Дар солҳои охир, нимноқилҳои пайвастагии карбиди кремний дар саноат таваҷҷӯҳи васеъро ба худ ҷалб кардаанд. Аммо, ҳамчун маводи баландсифат, карбиди кремний танҳо як қисми ночизи дастгоҳҳои электронӣ (диодҳо, дастгоҳҳои барқӣ) мебошад. Он инчунин метавонад ҳамчун абразивҳо, маводҳои буридан, маводҳои сохторӣ, маводҳои оптикӣ, интиқолдиҳандаҳои катализатор ва ғайра истифода шавад. Имрӯз мо асосан сафолҳои карбиди кремнийро муаррифӣ мекунем, ки бартариҳои устувории кимиёвӣ, муқовимат ба ҳарорати баланд, муқовимат ба фарсудашавӣ, муқовимат ба зангзанӣ, гузаронандагии баланди гармӣ, коэффитсиенти пасти васеъшавии гармӣ, зичии паст ва қувваи баланди механикӣ доранд. Онҳо дар соҳаҳо ба монанди мошинсозии кимиёвӣ, энергетика ва ҳифзи муҳити зист, нимноқилҳо, металлургия, мудофиаи миллӣ ва саноати ҳарбӣ васеъ истифода мешаванд.
Карбиди кремний (SiC)дорои кремний ва карбон буда, як пайвастагии сохтории бисёрнамуди маъмулӣ мебошад, ки асосан ду шакли кристаллиро дар бар мегирад: α – SiC (навъи устувори ҳарорати баланд) ва β – SiC (навъи устувори ҳарорати паст). Дар маҷмӯъ зиёда аз 200 намуди бисёрнамуд мавҷуд аст, ки дар байни онҳо 3C SiC аз β – SiC ва 2H SiC, 4H SiC, 6H SiC ва 15R SiC аз α – SiC намояндагӣ мекунанд.
Сохтори бисёрҷисмаи SiC
Вақте ки ҳарорат аз 1600 ℃ пасттар аст, SiC дар шакли β – SiC вуҷуд дорад ва онро аз омехтаи оддии кремний ва карбон дар тақрибан 1450 ℃ тайёр кардан мумкин аст. Вақте ки ҳарорат аз 1600 ℃ зиёд аст, β – SiC оҳиста-оҳиста ба полиморфҳои гуногуни α – SiC табдил меёбад. 4H SiC дар тақрибан 2000 ℃ ба осонӣ тавлид мешавад; Ҳам полиморфҳои 6H ва ҳам 15R барои ташаккули осон ҳарорати баландтар аз 2100 ℃ талаб мекунанд; 6H SiC метавонад ҳатто дар ҳарорати аз 2200 ℃ зиёд хеле устувор боқӣ монад, ки онро дар замимаҳои саноатӣ васеъ истифода мебарад.
Карбиди кремнийи холис кристалли беранг ва шаффоф аст, дар ҳоле ки карбиди кремнийи саноатӣ метавонад беранг, зарди саманд, сабзи равшан, сабзи тира, кабуди равшан, кабуди тира ё ҳатто сиёҳ бошад ва сатҳи шаффофияти он коҳиш ёбад. Саноати абразив карбиди кремнийро вобаста ба ранг ба ду намуд тақсим мекунад: карбиди кремнийи сиёҳ ва карбиди кремнийи сабз. Карбиди кремнийи беранг то сабзи тира ҳамчун карбиди кремнийи сабз тасниф мешавад, дар ҳоле ки карбиди кремнийи кабуди равшан то сиёҳ ҳамчун карбиди кремнийи сиёҳ тасниф мешавад. Карбиди кремнийи сиёҳ ва карбиди кремнийи сабз ҳарду кристаллҳои шашкунҷаи алфа SiC мебошанд ва хокаи микрокарбиди кремнийи сабз одатан ҳамчун ашёи хом барои сафолҳои карбиди кремний истифода мешавад.
Самаранокии керамикаи карбидии силикон бо равандҳои гуногун омода карда шудааст
Аммо, сафолҳои карбидии кремний камбудии устувории пасти шикастагӣ ва шикастагии баландро доранд. Аз ин рӯ, дар солҳои охир сафолҳои композитӣ дар асоси сафолҳои карбидии кремний, ба монанди тақвияти нах (ё мӯйлаб), тақвияти парокандагии зарраҳои гетерогенӣ ва маводҳои функсионалии градиентӣ, пайдарпай пайдо шуданд, ки устуворӣ ва мустаҳкамии маводҳои алоҳидаро беҳтар карданд.
Ҳамчун як маводи сохтории керамикии баландсифат барои ҳарорати баланд, сафолҳои карбидии кремний дар кӯраҳои ҳарорати баланд, металлургияи пӯлод, нафт кимиё, электроникаи механикӣ, аэрокосмос, энергетика ва ҳифзи муҳити зист, энергияи ҳастаӣ, автомобилсозӣ ва дигар соҳаҳо бештар истифода мешаванд.
Интизор меравад, ки дар соли 2022 ҳаҷми бозори сафолҳои сохтории карбидии кремний дар Чин ба 18,2 миллиард юан бирасад. Бо густариши минбаъдаи соҳаҳои татбиқ ва ниёзҳои афзоиши минбаъда, тахмин зада мешавад, ки ҳаҷми бозори сафолҳои сохтории карбидии кремний то соли 2025 ба 29,6 миллиард юан бирасад.
Дар оянда, бо афзоиши суръати воридшавии мошинҳои нави энергетикӣ, энергетика, саноат, коммуникатсия ва дигар соҳаҳо, инчунин талаботи рӯзафзун барои ҷузъҳои механикӣ ё ҷузъҳои электронӣ, ки дақиқии баланд, муқовимати баланди фарсудашавӣ ва эътимоднокии баланд доранд, дар соҳаҳои гуногун, интизор меравад, ки ҳаҷми бозори маҳсулоти керамикии карбидии кремний васеъ шавад, ки дар байни онҳо мошинҳои нави энергетикӣ ва фотоэлектрикӣ самтҳои муҳими рушд мебошанд.
Сафолҳои карбиди кремний дар кӯраҳои сафолӣ аз сабаби хосиятҳои аълои механикии ҳарорати баланд, муқовимат ба оташ ва муқовимат ба зарбаи гармӣ истифода мешаванд. Дар байни онҳо, кӯраҳои ғалтакӣ асосан барои хушк кардан, пухтан ва коркарди гармии маводҳои электроди мусбати батареяи литий-ион, маводҳои электроди манфӣ ва электролитҳо истифода мешаванд. Маводҳои электроди мусбат ва манфӣ бо батареяи литий барои мошинҳои нави энергетикӣ муҳиманд. Мебелҳои кӯраҳои сафолии кремний-карбидӣ ҷузъи калидии кӯраҳо мебошанд, ки метавонанд иқтидори истеҳсолии кӯраро беҳтар кунанд ва истеъмоли энергияро ба таври назаррас кам кунанд.
Маҳсулоти сафолии карбиди кремний низ дар қисмҳои гуногуни автомобилӣ ба таври васеъ истифода мешаванд. Ғайр аз ин, дастгоҳҳои SiC асосан дар PCU (блокҳои идоракунии қувва, ба монанди DC/DC дар дохили мошин) ва OBC (блокҳои пуркунӣ)-и мошинҳои нави энергетикӣ истифода мешаванд. Дастгоҳҳои SiC метавонанд вазн ва ҳаҷми таҷҳизоти PCU-ро кам кунанд, талафоти гузаришро кам кунанд ва ҳарорати корӣ ва самаранокии системаро дар дастгоҳҳо беҳтар кунанд; инчунин имкон дорад, ки сатҳи қувваро дар дастгоҳ афзоиш диҳанд, сохтори схемаро содда кунанд, зичии қувваро беҳтар кунанд ва суръати пуркуниро ҳангоми пуркунии OBC афзоиш диҳанд. Дар айни замон, бисёр ширкатҳои автомобилӣ дар саросари ҷаҳон карбиди кремнийро дар моделҳои гуногун истифода кардаанд ва қабули васеъмиқёси карбиди кремний ба як тамоюл табдил ёфтааст.
Вақте ки сафолҳои карбидии кремний ҳамчун маводи асосии интиқолдиҳанда дар раванди истеҳсоли ҳуҷайраҳои фотоэлектрикӣ истифода мешаванд, маҳсулоти ҳосилшуда, ба монанди такягоҳҳои қаиқ, қуттиҳои қаиқ ва арматураҳои қубур, устувории хуби гармӣ доранд, ҳангоми истифода дар ҳарорати баланд деформатсия намешаванд ва ифлоскунандаҳои зараровар ба вуҷуд намеоранд. Онҳо метавонанд такягоҳҳои қаиқҳои кварсии маъмулан истифодашаванда, қуттиҳои қаиқ ва арматураҳои қубурро иваз кунанд ва бартариҳои назарраси хароҷот доранд.
Илова бар ин, дурнамои бозор барои дастгоҳҳои барқии кремнийи фотоэлектрикӣ васеъ аст. Маводҳои SiC дорои хусусиятҳои муқовимати пасттар, заряди дарвоза ва заряди барқароркунии баръакс мебошанд. Истифодаи SiC Mosfet ё SiC Mosfet дар якҷоягӣ бо инверторҳои фотоэлектрикии SiC SBD метавонад самаранокии табдилдиҳиро аз 96% то беш аз 99% афзоиш диҳад, талафоти энергияро беш аз 50% кам кунад ва мӯҳлати кори таҷҳизотро 50 маротиба зиёд кунад.
Синтези сафолҳои карбиди кремнийро метавон ба солҳои 1890-ум баргардонд, вақте ки карбиди кремний асосан барои масолеҳи майдакунии механикӣ ва маводҳои оташгиранда истифода мешуд. Бо рушди технологияи истеҳсолот, маҳсулоти технологияи баланди SiC ба таври васеъ таҳия шудаанд ва кишварҳои ҷаҳон ба саноатикунонии сафолҳои пешрафта таваҷҷӯҳи бештар медиҳанд. Онҳо дигар аз тайёр кардани сафолҳои анъанавии карбиди кремний қаноатманд нестанд. Корхонаҳое, ки сафолҳои технологияи баланд истеҳсол мекунанд, махсусан дар кишварҳои пешрафта, ки ин падида бештар назаррас аст, босуръаттар рушд мекунанд. Истеҳсолкунандагони хориҷӣ асосан 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 ва ғайраро дар бар мегиранд.
Рушди карбиди кремний дар Чин нисбат ба кишварҳои пешрафта ба монанди Аврупо ва Амрико нисбатан дертар буд. Аз замони сохта шудани аввалин кӯраи саноатӣ барои истеҳсоли SiC дар корхонаи якуми чархи сайқалдиҳӣ дар моҳи июни соли 1951, Чин ба истеҳсоли карбиди кремний шурӯъ кард. Истеҳсолкунандагони ватании сафолҳои карбиди кремний асосан дар шаҳри Вэйфан, музофоти Шандун мутамарказ шудаанд. Ба гуфтаи мутахассисон, ин аз он сабаб аст, ки корхонаҳои маҳаллии истихроҷи ангишт бо муфлисшавӣ рӯбарӯ ҳастанд ва дар ҷустуҷӯи тағйирот ҳастанд. Баъзе ширкатҳо таҷҳизоти дахлдорро аз Олмон барои оғоз кардани таҳқиқот ва истеҳсоли карбиди кремний ворид кардаанд.ZPC яке аз бузургтарин истеҳсолкунандагони карбиди кремнийи реактивӣ мебошад.
Вақти нашр: 09 ноябри соли 2024