Соңғы жылдары өнеркәсіпте кремний карбидті қосылыс жартылай өткізгіштерге кеңінен назар аударылды. Дегенмен, жоғары өнімді материал ретінде кремний карбиді электронды құрылғылардың (диодтар, қуат құрылғылары) аз ғана бөлігі болып табылады. Ол сондай-ақ абразивтер, кескіш материалдар, құрылымдық материалдар, оптикалық материалдар, катализаторларды тасымалдаушылар және т.б. Бүгінгі күні біз негізінен кремний карбид керамикасын енгіземіз, олар химиялық тұрақтылық, жоғары температураға төзімділік, тозуға төзімділік, коррозияға төзімділік, жоғары жылу өткізгіштік, төмен жылу кеңею коэффициенті, төмен тығыздық және жоғары механикалық беріктік артықшылықтары бар. 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 пішінді қамтитын типтік көп типті құрылымдық қосылыс болып табылады: α – SiC (жоғары температурада тұрақты түрі) және β – SiC (төмен температурада тұрақты түрі). Барлығы 200-ден астам көп түрлері бар, олардың ішінде β – SiC 3C SiC және α – SiC 2H SiC, 4H SiC, 6H SiC және 15R SiC өкілдік болып табылады.
Сурет SiC көпденелі құрылымы
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 2000 ℃ шамасында оңай түзіледі; 6H және 15R полиморфтары оңай түзілу үшін 2100 ℃ жоғары температураны қажет етеді; 6H SiC тіпті 2200 ℃-ден асатын температурада өте тұрақты болып қала алады, бұл оны өнеркәсіптік қолданбаларда кеңінен қолдануға мүмкіндік береді.
Таза кремний карбиді түссіз және мөлдір кристал, ал өнеркәсіптік кремний карбиді мөлдірлік деңгейлері төмендей отырып, түссіз, ашық сары, ашық жасыл, қою жасыл, ашық көк, қою көк немесе тіпті қара болуы мүмкін. Абразивті өнеркәсіп 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 қара түсті кремний карбиді қара кремний карбиді ретінде жіктеледі. Қара кремний карбиді мен жасыл кремний карбиді альфа SiC алтыбұрышты кристалдары болып табылады, ал жасыл кремний карбиді микро ұнтағы кремний карбиді керамикасының шикізаты ретінде әдетте пайдаланылады.
Әртүрлі процестермен дайындалған кремний карбиді керамикасының өнімділігі
Дегенмен, кремний карбидті керамика төмен сыну беріктігі мен жоғары сынғыштығының кемшілігіне ие. Сондықтан соңғы жылдары кремний карбидті керамика негізіндегі композициялық керамика, мысалы, талшықты (немесе мұртты) күшейту, гетерогенді бөлшектердің дисперсиясын күшейту және градиентті функционалды материалдар жеке материалдардың қаттылығы мен беріктігін жақсартатын дәйекті түрде пайда болды.
Жоғары өнімділігі жоғары құрылымдық керамикалық жоғары температуралы материал ретінде кремний карбидті керамика жоғары температуралы пештерде, болат металлургиясында, мұнай-химияда, механикалық электроникада, аэроғарыш өнеркәсібінде, энергетика мен қоршаған ортаны қорғауда, атом энергетикасында, автомобильдерде және басқа салаларда көбірек қолданыла бастады.
2022 жылы Қытайдағы кремний карбидті құрылымдық керамика нарығының көлемі 18,2 миллиард юаньға жетеді деп күтілуде. Қолдану өрістерін одан әрі кеңейту және өсу қажеттіліктерін ескере отырып, кремний карбидті құрылымдық керамика нарығының көлемі 2025 жылға қарай 29,6 миллиард юаньға жетеді деп болжануда.
Болашақта жаңа энергетикалық көліктердің, энергетика, өнеркәсіп, байланыс және басқа салаларға ену жылдамдығының артуы, сондай-ақ жоғары дәлдікке, жоғары тозуға төзімділікке және жоғары сенімді механикалық компоненттерге немесе әртүрлі салалардағы электронды компоненттерге қатаң талаптардың күшеюімен кремний карбидті керамикалық өнімдердің нарық көлемінің кеңеюі күтілуде.
Кремний карбидті керамика жоғары температураға тамаша механикалық қасиеттеріне, отқа төзімділігіне және термиялық соққыға төзімділігіне байланысты керамикалық пештерде қолданылады. Олардың ішінде роликті пештер негізінен литий-ионды аккумулятордың оң электродтық материалдарын, теріс электрод материалдарын және электролиттерді кептіру, агломерациялау және термиялық өңдеу үшін қолданылады. Литий батареясының оң және теріс электродтық материалдары жаңа энергетикалық көліктер үшін қажет. Кремний карбидті керамикалық пеш жиһазы пештердің негізгі құрамдас бөлігі болып табылады, ол пештің өндірістік қуатын жақсартады және энергияны тұтынуды айтарлықтай азайтады.
Кремний карбидінің керамикалық бұйымдары әртүрлі автомобиль компоненттерінде де кеңінен қолданылады. Сонымен қатар, SiC құрылғылары негізінен жаңа энергия көліктерінің PCU (қуатты басқару блоктары, мысалы, борттық DC/DC) және OBCs (зарядтау қондырғылары) қолданылады. SiC құрылғылары PCU жабдығының салмағы мен көлемін азайтуға, коммутатордың жоғалуын азайтуға, жұмыс температурасы мен құрылғылардың жүйе тиімділігін арттыруға мүмкіндік береді; Сондай-ақ, OBC зарядтау кезінде құрылғының қуат деңгейін арттыруға, тізбек құрылымын жеңілдетуге, қуат тығыздығын жақсартуға және зарядтау жылдамдығын арттыруға болады. Қазіргі уақытта бүкіл әлем бойынша көптеген автомобиль компаниялары кремний карбидін бірнеше үлгілерде қолданды және кремний карбидін кең ауқымда қабылдау үрдіске айналды.
Кремний карбиді керамика фотоэлектрлік элементтерді өндіру процесінде негізгі тасымалдаушы материалдар ретінде пайдаланылған кезде, қайық тіректері, қайық қораптары және құбыр арматурасы сияқты алынған өнімдер жақсы термиялық тұрақтылыққа ие, жоғары температурада қолданғанда деформацияланбайды және зиянды ластаушы заттар шығармайды. Олар жиі қолданылатын кварц қайық тіректерін, қайық қораптарын және құбыр фитингтерін ауыстыра 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 SiC SBD фотоэлектрлік инверторларымен біріктірілген пайдалану түрлендіру тиімділігін 96%-дан 99%-ға дейін арттыруға, энергия шығынын 50%-дан астамға азайтуға және жабдықтың циклінің қызмет ету мерзімін 50 есеге арттыруға болады.
Кремний карбиді керамикасының синтезі кремний карбиді негізінен механикалық ұнтақтау материалдары мен отқа төзімді материалдар үшін пайдаланылған 1890 жылдарға дейін баруға болады. Өндіріс технологиясының дамуымен жоғары технологиялық SiC өнімдері кеңінен игеріліп, дүние жүзіндегі елдер алдыңғы қатарлы керамикалық бұйымдарды индустрияландыруға көбірек көңіл бөлуде. Олар енді дәстүрлі кремний карбид керамикасын дайындаумен қанағаттанбайды. Жоғары технологиялық керамика шығаратын кәсіпорындар, әсіресе бұл құбылыс маңыздырақ дамыған елдерде қарқынды дамып келеді. Шетелдік өндірушілер 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.
Қытайда кремний карбидінің дамуы Еуропа мен Америка сияқты дамыған елдермен салыстырғанда біршама кеш болды. 1951 жылдың маусымында Бірінші тегістеу доңғалақтары зауытында SiC өндіруге арналған алғашқы өнеркәсіптік пеш салынғаннан бері, Қытай кремний карбидін шығара бастады. Кремний карбид керамикасының отандық өндірушілері негізінен Шаньдун провинциясының Вэйфан қаласында шоғырланған. Кәсіби мамандардың айтуынша, бұл жергілікті көмір өндіретін кәсіпорындардың банкротқа ұшырап, трансформацияға ұмтылуымен байланысты. Кейбір компаниялар кремний карбидін зерттеу және өндіруді бастау үшін Германиядан тиісті жабдықты енгізді.ZPC реакциялық агломерациялық кремний карбидінің ең ірі өндірушілерінің бірі болып табылады.
Жіберу уақыты: 09 қараша 2024 ж