Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, semikonduktor sebatian silikon karbida telah mendapat perhatian meluas dalam industri. Walau bagaimanapun, sebagai bahan berprestasi tinggi, silikon karbida hanya sebahagian kecil daripada peranti elektronik (diod, peranti kuasa). Ia juga boleh digunakan sebagai bahan pengkakis, bahan pemotong, bahan struktur, bahan optik, pembawa pemangkin dan banyak lagi. Hari ini, kami memperkenalkan seramik silikon karbida terutamanya, yang mempunyai kelebihan kestabilan kimia, rintangan suhu tinggi, rintangan haus, rintangan kakisan, kekonduksian terma yang tinggi, pekali pengembangan terma yang rendah, ketumpatan rendah dan kekuatan mekanikal yang tinggi. Ia digunakan secara meluas dalam bidang seperti jentera kimia, perlindungan tenaga dan alam sekitar, semikonduktor, metalurgi, pertahanan negara dan industri ketenteraan.
Silikon karbida (SiC)mengandungi silikon dan karbon, dan merupakan sebatian struktur berbilang jenis yang tipikal, terutamanya merangkumi dua bentuk kristal: α – SiC (jenis stabil suhu tinggi) dan β – SiC (jenis stabil suhu rendah). Terdapat lebih daripada 200 berbilang jenis secara keseluruhan, antaranya 3C SiC bagi β – SiC dan 2H SiC, 4H SiC, 6H SiC, dan 15R SiC bagi α – SiC adalah wakilnya.
Struktur Pelbagai Badan Rajah SiC
Apabila suhu di bawah 1600 ℃, SiC wujud dalam bentuk β – SiC dan boleh disediakan daripada campuran silikon dan karbon yang ringkas pada sekitar 1450 ℃. Apabila suhu melebihi 1600 ℃, β – SiC perlahan-lahan berubah menjadi pelbagai polimorf α – SiC. 4H SiC mudah dihasilkan pada sekitar 2000 ℃; Kedua-dua polimorf 6H dan 15R memerlukan suhu tinggi melebihi 2100 ℃ untuk pembentukan yang mudah; 6H SiC boleh kekal sangat stabil walaupun pada suhu melebihi 2200 ℃, menjadikannya digunakan secara meluas dalam aplikasi perindustrian.
Karbida silikon tulen ialah kristal tidak berwarna dan lutsinar, manakala karbida silikon perindustrian boleh menjadi tidak berwarna, kuning pucat, hijau muda, hijau tua, biru muda, biru tua, atau hitam, dengan tahap ketelusan yang semakin berkurangan. Industri pelelas mengkategorikan silikon karbida kepada dua jenis berdasarkan warna: karbida silikon hitam dan karbida silikon hijau. Karbida silikon tidak berwarna hingga hijau tua dikelaskan sebagai karbida silikon hijau, manakala karbida silikon biru muda hingga hitam dikelaskan sebagai karbida silikon hitam. Karbida silikon hitam dan karbida silikon hijau kedua-duanya ialah kristal heksagon alfa SiC, dan serbuk mikro karbida silikon hijau biasanya digunakan sebagai bahan mentah untuk seramik karbida silikon.
Prestasi Seramik Silikon Karbida yang Disediakan melalui Proses Berbeza
Walau bagaimanapun, seramik silikon karbida mempunyai kelemahan iaitu keliatan patah yang rendah dan kerapuhan yang tinggi. Oleh itu, dalam beberapa tahun kebelakangan ini, seramik komposit berasaskan seramik silikon karbida, seperti tetulang gentian (atau misai), pengukuhan penyebaran zarah heterogen, dan bahan berfungsi kecerunan, telah muncul secara berturut-turut, meningkatkan keliatan dan kekuatan bahan individu.
Sebagai bahan suhu tinggi seramik struktur berprestasi tinggi, seramik silikon karbida telah semakin banyak digunakan dalam relau suhu tinggi, metalurgi keluli, petrokimia, elektronik mekanikal, aeroangkasa, tenaga dan perlindungan alam sekitar, tenaga nuklear, automobil dan bidang lain.
Pada tahun 2022, saiz pasaran seramik struktur silikon karbida di China dijangka mencecah 18.2 bilion yuan. Dengan pengembangan selanjutnya bidang aplikasi dan keperluan pertumbuhan hiliran, dianggarkan saiz pasaran seramik struktur silikon karbida akan mencecah 29.6 bilion yuan menjelang 2025.
Pada masa hadapan, dengan peningkatan kadar penembusan kenderaan tenaga baharu, tenaga, industri, komunikasi dan bidang lain, serta keperluan yang semakin ketat untuk komponen mekanikal atau komponen elektronik berketepatan tinggi, rintangan haus tinggi, dan kebolehpercayaan tinggi dalam pelbagai bidang, saiz pasaran produk seramik silikon karbida dijangka terus berkembang, antaranya kenderaan tenaga baharu dan fotovoltaik merupakan bidang pembangunan yang penting.
Seramik silikon karbida digunakan dalam tanur seramik kerana sifat mekanikal suhu tinggi, rintangan api dan rintangan kejutan haba yang sangat baik. Antaranya, tanur penggelek terutamanya digunakan untuk pengeringan, pensinteran dan rawatan haba bahan elektrod positif bateri litium-ion, bahan elektrod negatif dan elektrolit. Bahan elektrod positif dan negatif bateri litium sangat diperlukan untuk kenderaan tenaga baharu. Perabot tanur seramik silikon karbida merupakan komponen utama tanur, yang boleh meningkatkan kapasiti pengeluaran tanur dan mengurangkan penggunaan tenaga dengan ketara.
Produk seramik silikon karbida juga digunakan secara meluas dalam pelbagai komponen automotif. Di samping itu, peranti SiC terutamanya digunakan dalam PCU (unit kawalan kuasa, seperti DC/DC atas kapal) dan OBC (unit pengecas) kenderaan tenaga baharu. Peranti SiC boleh mengurangkan berat dan isipadu peralatan PCU, mengurangkan kehilangan suis, dan meningkatkan suhu kerja dan kecekapan sistem peranti; Ia juga mungkin untuk meningkatkan tahap kuasa unit, memudahkan struktur litar, meningkatkan ketumpatan kuasa, dan meningkatkan kelajuan pengecasan semasa pengecasan OBC. Pada masa ini, banyak syarikat kereta di seluruh dunia telah menggunakan silikon karbida dalam pelbagai model, dan penggunaan silikon karbida secara besar-besaran telah menjadi trend.
Apabila seramik silikon karbida digunakan sebagai bahan pembawa utama dalam proses pengeluaran sel fotovoltaik, produk yang terhasil seperti sokongan bot, kotak bot dan kelengkapan paip mempunyai kestabilan terma yang baik, tidak berubah bentuk apabila digunakan pada suhu tinggi dan tidak menghasilkan bahan pencemar berbahaya. Ia boleh menggantikan sokongan bot kuarza, kotak bot dan kelengkapan paip yang biasa digunakan, dan mempunyai kelebihan kos yang ketara.
Di samping itu, prospek pasaran untuk peranti kuasa silikon karbida fotovoltaik adalah luas. Bahan SiC mempunyai ciri-ciri rintangan, cas get dan cas pemulihan terbalik yang lebih rendah. Menggunakan Mosfet SiC atau Mosfet SiC yang digabungkan dengan penyongsang fotovoltaik SiC SBD boleh meningkatkan kecekapan penukaran daripada 96% kepada lebih 99%, mengurangkan kehilangan tenaga sebanyak lebih daripada 50% dan meningkatkan hayat kitaran peralatan sebanyak 50 kali ganda.
Sintesis seramik silikon karbida boleh dikesan kembali ke tahun 1890-an, apabila silikon karbida digunakan terutamanya untuk bahan pengisaran mekanikal dan bahan refraktori. Dengan perkembangan teknologi pengeluaran, produk SiC berteknologi tinggi telah dibangunkan secara meluas, dan negara-negara di seluruh dunia memberi lebih perhatian kepada perindustrian seramik canggih. Mereka tidak lagi berpuas hati dengan penyediaan seramik silikon karbida tradisional. Perusahaan yang menghasilkan seramik berteknologi tinggi berkembang dengan lebih pesat, terutamanya di negara maju di mana fenomena ini lebih ketara. Pengilang asing terutamanya termasuk 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, dan sebagainya.
Perkembangan silikon karbida di China agak lewat berbanding negara maju seperti Eropah dan Amerika. Sejak relau perindustrian pertama untuk pembuatan SiC dibina di Kilang Roda Pengisar Pertama pada Jun 1951, China mula menghasilkan silikon karbida. Pengilang domestik seramik silikon karbida kebanyakannya tertumpu di Bandar Weifang, Wilayah Shandong. Menurut golongan profesional, ini kerana perusahaan perlombongan arang batu tempatan menghadapi muflis dan sedang berusaha untuk transformasi. Sesetengah syarikat telah memperkenalkan peralatan berkaitan dari Jerman untuk mula menyelidik dan menghasilkan silikon karbida.ZPC merupakan salah satu pengeluar terbesar silikon karbida sinter tindak balas.
Masa siaran: 9-Nov-2024