Nos últimos anos, os semicondutores compostos de carboneto de silício têm recebido ampla atenção na indústria. No entanto, como um material de alto desempenho, o carboneto de silício é apenas uma pequena parte de dispositivos eletrônicos (diodos, dispositivos de potência). Ele também pode ser usado como abrasivos, materiais de corte, materiais estruturais, materiais ópticos, portadores de catalisadores e muito mais. Hoje, introduzimos principalmente cerâmicas de carboneto de silício, que apresentam as vantagens de estabilidade química, resistência a altas temperaturas, resistência ao desgaste, resistência à corrosão, alta condutividade térmica, baixo coeficiente de expansão térmica, baixa densidade e alta resistência mecânica. Elas são amplamente utilizadas em áreas como máquinas químicas, energia e proteção ambiental, semicondutores, metalurgia, defesa nacional e indústria militar.
Carboneto de silício (SiC)Contém silício e carbono e é um composto estrutural multitipo típico, incluindo principalmente duas formas cristalinas: α-SiC (estável em altas temperaturas) e β-SiC (estável em baixas temperaturas). Existem mais de 200 multitipos no total, entre os quais o SiC 3C do β-SiC e os SiC 2H, 4H, 6H e 15R do α-SiC são representativos.
Figura Estrutura Multicorpo de SiC
Em temperaturas abaixo de 1600 °C, o SiC existe na forma de β-SiC e pode ser preparado a partir de uma mistura simples de silício e carbono a cerca de 1450 °C. Quando a temperatura excede 1600 °C, o β-SiC se transforma lentamente em vários polimorfos de α-SiC. O 4H-SiC é facilmente gerado a cerca de 2000 °C; tanto os polimorfos 6H quanto 15R requerem altas temperaturas acima de 2100 °C para fácil formação; o 6H-SiC pode permanecer muito estável mesmo em temperaturas superiores a 2200 °C, tornando-o amplamente utilizado em aplicações industriais.
O carboneto de silício puro é um cristal incolor e transparente, enquanto o carboneto de silício industrial pode ser incolor, amarelo-claro, verde-claro, verde-escuro, azul-claro, azul-escuro ou até mesmo preto, com níveis de transparência decrescentes. A indústria abrasiva classifica o carboneto de silício em dois tipos com base na cor: carboneto de silício preto e carboneto de silício verde. O carboneto de silício incolor a verde-escuro é classificado como carboneto de silício verde, enquanto o carboneto de silício azul-claro a preto é classificado como carboneto de silício preto. O carboneto de silício preto e o carboneto de silício verde são ambos cristais hexagonais de alfa SiC, e o micropó de carboneto de silício verde é geralmente usado como matéria-prima para cerâmicas de carboneto de silício.
Desempenho de Cerâmicas de Carboneto de Silício Preparadas por Diferentes Processos
No entanto, as cerâmicas de carboneto de silício apresentam a desvantagem de baixa tenacidade à fratura e alta fragilidade. Portanto, nos últimos anos, surgiram sucessivamente cerâmicas compósitas à base de carboneto de silício, como reforço de fibra (ou whisker), reforço por dispersão de partículas heterogêneas e materiais com função gradiente, melhorando a tenacidade e a resistência de materiais individuais.
Como um material cerâmico estrutural de alto desempenho e alta temperatura, a cerâmica de carboneto de silício tem sido cada vez mais aplicada em fornos de alta temperatura, metalurgia do aço, petroquímica, eletrônica mecânica, aeroespacial, proteção energética e ambiental, energia nuclear, automóveis e outros campos.
Em 2022, espera-se que o tamanho do mercado de cerâmicas estruturais de carboneto de silício na China atinja 18,2 bilhões de yuans. Com a expansão adicional dos campos de aplicação e as necessidades de crescimento subsequente, estima-se que o tamanho do mercado de cerâmicas estruturais de carboneto de silício atinja 29,6 bilhões de yuans até 2025.
No futuro, com a crescente taxa de penetração de novos veículos de energia, energia, indústria, comunicação e outros campos, bem como os requisitos cada vez mais rigorosos para componentes mecânicos ou eletrônicos de alta precisão, alta resistência ao desgaste e alta confiabilidade em vários campos, espera-se que o tamanho do mercado de produtos cerâmicos de carboneto de silício continue a se expandir, entre os quais veículos de nova energia e energia fotovoltaica são áreas importantes de desenvolvimento.
Cerâmicas de carboneto de silício são utilizadas em fornos cerâmicos devido às suas excelentes propriedades mecânicas em altas temperaturas, resistência ao fogo e ao choque térmico. Entre eles, os fornos de rolos são usados principalmente para secagem, sinterização e tratamento térmico de materiais de eletrodos positivos, materiais de eletrodos negativos e eletrólitos de baterias de íons de lítio. Materiais de eletrodos positivos e negativos de baterias de lítio são indispensáveis para veículos de nova energia. A estrutura de cerâmica de carboneto de silício para fornos é um componente essencial dos fornos, o que pode aumentar a capacidade de produção do forno e reduzir significativamente o consumo de energia.
Produtos cerâmicos de carboneto de silício também são amplamente utilizados em diversos componentes automotivos. Além disso, os dispositivos de SiC são usados principalmente em PCUs (unidades de controle de potência, como CC/CC a bordo) e OBCs (unidades de carregamento) de veículos de nova energia. Os dispositivos de SiC podem reduzir o peso e o volume dos equipamentos da PCU, reduzir as perdas de comutação e melhorar a temperatura de operação e a eficiência do sistema dos dispositivos. Também é possível aumentar o nível de potência da unidade, simplificar a estrutura do circuito, melhorar a densidade de potência e aumentar a velocidade de carregamento durante o carregamento OBC. Atualmente, muitas montadoras ao redor do mundo utilizam carboneto de silício em diversos modelos, e a adoção em larga escala do carboneto de silício tornou-se uma tendência.
Quando cerâmicas de carboneto de silício são utilizadas como materiais de suporte essenciais no processo de produção de células fotovoltaicas, os produtos resultantes, como suportes para barcos, caixas para barcos e conexões para tubos, apresentam boa estabilidade térmica, não se deformam quando usados em altas temperaturas e não produzem poluentes nocivos. Eles podem substituir os suportes para barcos, caixas para barcos e conexões para tubos de quartzo comumente usados, e apresentam vantagens significativas em termos de custo.
Além disso, as perspectivas de mercado para dispositivos fotovoltaicos de carboneto de silício são amplas. Os materiais de SiC apresentam características mais baixas de resistência, carga de porta e carga de recuperação reversa. O uso de SiC MOSFET ou SiC MOSFET combinado com inversores fotovoltaicos SiC SBD pode aumentar a eficiência de conversão de 96% para mais de 99%, reduzir a perda de energia em mais de 50% e aumentar a vida útil do equipamento em 50 vezes.
A síntese de cerâmicas de carboneto de silício remonta à década de 1890, quando o carboneto de silício era usado principalmente para materiais de retificação mecânica e materiais refratários. Com o desenvolvimento da tecnologia de produção, produtos de SiC de alta tecnologia foram amplamente desenvolvidos, e países ao redor do mundo estão prestando mais atenção à industrialização de cerâmicas avançadas. Eles não estão mais satisfeitos com a preparação de cerâmicas tradicionais de carboneto de silício. As empresas que produzem cerâmicas de alta tecnologia estão se desenvolvendo mais rapidamente, especialmente em países desenvolvidos, onde esse fenômeno é mais significativo. Os fabricantes estrangeiros incluem principalmente 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, etc.
O desenvolvimento do carboneto de silício na China ocorreu relativamente tarde em comparação com países desenvolvidos como Europa e América. Desde a construção do primeiro forno industrial para a fabricação de SiC na Primeira Fábrica de Rebolos, em junho de 1951, a China começou a produzir carboneto de silício. Os fabricantes nacionais de cerâmicas de carboneto de silício concentram-se principalmente na cidade de Weifang, província de Shandong. Segundo especialistas, isso se deve ao fato de as mineradoras de carvão locais estarem enfrentando falência e buscando transformação. Algumas empresas trouxeram equipamentos relevantes da Alemanha para iniciar a pesquisa e a produção de carboneto de silício.A ZPC é uma das maiores fabricantes de carboneto de silício sinterizado por reação.
Horário da postagem: 09/11/2024