ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา สารกึ่งตัวนำซิลิคอนคาร์ไบด์ได้รับความสนใจอย่างกว้างขวางในอุตสาหกรรม อย่างไรก็ตาม ในฐานะวัสดุประสิทธิภาพสูง ซิลิคอนคาร์ไบด์เป็นเพียงส่วนประกอบเล็กๆ ของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ (ไดโอด อุปกรณ์ไฟฟ้า) นอกจากนี้ยังสามารถใช้เป็นวัสดุขัด วัสดุตัด วัสดุโครงสร้าง วัสดุออปติคัล ตัวเร่งปฏิกิริยา และอื่นๆ อีกมากมาย ปัจจุบัน เรานำเสนอเซรามิกซิลิคอนคาร์ไบด์เป็นหลัก ซึ่งมีข้อดีคือมีความเสถียรทางเคมี ทนต่ออุณหภูมิสูง ทนต่อการสึกหรอ ทนต่อการกัดกร่อน การนำความร้อนสูง ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนต่ำ ความหนาแน่นต่ำ และความแข็งแรงเชิงกลสูง ซิลิคอนคาร์ไบด์ถูกนำไปใช้อย่างแพร่หลายในสาขาต่างๆ เช่น เครื่องจักรเคมี พลังงานและการปกป้องสิ่งแวดล้อม เซมิคอนดักเตอร์ โลหะวิทยา การป้องกันประเทศ และอุตสาหกรรมการทหาร
ซิลิกอนคาร์ไบด์ (SiC)ประกอบด้วยซิลิคอนและคาร์บอน และเป็นสารประกอบโครงสร้างหลายชนิดทั่วไป ประกอบด้วยผลึกสองรูปแบบหลัก ได้แก่ α – SiC (ชนิดเสถียรที่อุณหภูมิสูง) และ β – SiC (ชนิดเสถียรที่อุณหภูมิต่ำ) มีสารประกอบหลายชนิดรวมกว่า 200 ชนิด ซึ่งในจำนวนนี้ ได้แก่ 3C SiC ของ β – SiC และ 2H SiC, 4H SiC, 6H SiC และ 15R SiC ของ α – SiC เป็นตัวแทน
โครงสร้าง SiC Multibody
เมื่ออุณหภูมิต่ำกว่า 1600 องศาเซลเซียส SiC จะมีรูปแบบ β – SiC และสามารถเตรียมได้จากส่วนผสมง่ายๆ ระหว่างซิลิคอนและคาร์บอนที่อุณหภูมิประมาณ 1450 องศาเซลเซียส เมื่ออุณหภูมิสูงกว่า 1600 องศาเซลเซียส β – SiC จะค่อยๆ เปลี่ยนเป็นโพลีมอร์ฟต่างๆ ของ α – SiC โพลีมอร์ฟ 4H SiC สามารถผลิตได้ง่ายที่อุณหภูมิประมาณ 2000 องศาเซลเซียส ทั้งโพลีมอร์ฟ 6H และ 15R จำเป็นต้องใช้อุณหภูมิสูงกว่า 2100 องศาเซลเซียสจึงจะผลิตได้ง่าย 6H SiC สามารถคงความเสถียรได้ดีมากแม้ในอุณหภูมิที่สูงเกิน 2200 องศาเซลเซียส จึงนิยมใช้กันอย่างแพร่หลายในงานอุตสาหกรรม
ซิลิคอนคาร์ไบด์บริสุทธิ์เป็นผลึกใสไร้สี ในขณะที่ซิลิคอนคาร์ไบด์สำหรับอุตสาหกรรมอาจมีสีใส เหลืองอ่อน เขียวอ่อน เขียวเข้ม ฟ้าอ่อน น้ำเงินเข้ม หรือแม้แต่ดำ โดยมีระดับความโปร่งใสที่ลดลง อุตสาหกรรมการขัดถูแบ่งซิลิคอนคาร์ไบด์ออกเป็นสองประเภทตามสี ได้แก่ ซิลิคอนคาร์ไบด์สีดำและซิลิคอนคาร์ไบด์สีเขียว ซิลิคอนคาร์ไบด์ที่ไม่มีสีถึงเขียวเข้มจัดเป็นซิลิคอนคาร์ไบด์สีเขียว ส่วนซิลิคอนคาร์ไบด์สีฟ้าอ่อนถึงดำจัดเป็นซิลิคอนคาร์ไบด์สีดำ ซิลิคอนคาร์ไบด์สีดำและซิลิคอนคาร์ไบด์สีเขียวเป็นผลึกหกเหลี่ยมอัลฟา SiC และโดยทั่วไปแล้วผงไมโครซิลิคอนคาร์ไบด์สีเขียวจะถูกใช้เป็นวัตถุดิบสำหรับเซรามิกซิลิคอนคาร์ไบด์
ประสิทธิภาพของเซรามิกซิลิกอนคาร์ไบด์ที่เตรียมโดยกระบวนการต่างๆ
อย่างไรก็ตาม เซรามิกซิลิกอนคาร์ไบด์มีข้อเสียคือความเหนียวแตกหักต่ำและความเปราะสูง ดังนั้น ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา เซรามิกคอมโพสิตที่ใช้เซรามิกซิลิกอนคาร์ไบด์ เช่น การเสริมแรงด้วยเส้นใย (หรือวิสเกอร์) การเสริมความแข็งแรงด้วยการกระจายตัวของอนุภาคที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกัน และวัสดุฟังก์ชันแบบไล่ระดับ จึงได้รับการพัฒนาขึ้นอย่างต่อเนื่อง ซึ่งช่วยเพิ่มความเหนียวและความแข็งแรงของวัสดุแต่ละชนิด
เซรามิกซิลิกอนคาร์ไบด์เป็นวัสดุเซรามิกโครงสร้างประสิทธิภาพสูงที่ทนอุณหภูมิสูง ซึ่งถูกนำไปใช้ในเตาเผาอุณหภูมิสูง โลหะวิทยาเหล็ก ปิโตรเคมี อิเล็กทรอนิกส์เครื่องกล อวกาศ พลังงานและการปกป้องสิ่งแวดล้อม พลังงานนิวเคลียร์ ยานยนต์ และสาขาอื่นๆ เพิ่มมากขึ้น
ในปี พ.ศ. 2565 คาดว่าขนาดตลาดเซรามิกโครงสร้างซิลิคอนคาร์ไบด์ในจีนจะสูงถึง 18.2 พันล้านหยวน ด้วยการขยายตัวของสาขาการใช้งานและความต้องการที่เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง คาดว่าขนาดตลาดเซรามิกโครงสร้างซิลิคอนคาร์ไบด์จะสูงถึง 29.6 พันล้านหยวนภายในปี พ.ศ. 2568
ในอนาคต ด้วยอัตราการเจาะตลาดที่เพิ่มขึ้นของยานยนต์พลังงานใหม่ พลังงาน อุตสาหกรรม การสื่อสาร และสาขาอื่นๆ เช่นเดียวกับข้อกำหนดที่เข้มงวดยิ่งขึ้นสำหรับชิ้นส่วนเครื่องจักรกลที่มีความแม่นยำสูง ทนทานต่อการสึกหรอ และความน่าเชื่อถือสูงหรือชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ในสาขาต่างๆ คาดว่าขนาดตลาดของผลิตภัณฑ์เซรามิกซิลิกอนคาร์ไบด์จะยังคงขยายตัวต่อไป ซึ่งยานยนต์พลังงานใหม่และโฟโตวอลตาอิกส์เป็นพื้นที่การพัฒนาที่สำคัญ
เซรามิกซิลิคอนคาร์ไบด์ถูกนำมาใช้ในเตาเผาเซรามิกเนื่องจากมีคุณสมบัติเชิงกลที่อุณหภูมิสูง ทนไฟ และทนต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิได้อย่างยอดเยี่ยม เตาเผาแบบลูกกลิ้งส่วนใหญ่ใช้สำหรับการอบแห้ง การเผาผนึก และการอบชุบด้วยความร้อนของวัสดุอิเล็กโทรดบวก วัสดุอิเล็กโทรดลบ และอิเล็กโทรไลต์จากแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน วัสดุอิเล็กโทรดบวกและลบจากแบตเตอรี่ลิเธียมเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับรถยนต์พลังงานใหม่ เฟอร์นิเจอร์เตาเผาเซรามิกซิลิคอนคาร์ไบด์เป็นส่วนประกอบสำคัญของเตาเผา ซึ่งสามารถเพิ่มกำลังการผลิตเตาเผาและลดการใช้พลังงานได้อย่างมาก
ผลิตภัณฑ์เซรามิกซิลิคอนคาร์ไบด์ยังใช้กันอย่างแพร่หลายในส่วนประกอบยานยนต์ต่างๆ นอกจากนี้ อุปกรณ์ซิลิคอนคาร์ไบด์ยังใช้เป็นหลักใน PCU (หน่วยควบคุมกำลังไฟฟ้า เช่น DC/DC ในตัว) และ OBC (หน่วยชาร์จ) ของรถยนต์พลังงานใหม่ อุปกรณ์ซิลิคอนคาร์ไบด์สามารถลดน้ำหนักและปริมาตรของอุปกรณ์ PCU ลดการสูญเสียพลังงานจากสวิตช์ และปรับปรุงอุณหภูมิการทำงานและประสิทธิภาพของระบบอุปกรณ์ นอกจากนี้ยังสามารถเพิ่มระดับพลังงานของอุปกรณ์ ลดความซับซ้อนของโครงสร้างวงจร เพิ่มความหนาแน่นของพลังงาน และเพิ่มความเร็วในการชาร์จระหว่างการชาร์จ OBC ปัจจุบัน บริษัทรถยนต์หลายแห่งทั่วโลกได้นำซิลิคอนคาร์ไบด์มาใช้ในรถยนต์หลายรุ่น และการนำซิลิคอนคาร์ไบด์มาใช้อย่างแพร่หลายได้กลายเป็นเทรนด์
เมื่อใช้เซรามิกซิลิกอนคาร์ไบด์เป็นวัสดุพาหะหลักในกระบวนการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์ ผลิตภัณฑ์ที่ได้ เช่น ฐานรองรับเรือ กล่องใส่เรือ และอุปกรณ์ท่อ จะมีเสถียรภาพทางความร้อนที่ดี ไม่เสียรูปเมื่อใช้งานที่อุณหภูมิสูง และไม่ก่อให้เกิดมลพิษที่เป็นอันตราย เซรามิกเหล่านี้สามารถใช้ทดแทนฐานรองรับเรือ กล่องใส่เรือ และอุปกรณ์ท่อที่ทำจากควอตซ์ซึ่งนิยมใช้กันทั่วไป อีกทั้งยังมีข้อได้เปรียบด้านต้นทุนอย่างมาก
นอกจากนี้ โอกาสทางการตลาดของอุปกรณ์ผลิตไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ซิลิคอนคาร์ไบด์ยังมีอยู่อย่างกว้างขวาง วัสดุ SiC มีความต้านทาน ประจุเกต และคุณสมบัติการคืนตัวแบบย้อนกลับที่ต่ำกว่า การใช้ SiC Mosfet หรือ SiC Mosfet ร่วมกับอินเวอร์เตอร์โซลาร์เซลล์ SiC SBD สามารถเพิ่มประสิทธิภาพการแปลงพลังงานจาก 96% เป็นมากกว่า 99% ลดการสูญเสียพลังงานได้มากกว่า 50% และเพิ่มอายุการใช้งานของอุปกรณ์ได้ 50 เท่า
การสังเคราะห์เซรามิกซิลิคอนคาร์ไบด์สามารถสืบย้อนกลับไปได้ถึงช่วงทศวรรษ 1890 ซึ่งซิลิคอนคาร์ไบด์ส่วนใหญ่ถูกใช้สำหรับวัสดุเจียรเชิงกลและวัสดุทนไฟ ด้วยการพัฒนาเทคโนโลยีการผลิต ผลิตภัณฑ์ SiC ไฮเทคจึงได้รับการพัฒนาอย่างกว้างขวาง และประเทศต่างๆ ทั่วโลกกำลังให้ความสำคัญกับการพัฒนาอุตสาหกรรมเซรามิกขั้นสูงมากขึ้น พวกเขาไม่พึงพอใจกับการผลิตเซรามิกซิลิคอนคาร์ไบด์แบบดั้งเดิมอีกต่อไป บริษัทที่ผลิตเซรามิกไฮเทคกำลังพัฒนาอย่างรวดเร็ว โดยเฉพาะอย่างยิ่งในประเทศที่พัฒนาแล้วซึ่งปรากฏการณ์นี้มีความสำคัญมากกว่า ผู้ผลิตจากต่างประเทศส่วนใหญ่ประกอบด้วย 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 และอื่นๆ
การพัฒนาซิลิคอนคาร์ไบด์ในประเทศจีนค่อนข้างล่าช้าเมื่อเทียบกับประเทศที่พัฒนาแล้ว เช่น ยุโรปและอเมริกา นับตั้งแต่มีการสร้างเตาเผาอุตสาหกรรมแห่งแรกสำหรับการผลิตซิลิคอนคาร์ไบด์ที่โรงงานผลิตล้อเจียรแห่งแรกในเดือนมิถุนายน พ.ศ. 2494 จีนก็เริ่มผลิตซิลิคอนคาร์ไบด์ ผู้ผลิตเซรามิกซิลิคอนคาร์ไบด์ในประเทศส่วนใหญ่กระจุกตัวอยู่ในเมืองเวยฟาง มณฑลซานตง ผู้เชี่ยวชาญระบุว่า สาเหตุนี้เป็นเพราะบริษัทเหมืองถ่านหินในท้องถิ่นกำลังเผชิญกับภาวะล้มละลายและกำลังแสวงหาการเปลี่ยนแปลง บางบริษัทได้นำอุปกรณ์ที่เกี่ยวข้องจากเยอรมนีเข้ามาเพื่อเริ่มต้นการวิจัยและผลิตซิลิคอนคาร์ไบด์ZPC เป็นหนึ่งในผู้ผลิตซิลิกอนคาร์ไบด์เผาปฏิกิริยาที่ใหญ่ที่สุด
เวลาโพสต์: 9 พ.ย. 2567