W ostatnich latach półprzewodniki z węglika krzemu zyskały szerokie zainteresowanie w przemyśle. Jednak jako materiał o wysokiej wydajności, węglik krzemu stanowi jedynie niewielki fragment urządzeń elektronicznych (diody, urządzenia mocy). Może być również stosowany jako materiał ścierny, materiał tnący, materiał konstrukcyjny, materiał optyczny, nośnik katalizatorów i wiele innych. Obecnie oferujemy głównie ceramikę z węglika krzemu, która charakteryzuje się stabilnością chemiczną, odpornością na wysokie temperatury, odpornością na zużycie, odpornością na korozję, wysoką przewodnością cieplną, niskim współczynnikiem rozszerzalności cieplnej, niską gęstością i wysoką wytrzymałością mechaniczną. Jest ona szeroko stosowana w takich dziedzinach jak przemysł chemiczny, energetyka i ochrona środowiska, półprzewodniki, metalurgia, obronność narodowa i przemysł zbrojeniowy.
Węglik krzemu (SiC)Zawiera krzem i węgiel i jest typowym związkiem strukturalnym o wielu formach, obejmującym głównie dwie formy krystaliczne: α-SiC (stabilny w wysokiej temperaturze) i β-SiC (stabilny w niskiej temperaturze). Istnieje łącznie ponad 200 form wielokrystalicznych, wśród których reprezentatywne są 3C SiC β-SiC oraz 2H SiC, 4H SiC, 6H SiC i 15R SiC α-SiC.
Rysunek struktury wielobryłowej SiC
W temperaturach poniżej 1600°C SiC występuje w postaci β-SiC i można go uzyskać z prostej mieszanki krzemu i węgla w temperaturze około 1450°C. Po przekroczeniu 1600°C β-SiC powoli przekształca się w różne polimorfy α-SiC. 4H SiC łatwo powstaje w temperaturze około 2000°C; polimorfy 6H i 15R wymagają wysokich temperatur powyżej 2100°C do łatwego formowania; 6H SiC może zachować wysoką stabilność nawet w temperaturach przekraczających 2200°C, co czyni go szeroko stosowanym w zastosowaniach przemysłowych.
Czysty węglik krzemu jest bezbarwnym i przezroczystym kryształem, podczas gdy przemysłowy węglik krzemu może być bezbarwny, jasnożółty, jasnozielony, ciemnozielony, jasnoniebieski, ciemnoniebieski, a nawet czarny, z malejącym poziomem przezroczystości. W przemyśle materiałów ściernych węglik krzemu dzieli się na dwa rodzaje w zależności od koloru: czarny węglik krzemu i zielony węglik krzemu. Bezbarwny do ciemnozielonego węglik krzemu jest klasyfikowany jako zielony węglik krzemu, a jasnoniebieski do czarnego jako czarny węglik krzemu. Czarny węglik krzemu i zielony węglik krzemu to heksagonalne kryształy alfa SiC, a zielony mikroproszek węglika krzemu jest powszechnie stosowany jako surowiec do produkcji ceramiki z węglika krzemu.
Wydajność ceramiki z węglika krzemu przygotowanej różnymi procesami
Ceramika z węglika krzemu ma jednak tę wadę, że charakteryzuje się niską odpornością na pękanie i wysoką kruchością. Dlatego w ostatnich latach stopniowo pojawiły się kompozyty ceramiczne na bazie ceramiki z węglika krzemu, takie jak materiały wzmacniające włókna (lub wiskery), materiały wzmacniające dyspersją cząstek heterogenicznych oraz materiały o gradientowych właściwościach funkcjonalnych, które poprawiają wytrzymałość i wytrzymałość poszczególnych materiałów.
Jako wysokowydajny ceramiczny materiał konstrukcyjny do wysokich temperatur, ceramika węglika krzemu jest coraz częściej stosowana w piecach wysokotemperaturowych, metalurgii stali, przemyśle petrochemicznym, elektronice mechanicznej, przemyśle lotniczym, energetyce i ochronie środowiska, energetyce jądrowej, przemyśle samochodowym i innych dziedzinach.
Przewiduje się, że w 2022 roku wartość rynku ceramiki konstrukcyjnej z węglika krzemu w Chinach osiągnie 18,2 mld juanów. Wraz z dalszą ekspansją obszarów zastosowań i potrzebami rozwoju downstream, szacuje się, że do 2025 roku wartość rynku ceramiki konstrukcyjnej z węglika krzemu osiągnie 29,6 mld juanów.
W przyszłości, biorąc pod uwagę rosnącą penetrację rynku nowych pojazdów energetycznych, energetyki, przemysłu, komunikacji i innych dziedzin, a także coraz bardziej rygorystyczne wymagania dotyczące wysokiej precyzji, odporności na zużycie i niezawodności komponentów mechanicznych lub elektronicznych w różnych dziedzinach, można się spodziewać dalszego wzrostu rynku produktów ceramicznych z węglika krzemu, a ważnymi obszarami rozwoju są nowe pojazdy energetyczne i fotowoltaika.
Ceramika z węglika krzemu jest stosowana w piecach ceramicznych ze względu na doskonałe właściwości mechaniczne w wysokich temperaturach, ognioodporność i odporność na szok termiczny. Piece rolkowe służą głównie do suszenia, spiekania i obróbki cieplnej materiałów elektrod dodatnich i ujemnych akumulatorów litowo-jonowych oraz elektrolitów. Materiały elektrod dodatnich i ujemnych akumulatorów litowych są niezbędne w pojazdach o nowych silnikach. Wyposażenie pieców ceramicznych z węglika krzemu jest kluczowym elementem pieców, który może zwiększyć wydajność produkcji i znacząco zmniejszyć zużycie energii.
Wyroby ceramiczne z węglika krzemu są również szeroko stosowane w różnych komponentach motoryzacyjnych. Ponadto, elementy SiC są wykorzystywane głównie w PCU (jednostkach sterowania mocą, takich jak pokładowe układy DC/DC) i OBC (jednostkach ładowania) pojazdów elektrycznych. Elementy SiC pozwalają na redukcję masy i objętości urządzeń PCU, redukcję strat przełączania oraz poprawę temperatury pracy i wydajności systemu. Możliwe jest również zwiększenie mocy jednostki, uproszczenie struktury obwodów, poprawa gęstości mocy i przyspieszenie ładowania OBC. Obecnie wiele firm samochodowych na całym świecie stosuje węglik krzemu w wielu modelach, a jego masowe zastosowanie stało się trendem.
Zastosowanie ceramiki z węglika krzemu jako kluczowego materiału nośnego w procesie produkcji ogniw fotowoltaicznych pozwala uzyskać produkty, takie jak wsporniki łodzi, skrzynki łodzi i kształtki rurowe, charakteryzujące się dobrą stabilnością termiczną, nie odkształcają się pod wpływem wysokich temperatur i nie wytwarzają szkodliwych zanieczyszczeń. Mogą one zastąpić powszechnie stosowane kwarcowe wsporniki łodzi, skrzynki łodzi i kształtki rurowe, a także znacząco obniżyć koszty.
Ponadto perspektywy rynkowe dla fotowoltaicznych urządzeń zasilających z węglika krzemu są szerokie. Materiały SiC charakteryzują się niższą rezystancją na bramce, niższym ładunkiem i niższym ładunkiem zwrotnym. Zastosowanie tranzystorów SiC MOSFET lub SiC MOSFET w połączeniu z falownikami fotowoltaicznymi SiC SBD może zwiększyć sprawność konwersji z 96% do ponad 99%, zmniejszyć straty energii o ponad 50% i wydłużyć żywotność urządzenia nawet 50-krotnie.
Początki syntezy ceramiki z węglika krzemu sięgają lat 90. XIX wieku, kiedy to węglik krzemu był stosowany głównie do materiałów do mechanicznego mielenia i materiałów ogniotrwałych. Wraz z rozwojem technologii produkcji, zaawansowane technologicznie produkty z węglika krzemu (SiC) zostały szeroko rozpowszechnione, a kraje na całym świecie zwracają coraz większą uwagę na industrializację zaawansowanej ceramiki. Nie zadowalają się już one wytwarzaniem tradycyjnej ceramiki z węglika krzemu. Przedsiębiorstwa produkujące zaawansowaną technologicznie ceramikę rozwijają się coraz szybciej, szczególnie w krajach rozwiniętych, gdzie zjawisko to jest bardziej znaczące. Do zagranicznych producentów należą głównie 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 itp.
Rozwój węglika krzemu w Chinach był stosunkowo późny w porównaniu z krajami rozwiniętymi, takimi jak Europa i Ameryka. Od czasu wybudowania pierwszego pieca przemysłowego do produkcji węglika krzemu (SiC) w pierwszej fabryce ściernic w czerwcu 1951 roku, Chiny rozpoczęły produkcję węglika krzemu. Krajowi producenci ceramiki z węglika krzemu koncentrują się głównie w mieście Weifang w prowincji Szantung. Według specjalistów, wynika to z faktu, że lokalne przedsiębiorstwa górnicze stoją w obliczu bankructwa i dążą do transformacji. Niektóre firmy sprowadziły odpowiedni sprzęt z Niemiec, aby rozpocząć badania i produkcję węglika krzemu.ZPC jest jednym z największych producentów węglika krzemu spiekanego reaktywnie.
Czas publikacji: 09-11-2024