Quốc khá muộn so với các nước phát triển như Châu Âu và Châu Mỹ. Kể từ khi lò công nghiệp đầu tiên sản xuất SiC được xây dựng tại Nhà máy bánh mài đầu tiên vào tháng 6 năm 1951, Trung Quốc đã bắt đầu sản xuất silicon carbide. Các nhà sản xuất gốm silicon carbide trong nước chủ yếu tập trung ở thành phố Duy Phường, tỉnh Sơn Đông. Theo các chuyên gia, điều này là do các doanh nghiệp khai thác than địa phương đang phải đối mặt với tình trạng phá sản và tìm kiếm sự chuyển đổi. Một số công ty đã đưa thiết bị liên quan từ Đức vào để bắt đầu nghiên cứu và sản xuất silicon carbide.ZPC là một trong những nhà sản xuất silicon carbide thiêu kết phản ứng lớn nhất.
Thời gian đăng: 09-11-2024