Az utóbbi években a szilícium-karbid félvezető vegyületek széles körű figyelmet kaptak az iparban. Nagy teljesítményű anyagként azonban a szilícium-karbid csak kis részét képezi az elektronikus eszközöknek (diódák, teljesítményeszközök). Csiszolóanyagként, vágóanyagként, szerkezeti anyagként, optikai anyagként, katalizátorhordozóként és egyebekként is használható. Manapság főként szilícium-karbid kerámiákat mutatunk be, amelyek előnyei a kémiai stabilitás, a magas hőmérséklettel szembeni ellenállás, a kopásállóság, a korrózióállóság, a magas hővezető képesség, az alacsony hőtágulási együttható, az alacsony sűrűség és a nagy mechanikai szilárdság. Széles körben használják olyan területeken, mint a vegyipari gépek, az energia- és környezetvédelem, a félvezetők, a kohászat, a nemzetvédelem és a katonai ipar.
Szilícium-karbid (SiC)szilíciumot és szenet tartalmaz, és egy tipikus többféle típusú szerkezeti vegyület, amely főként két kristályformát foglal magában: α-SiC (magas hőmérsékleten stabil típus) és β-SiC (alacsony hőmérsékleten stabil típus). Összesen több mint 200 többféle típus létezik, amelyek közül a β-SiC 3C SiC-je, valamint az α-SiC 2H SiC, 4H SiC, 6H SiC és 15R SiC-je reprezentatív.
SiC többtestű szerkezet ábra
1600 ℃ alatti hőmérsékleten a SiC β-SiC formájában létezik, és szilícium és szén egyszerű keverékéből állítható elő körülbelül 1450 ℃-on. 1600 ℃ felett a β-SiC lassan átalakul az α-SiC különböző polimorfjaivá. A 4H SiC könnyen keletkezik körülbelül 2000 ℃-on; Mind a 6H, mind a 15R polimorfok könnyű képződéséhez 2100 ℃ feletti magas hőmérséklet szükséges; a 6H SiC még 2200 ℃ feletti hőmérsékleten is nagyon stabil marad, így széles körben használják az ipari alkalmazásokban.
A tiszta szilícium-karbid színtelen és átlátszó kristály, míg az ipari szilícium-karbid lehet színtelen, halványsárga, világoszöld, sötétzöld, világoskék, sötétkék vagy akár fekete is, csökkenő átlátszósági szinttel. A csiszolóipar a szilícium-karbidot szín alapján két típusba sorolja: fekete szilícium-karbid és zöld szilícium-karbid. A színtelentől sötétzöldig terjedő szilícium-karbidot zöld szilícium-karbidnak, míg a világoskéktől feketeig terjedő szilícium-karbidot fekete szilícium-karbidnak minősítik. Mind a fekete szilícium-karbid, mind a zöld szilícium-karbid alfa-SiC hatszögletű kristály, és a zöld szilícium-karbid mikroport általában a szilícium-karbid kerámiák alapanyagaként használják.
Különböző eljárásokkal előállított szilícium-karbid kerámiák teljesítménye
A szilícium-karbid kerámiák hátránya azonban az alacsony törési szívósság és a magas ridegség. Ezért az elmúlt években sorra jelentek meg a szilícium-karbid kerámián alapuló kompozit kerámiák, mint például a szálerősítésű (vagy whisker) kompozit kerámiák, a heterogén részecskediszperziós erősítésűek és a gradiens funkcionális anyagok, amelyek javították az egyes anyagok szívósságát és szilárdságát.
Nagy teljesítményű, magas hőmérsékletű szerkezeti kerámia anyagként a szilícium-karbid kerámiákat egyre inkább alkalmazzák magas hőmérsékletű kemencékben, acélkohászatban, petrolkémiai iparban, mechanikus elektronikában, repülőgépiparban, energia- és környezetvédelemben, atomenergiában, autóiparban és más területeken.
2022-ben a szilícium-karbid szerkezeti kerámiák piacának mérete Kínában várhatóan eléri a 18,2 milliárd jüant. Az alkalmazási területek további bővülésével és a downstream növekedési igényekkel a becslések szerint a szilícium-karbid szerkezeti kerámiák piacának mérete 2025-re eléri a 29,6 milliárd jüant.
A jövőben az új energiahordozók, az energia, az ipar, a kommunikáció és más területek növekvő penetrációs arányával, valamint a nagy pontosságú, nagy kopásállóságú és nagy megbízhatóságú mechanikus alkatrészek vagy elektronikus alkatrészek iránti egyre szigorúbb követelményekkel a szilícium-karbid kerámiatermékek piacmérete várhatóan tovább bővül, amelyek közül az új energiahordozók és a fotovoltaikus rendszerek fontos fejlesztési területek.
A szilícium-karbid kerámiákat kerámia kemencékben használják kiváló magas hőmérsékletű mechanikai tulajdonságaik, tűzállóságuk és hősokk-állóságuk miatt. Közülük a hengerkemencéket főként lítium-ion akkumulátorok pozitív elektródáinak, negatív elektródáinak és elektrolitjainak szárítására, szinterelésére és hőkezelésére használják. A lítium akkumulátorok pozitív és negatív elektródái elengedhetetlenek az új energiahordozókhoz. A szilícium-karbid kerámia kemencebútor a kemencék kulcsfontosságú alkotóeleme, amely javíthatja a kemence termelési kapacitását és jelentősen csökkentheti az energiafogyasztást.
A szilícium-karbid kerámiatermékeket széles körben használják különféle autóipari alkatrészekben. Ezenkívül a SiC eszközöket főként új energiájú járművek PCU-iban (teljesítményszabályozó egységek, például fedélzeti DC/DC) és OBC-iben (töltőegységek) használják. A SiC eszközök csökkenthetik a PCU-berendezések súlyát és térfogatát, csökkenthetik a kapcsolóveszteségeket, és javíthatják az eszközök üzemi hőmérsékletét és rendszerhatékonyságát; Emellett növelhető az egység teljesítményszintje, egyszerűsíthető az áramköri struktúra, javítható a teljesítménysűrűség, és növelhető a töltési sebesség az OBC töltés során. Jelenleg világszerte számos autógyártó használ szilícium-karbidot több modellben, és a szilícium-karbid széles körű elterjedése trenddé vált.
Amikor a szilícium-karbid kerámiákat kulcsfontosságú hordozóanyagként használják a fotovoltaikus cellák gyártási folyamatában, az olyan termékek, mint a hajótartók, hajódobozok és csőszerelvények, jó hőstabilitással rendelkeznek, magas hőmérsékleten nem deformálódnak, és nem termelnek káros szennyező anyagokat. Ezek a termékek helyettesíthetik a gyakran használt kvarc hajótartókat, hajódobozokat és csőszerelvényeket, és jelentős költségelőnyöket biztosítanak.
Ezenkívül a fotovoltaikus szilícium-karbid teljesítményeszközök piaci kilátásai szélesek. A SiC anyagok alacsonyabb ellenállással, kaputöltéssel és fordított visszanyerési töltési jellemzőkkel rendelkeznek. A SiC Mosfet vagy SiC Mosfet SiC SBD fotovoltaikus inverterekkel kombinálva 96%-ról 99% fölé növelhető az átalakítás hatékonysága, több mint 50%-kal csökkenthető az energiaveszteség, és 50-szeresére növelhető a berendezés élettartama.
A szilícium-karbid kerámiák szintézise az 1890-es évekre vezethető vissza, amikor a szilícium-karbidot főként mechanikus csiszolóanyagokhoz és tűzálló anyagokhoz használták. A gyártástechnológia fejlődésével széles körben elterjedtek a high-tech SiC termékek, és a világ országai egyre nagyobb figyelmet fordítanak a fejlett kerámiák iparosítására. Már nem elégszenek meg a hagyományos szilícium-karbid kerámiák előállításával. A high-tech kerámiákat gyártó vállalkozások gyorsabban fejlődnek, különösen a fejlett országokban, ahol ez a jelenség jelentősebb. A külföldi gyártók között főként a Saint Gobain, a 3M, a CeramTec, az IBIDEN, a Schunk, a Narita Group, a Toto Corporation, a CoorsTek, a Kyocera, az Aszac, a Japan Jingke Ceramics Co., Ltd., a Japan Special Ceramics Co., Ltd., az IPS Ceramics stb. szerepelnek.
A szilícium-karbid kifejlesztése Kínában viszonylag későn kezdődött a fejlett országokhoz, például Európához és Amerikához képest. Amióta 1951 júniusában megépült az első ipari SiC-kemencét az Első Köszörűkoronggyárban, Kína megkezdte a szilícium-karbid gyártását. A szilícium-karbid kerámia hazai gyártói főként Weifang városában, Shandong tartományban koncentrálódnak. Szakértők szerint ennek az az oka, hogy a helyi szénbányászati vállalatok csőddel néznek szembe és átalakulásra törekszenek. Néhány vállalat Németországból hozott be releváns berendezéseket, hogy megkezdje a szilícium-karbid kutatását és gyártását.A ZPC a reakciós szinterezett szilícium-karbid egyik legnagyobb gyártója.
Közzététel ideje: 2024. november 9.