Соңғы жылдары кремний карбиді қосылысының жартылай өткізгіштеріне өнеркәсіпте кеңінен назар аударылды. Дегенмен, жоғары өнімді материал ретінде кремний карбиді электрондық құрылғылардың (диодтар, қуат құрылғылары) аз ғана бөлігі болып табылады. Оны абразивтер, кескіш материалдар, құрылымдық материалдар, оптикалық материалдар, катализатор тасымалдаушылар және т.б. ретінде де пайдалануға болады. Бүгінгі таңда біз негізінен химиялық тұрақтылық, жоғары температураға төзімділік, тозуға төзімділік, коррозияға төзімділік, жоғары жылу өткізгіштік, төмен жылу кеңею коэффициенті, төмен тығыздық және жоғары механикалық беріктік сияқты артықшылықтарға ие кремний карбиді керамикасын енгіземіз. Олар химиялық машина жасау, энергетика және қоршаған ортаны қорғау, жартылай өткізгіштер, металлургия, ұлттық қорғаныс және әскери өнеркәсіп сияқты салаларда кеңінен қолданылады.
Кремний карбиді (SiC)құрамында кремний мен көміртек бар және негізінен екі кристалдық форманы қамтитын типтік көп типті құрылымдық қосылыс болып табылады: α – SiC (жоғары температуралы тұрақты тип) және β – SiC (төмен температуралы тұрақты тип). Барлығы 200-ден астам көп тип бар, олардың ішінде β – SiC-тің 3C SiC және α – SiC-тің 2H SiC, 4H SiC, 6H SiC және 15R SiC типтері өкілдік етеді.
SiC көп денелі құрылымын суреттеңіз
Температура 1600 ℃ төмен болғанда, SiC β – SiC түрінде болады және кремний мен көміртектің қарапайым қоспасынан шамамен 1450 ℃ температурада дайындалуы мүмкін. Температура 1600 ℃-тан асқанда, β – SiC баяу α – SiC әртүрлі полиморфтарына айналады. 4H SiC шамамен 2000 ℃ температурада оңай түзіледі; 6H және 15R полиморфтарының екеуі де оңай түзілуі үшін 2100 ℃-тан жоғары жоғары температураны қажет етеді; 6H SiC тіпті 2200 ℃-тан жоғары температурада да өте тұрақты болып қала алады, бұл оны өнеркәсіптік қолданбаларда кеңінен қолдануға мүмкіндік береді.
Таза кремний карбиді түссіз және мөлдір кристалл болып табылады, ал өнеркәсіптік кремний карбиді түссіз, бозғылт сары, ашық жасыл, қою жасыл, ашық көк, қою көк немесе тіпті қара болуы мүмкін, мөлдірлік деңгейі төмендейді. Абразивті өнеркәсібі кремний карбидін түсіне қарай екі түрге бөледі: қара кремний карбиді және жасыл кремний карбиді. Түссізден қою жасылға дейінгі кремний карбиді жасыл кремний карбиді, ал ашық көктен қараға дейінгі кремний карбиді қара кремний карбиді ретінде жіктеледі. Қара кремний карбиді және жасыл кремний карбиді екеуі де альфа SiC алтыбұрышты кристалдары болып табылады, ал жасыл кремний карбиді микроұнтағы әдетте кремний карбиді керамикасының шикізаты ретінде қолданылады.
Әртүрлі процестермен дайындалған кремний карбидті керамиканың өнімділігі
Дегенмен, кремний карбидті керамиканың сынуға төзімділігі төмен және сынғыштығы жоғары кемшілігі бар. Сондықтан, соңғы жылдары талшықты (немесе мұртты) арматуралау, бөлшектердің гетерогенді дисперсиясын күшейту және градиенттік функционалды материалдар сияқты кремний карбидті керамикаға негізделген композиттік керамика бірінен соң бірі пайда болып, жеке материалдардың беріктігі мен беріктігін арттырды.
Жоғары өнімді құрылымдық керамикалық жоғары температуралы материал ретінде кремний карбиді керамикасы жоғары температуралы пештерде, болат металлургиясында, мұнай химиясында, механикалық электроникада, аэроғарыш, энергетика және қоршаған ортаны қорғау, ядролық энергетика, автомобильдер және басқа да салаларда кеңінен қолданылуда.
2022 жылы Қытайдағы кремний карбидті құрылымдық керамика нарығының көлемі 18,2 миллиард юаньға жетеді деп күтілуде. Қолдану салаларының одан әрі кеңеюі және кейінгі өсу қажеттіліктерінің артуымен кремний карбидті құрылымдық керамика нарығының көлемі 2025 жылға қарай 29,6 миллиард юаньға жетеді деп болжануда.
Болашақта жаңа энергия көліктерінің, энергетиканың, өнеркәсіптің, байланыс пен басқа да салалардың ену қарқынының артуымен, сондай-ақ әртүрлі салалардағы жоғары дәлдіктегі, жоғары тозуға төзімділіктегі және жоғары сенімділіктегі механикалық компоненттерге немесе электрондық компоненттерге қойылатын талаптардың күшеюімен кремний карбидті керамикалық өнімдерінің нарықтық көлемінің кеңеюі күтілуде, олардың ішінде жаңа энергия көліктері мен фотоэлектрлік жүйелер маңызды даму салалары болып табылады.
Кремний карбиді керамикасы жоғары температураға төзімділігі, отқа төзімділігі және термиялық соққыға төзімділігі арқасында керамикалық пештерде қолданылады. Олардың ішінде роликті пештер негізінен литий-ионды аккумуляторлы оң электродты материалдарды, теріс электродты материалдарды және электролиттерді кептіру, күйдіру және термиялық өңдеу үшін қолданылады. Литий аккумуляторлы оң және теріс электродты материалдар жаңа энергетикалық көліктер үшін өте қажет. Кремний карбиді керамикалық пеш жиһазы пештердің негізгі құрамдас бөлігі болып табылады, ол пештің өндірістік қуатын жақсартып, энергия шығынын айтарлықтай азайта алады.
Кремний карбидінен жасалған керамикалық бұйымдар әртүрлі автомобиль компоненттерінде де кеңінен қолданылады. Сонымен қатар, SiC құрылғылары негізінен жаңа энергия көліктерінің PCU-ларында (қуатты басқару блоктары, мысалы, борттық DC/DC) және OBC-лерде (зарядтау блоктары) қолданылады. SiC құрылғылары PCU жабдықтарының салмағы мен көлемін азайта алады, қосқыш шығындарын азайта алады және құрылғылардың жұмыс температурасы мен жүйе тиімділігін жақсарта алады; OBC зарядтау кезінде блоктың қуат деңгейін арттыруға, тізбек құрылымын жеңілдетуге, қуат тығыздығын жақсартуға және зарядтау жылдамдығын арттыруға да болады. Қазіргі уақытта әлемдегі көптеген автомобиль компаниялары кремний карбидін бірнеше модельдерде қолданды және кремний карбидін кең көлемде қолдану үрдіске айналды.
Фотоэлектрлік элементтерді өндіру процесінде кремний карбиді керамикасы негізгі тасымалдаушы материалдар ретінде пайдаланылған кезде, қайық тіректері, қайық қораптары және құбыр арматуралары сияқты алынған өнімдер жақсы термиялық тұрақтылыққа ие, жоғары температурада қолданылған кезде деформацияланбайды және зиянды ластаушы заттар шығармайды. Олар жиі қолданылатын кварц қайық тіректерін, қайық қораптарын және құбыр арматураларын алмастыра алады және айтарлықтай шығындарға ие.
Сонымен қатар, фотоэлектрлік кремний карбидті қуат құрылғыларының нарықтық перспективалары кең. SiC материалдарының кедергісі, қақпа заряды және кері қалпына келтіру зарядының сипаттамалары төмен. SiC Mosfet немесе SiC Mosfet-ті SiC SBD фотоэлектрлік инверторларымен бірге пайдалану түрлендіру тиімділігін 96%-дан 99%-дан астамға дейін арттыра алады, энергия шығынын 50%-дан астамға азайта алады және жабдық циклінің қызмет ету мерзімін 50 есеге арттыра алады.
Кремний карбиді керамикасының синтезі 1890 жылдарға дейін созылады, сол кезде кремний карбиді негізінен механикалық ұнтақтау материалдары мен отқа төзімді материалдар үшін қолданылған. Өндіріс технологиясының дамуымен жоғары технологиялық SiC өнімдері кеңінен дамыды, ал әлем елдері озық керамиканы индустрияландыруға көбірек көңіл бөлуде. Олар енді дәстүрлі кремний карбиді керамикасын дайындауға қанағаттанбайды. Жоғары технологиялық керамика шығаратын кәсіпорындар, әсіресе бұл құбылыс маңыздырақ болатын дамыған елдерде, тез дамып келеді. Шетелдік өндірушілердің қатарында негізінен 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 және т.б. бар.
Қытайда кремний карбидін өндіру Еуропа мен Америка сияқты дамыған елдермен салыстырғанда салыстырмалы түрде кеш басталды. 1951 жылдың маусым айында Бірінші тегістеу дөңгелегі зауытында SiC өндіруге арналған алғашқы өнеркәсіптік пеш салынғаннан бері Қытай кремний карбидін өндіре бастады. Кремний карбиді керамикасының отандық өндірушілері негізінен Шаньдун провинциясының Вэйфан қаласында шоғырланған. Мамандардың айтуынша, бұл жергілікті көмір өндіру кәсіпорындарының банкроттыққа ұшырап, трансформацияға ұмтылуымен байланысты. Кейбір компаниялар кремний карбидін зерттеу және өндіруді бастау үшін Германиядан тиісті жабдықтарды әкелді.ZPC реакциялық күйдірілген кремний карбидін шығаратын ең ірі компаниялардың бірі болып табылады.
Жарияланған уақыты: 2024 жылғы 9 қараша