Dalam beberapa tahun terakhir, semikonduktor senyawa silikon karbida telah mendapat perhatian luas di industri. Namun, sebagai material berkinerja tinggi, silikon karbida hanya sebagian kecil dari perangkat elektronik (dioda, perangkat daya). Silikon karbida juga dapat digunakan sebagai bahan abrasif, bahan pemotong, material struktural, material optik, pembawa katalis, dan banyak lagi. Hari ini, kami terutama memperkenalkan keramik silikon karbida, yang memiliki keunggulan stabilitas kimia, ketahanan suhu tinggi, ketahanan aus, ketahanan korosi, konduktivitas termal tinggi, koefisien ekspansi termal rendah, kepadatan rendah, dan kekuatan mekanik tinggi. Keramik ini banyak digunakan di berbagai bidang seperti mesin kimia, energi dan perlindungan lingkungan, semikonduktor, metalurgi, pertahanan nasional, dan industri militer.
Silikon karbida (SiC)Mengandung silikon dan karbon, dan merupakan senyawa struktural multitipe yang khas, terutama meliputi dua bentuk kristal: α – SiC (tipe stabil suhu tinggi) dan β – SiC (tipe stabil suhu rendah). Terdapat lebih dari 200 multitipe secara total, di antaranya 3C SiC dari β – SiC dan 2H SiC, 4H SiC, 6H SiC, dan 15R SiC dari α – SiC merupakan contoh yang representatif.
Gambar Struktur Multibody SiC
Ketika suhu di bawah 1600 ℃, SiC ada dalam bentuk β-SiC dan dapat dibuat dari campuran sederhana silikon dan karbon pada suhu sekitar 1450 ℃. Ketika suhu melebihi 1600 ℃, β-SiC perlahan berubah menjadi berbagai polimorf α-SiC. 4H-SiC mudah dihasilkan pada suhu sekitar 2000 ℃; baik polimorf 6H maupun 15R membutuhkan suhu tinggi di atas 2100 ℃ agar mudah terbentuk; 6H-SiC dapat tetap sangat stabil bahkan pada suhu di atas 2200 ℃, sehingga banyak digunakan dalam aplikasi industri.
Silikon karbida murni adalah kristal yang tidak berwarna dan transparan, sedangkan silikon karbida industri dapat berwarna tidak berwarna, kuning pucat, hijau muda, hijau tua, biru muda, biru tua, atau bahkan hitam, dengan tingkat transparansi yang semakin menurun. Industri abrasif mengkategorikan silikon karbida menjadi dua jenis berdasarkan warna: silikon karbida hitam dan silikon karbida hijau. Silikon karbida yang tidak berwarna hingga hijau tua diklasifikasikan sebagai silikon karbida hijau, sedangkan silikon karbida yang berwarna biru muda hingga hitam diklasifikasikan sebagai silikon karbida hitam. Baik silikon karbida hitam maupun silikon karbida hijau merupakan kristal heksagonal alfa SiC, dan bubuk mikro silikon karbida hijau umumnya digunakan sebagai bahan baku untuk keramik silikon karbida.
Kinerja Keramik Silikon Karbida yang Dibuat dengan Proses Berbeda
Namun, keramik silikon karbida memiliki kelemahan berupa ketahanan retak yang rendah dan kerapuhan yang tinggi. Oleh karena itu, dalam beberapa tahun terakhir, keramik komposit berbasis keramik silikon karbida, seperti penguatan serat (atau whisker), penguatan dispersi partikel heterogen, dan material fungsional gradien, telah muncul secara berturut-turut, meningkatkan ketahanan dan kekuatan material individual.
Sebagai material keramik struktural berkinerja tinggi untuk suhu tinggi, keramik silikon karbida semakin banyak diaplikasikan dalam tungku suhu tinggi, metalurgi baja, petrokimia, elektronik mekanik, kedirgantaraan, energi dan perlindungan lingkungan, energi nuklir, otomotif, dan bidang lainnya.
Pada tahun 2022, ukuran pasar keramik struktural silikon karbida di Tiongkok diperkirakan mencapai 18,2 miliar yuan. Dengan perluasan lebih lanjut bidang aplikasi dan kebutuhan pertumbuhan hilir, diperkirakan ukuran pasar keramik struktural silikon karbida akan mencapai 29,6 miliar yuan pada tahun 2025.
Di masa depan, dengan meningkatnya tingkat penetrasi kendaraan energi baru, energi, industri, komunikasi, dan bidang lainnya, serta persyaratan yang semakin ketat untuk komponen mekanik atau komponen elektronik dengan presisi tinggi, ketahanan aus tinggi, dan keandalan tinggi di berbagai bidang, ukuran pasar produk keramik silikon karbida diperkirakan akan terus berkembang, di mana kendaraan energi baru dan fotovoltaik merupakan area pengembangan yang penting.
Keramik silikon karbida digunakan dalam tungku keramik karena sifat mekaniknya yang sangat baik pada suhu tinggi, ketahanan api, dan ketahanan terhadap guncangan termal. Di antaranya, tungku rol terutama digunakan untuk pengeringan, sintering, dan perlakuan panas bahan elektroda positif baterai lithium-ion, bahan elektroda negatif, dan elektrolit. Bahan elektroda positif dan negatif baterai lithium sangat penting untuk kendaraan energi baru. Perabot tungku keramik silikon karbida merupakan komponen kunci dari tungku, yang dapat meningkatkan kapasitas produksi tungku dan secara signifikan mengurangi konsumsi energi.
Produk keramik silikon karbida juga banyak digunakan dalam berbagai komponen otomotif. Selain itu, perangkat SiC terutama digunakan dalam PCU (unit kontrol daya, seperti DC/DC onboard) dan OBC (unit pengisian daya) kendaraan energi baru. Perangkat SiC dapat mengurangi berat dan volume peralatan PCU, mengurangi kerugian sakelar, dan meningkatkan suhu kerja serta efisiensi sistem perangkat; hal ini juga memungkinkan peningkatan tingkat daya unit, penyederhanaan struktur sirkuit, peningkatan kepadatan daya, dan peningkatan kecepatan pengisian daya selama pengisian OBC. Saat ini, banyak perusahaan mobil di seluruh dunia telah menggunakan silikon karbida dalam berbagai model, dan adopsi silikon karbida secara besar-besaran telah menjadi tren.
Ketika keramik silikon karbida digunakan sebagai material pembawa utama dalam proses produksi sel fotovoltaik, produk yang dihasilkan seperti penyangga kapal, kotak kapal, dan fitting pipa memiliki stabilitas termal yang baik, tidak berubah bentuk saat digunakan pada suhu tinggi, dan tidak menghasilkan polutan berbahaya. Produk-produk ini dapat menggantikan penyangga kapal, kotak kapal, dan fitting pipa kuarsa yang umum digunakan, dan memiliki keunggulan biaya yang signifikan.
Selain itu, prospek pasar untuk perangkat daya silikon karbida fotovoltaik sangat luas. Material SiC memiliki resistansi on, muatan gerbang, dan karakteristik muatan pemulihan balik yang lebih rendah. Penggunaan SiC Mosfet atau SiC Mosfet yang dikombinasikan dengan inverter fotovoltaik SiC SBD dapat meningkatkan efisiensi konversi dari 96% menjadi lebih dari 99%, mengurangi kehilangan energi lebih dari 50%, dan meningkatkan umur siklus peralatan hingga 50 kali lipat.
Sintesis keramik silikon karbida dapat ditelusuri kembali ke tahun 1890-an, ketika silikon karbida terutama digunakan untuk bahan penggilingan mekanis dan bahan tahan api. Dengan perkembangan teknologi produksi, produk SiC berteknologi tinggi telah dikembangkan secara luas, dan negara-negara di seluruh dunia semakin memperhatikan industrialisasi keramik canggih. Mereka tidak lagi puas dengan pembuatan keramik silikon karbida tradisional. Perusahaan yang memproduksi keramik berteknologi tinggi berkembang lebih pesat, terutama di negara-negara maju di mana fenomena ini lebih signifikan. Produsen asing terutama meliputi 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, dll.
Pengembangan silikon karbida di Tiongkok relatif terlambat dibandingkan dengan negara-negara maju seperti Eropa dan Amerika. Sejak tungku industri pertama untuk pembuatan SiC dibangun di Pabrik Roda Gerinda Pertama pada Juni 1951, Tiongkok mulai memproduksi silikon karbida. Produsen keramik silikon karbida domestik sebagian besar terkonsentrasi di Kota Weifang, Provinsi Shandong. Menurut para ahli, hal ini karena perusahaan pertambangan batubara lokal menghadapi kebangkrutan dan berupaya melakukan transformasi. Beberapa perusahaan telah mendatangkan peralatan terkait dari Jerman untuk memulai penelitian dan produksi silikon karbida.ZPC adalah salah satu produsen silikon karbida hasil sinterisasi reaksi terbesar.
Waktu posting: 09 November 2024