Sa mga nakaraang taon, ang mga silicon carbide compound semiconductor ay nakatanggap ng malawakang atensyon sa industriya. Gayunpaman, bilang isang materyal na may mataas na pagganap, ang silicon carbide ay isang maliit na bahagi lamang ng mga elektronikong aparato (diode, power device). Maaari rin itong gamitin bilang mga abrasive, cutting material, structural material, optical material, catalyst carrier, at marami pang iba. Sa kasalukuyan, pangunahing ipinakikilala namin ang mga silicon carbide ceramics, na may mga bentahe ng chemical stability, high temperature resistance, wear resistance, corrosion resistance, high thermal conductivity, low thermal expansion coefficient, low density, at high mechanical strength. Malawakang ginagamit ang mga ito sa mga larangan tulad ng kemikal na makinarya, enerhiya at proteksyon sa kapaligiran, semiconductors, metalurhiya, pambansang depensa at industriya ng militar.
Silikon karbida (SiC)Naglalaman ng silicon at carbon, at isang tipikal na multi-type structural compound, pangunahing kinabibilangan ng dalawang anyong kristal: α – SiC (matatag na uri na may mataas na temperatura) at β – SiC (matatag na uri na may mababang temperatura). Mayroong mahigit sa 200 multi-type sa kabuuan, kung saan ang 3C SiC ng β – SiC at ang 2H SiC, 4H SiC, 6H SiC, at 15R SiC ng α – SiC ang mga kinatawan nito.
Istrukturang SiC Multibody Figure
Kapag ang temperatura ay mas mababa sa 1600 ℃, ang SiC ay umiiral sa anyo ng β-SiC at maaaring ihanda mula sa isang simpleng halo ng silicon at carbon sa humigit-kumulang 1450 ℃. Kapag ang temperatura ay lumampas sa 1600 ℃, ang β-SiC ay unti-unting nagbabago sa iba't ibang polymorph ng α-SiC. Ang 4H-SiC ay madaling mabuo sa humigit-kumulang 2000 ℃; Ang parehong 6H at 15R polymorph ay nangangailangan ng mataas na temperatura na higit sa 2100 ℃ para sa madaling pagbuo; ang 6H-SiC ay maaaring manatiling napakatatag kahit na sa mga temperaturang higit sa 2200 ℃, kaya malawak itong ginagamit sa mga aplikasyong pang-industriya.
Ang purong silicon carbide ay isang walang kulay at transparent na kristal, habang ang industrial silicon carbide ay maaaring walang kulay, maputlang dilaw, mapusyaw na berde, maitim na berde, mapusyaw na asul, maitim na asul, o kahit itim, na may bumababang antas ng transparency. Kinakategorya ng industriya ng abrasive ang silicon carbide sa dalawang uri batay sa kulay: itim na silicon carbide at berdeng silicon carbide. Ang walang kulay hanggang maitim na berdeng silicon carbide ay inuuri bilang berdeng silicon carbide, habang ang mapusyaw na asul hanggang itim na silicon carbide ay inuuri bilang itim na silicon carbide. Ang itim na silicon carbide at berdeng silicon carbide ay parehong alpha SiC hexagonal crystals, at ang berdeng silicon carbide micro powder ay karaniwang ginagamit bilang hilaw na materyal para sa mga silicon carbide ceramics.
Pagganap ng mga Silicon Carbide Ceramics na Inihanda sa Pamamagitan ng Iba't Ibang Proseso
Gayunpaman, ang mga silicon carbide ceramics ay may disbentaha ng mababang fracture toughness at mataas na brittleness. Samakatuwid, sa mga nakaraang taon, ang mga composite ceramics na nakabatay sa silicon carbide ceramics, tulad ng fiber (o whisker) reinforcement, heterogeneous particle dispersion strengthening, at gradient functional materials, ay sunod-sunod na lumitaw, na nagpapabuti sa toughness at lakas ng mga indibidwal na materyales.
Bilang isang high-performance structural ceramic high-temperature na materyal, ang silicon carbide ceramics ay lalong ginagamit sa mga high-temperature kiln, steel metalurhiya, petrochemicals, mechanical electronics, aerospace, enerhiya at proteksyon sa kapaligiran, enerhiyang nukleyar, mga sasakyan at iba pang larangan.
Sa 2022, ang laki ng merkado ng silicon carbide structural ceramics sa Tsina ay inaasahang aabot sa 18.2 bilyong yuan. Dahil sa karagdagang paglawak ng mga larangan ng aplikasyon at mga pangangailangan sa paglago, tinatayang aabot sa 29.6 bilyong yuan ang laki ng merkado ng silicon carbide structural ceramics pagdating ng 2025.
Sa hinaharap, dahil sa pagtaas ng antas ng pagpasok ng mga bagong sasakyang pang-enerhiya, enerhiya, industriya, komunikasyon at iba pang larangan, pati na rin ang lalong mahigpit na mga kinakailangan para sa mga mekanikal na bahagi o elektronikong bahagi na may mataas na katumpakan, mataas na resistensya sa pagkasira, at mataas na pagiging maaasahan sa iba't ibang larangan, inaasahang patuloy na lalawak ang laki ng merkado ng mga produktong silicon carbide ceramic, kung saan ang mga bagong sasakyang pang-enerhiya at photovoltaics ay mahahalagang lugar ng pag-unlad.
Ginagamit ang mga silicon carbide ceramics sa mga ceramic kiln dahil sa kanilang mahusay na mekanikal na katangian sa mataas na temperatura, resistensya sa sunog, at resistensya sa thermal shock. Kabilang sa mga ito, ang mga roller kiln ay pangunahing ginagamit para sa pagpapatuyo, pagsasanla, at paggamot sa init ng mga materyales na may positibong electrode ng baterya ng lithium-ion, mga materyales na may negatibong electrode, at mga electrolyte. Ang mga materyales na may positibong at negatibong electrode ng baterya ng lithium ay lubhang kailangan para sa mga sasakyang pang-bagong enerhiya. Ang mga muwebles na may seramikang silicon carbide ay isang mahalagang bahagi ng mga kiln, na maaaring mapabuti ang kapasidad ng produksyon ng kiln at makabuluhang mabawasan ang pagkonsumo ng enerhiya.
Ang mga produktong silicon carbide ceramic ay malawakang ginagamit din sa iba't ibang bahagi ng sasakyan. Bukod pa rito, ang mga SiC device ay pangunahing ginagamit sa mga PCU (power control unit, tulad ng on-board DC/DC) at mga OBC (charging unit) ng mga bagong sasakyang pang-enerhiya. Maaaring bawasan ng mga SiC device ang bigat at dami ng kagamitan ng PCU, bawasan ang mga pagkawala ng switch, at pagbutihin ang temperatura ng pagtatrabaho at kahusayan ng sistema ng mga device; Posible ring pataasin ang antas ng lakas ng unit, pasimplehin ang istruktura ng circuit, pagbutihin ang densidad ng kuryente, at dagdagan ang bilis ng pag-charge habang nagcha-charge ng OBC. Sa kasalukuyan, maraming kumpanya ng sasakyan sa buong mundo ang gumamit ng silicon carbide sa maraming modelo, at ang malawakang paggamit ng silicon carbide ay naging isang trend.
Kapag ang silicon carbide ceramics ay ginagamit bilang pangunahing materyales sa paghahatid sa proseso ng produksyon ng mga photovoltaic cell, ang mga nagreresultang produkto tulad ng mga suporta sa bangka, mga kahon ng bangka, at mga fitting ng tubo ay may mahusay na thermal stability, hindi nababago ang hugis kapag ginamit sa mataas na temperatura, at hindi naglalabas ng mga mapaminsalang pollutant. Maaari nilang palitan ang mga karaniwang ginagamit na suporta sa bangka na quartz, mga kahon ng bangka, at mga fitting ng tubo, at may malaking bentahe sa gastos.
Bukod pa rito, malawak ang mga prospect sa merkado para sa mga photovoltaic silicon carbide power device. Ang mga materyales na SiC ay may mas mababang katangian sa resistance, gate charge, at reverse recovery charge. Ang paggamit ng SiC Mosfet o SiC Mosfet na sinamahan ng SiC SBD photovoltaic inverters ay maaaring magpataas ng conversion efficiency mula 96% hanggang mahigit 99%, mabawasan ang pagkawala ng enerhiya nang higit sa 50%, at mapahaba ang cycle life ng kagamitan nang 50 beses.
Ang sintesis ng mga silicon carbide ceramics ay maaaring masubaybayan pabalik sa dekada 1890, kung kailan ang silicon carbide ay pangunahing ginagamit para sa mga mekanikal na materyales sa paggiling at mga materyales na refractory. Kasabay ng pag-unlad ng teknolohiya ng produksyon, ang mga high-tech na produktong SiC ay malawakang naunlad, at ang mga bansa sa buong mundo ay nagbibigay ng higit na atensyon sa industriyalisasyon ng mga advanced na keramika. Hindi na sila nasisiyahan sa paghahanda ng mga tradisyonal na silicon carbide ceramics. Ang mga negosyong gumagawa ng mga high-tech na keramika ay mas mabilis na umuunlad, lalo na sa mga mauunlad na bansa kung saan mas makabuluhan ang penomenong ito. Kabilang sa mga dayuhang tagagawa ang 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, atbp.
Medyo nahuli ang pag-unlad ng silicon carbide sa Tsina kumpara sa mga mauunlad na bansa tulad ng Europa at Amerika. Simula nang maitayo ang unang industrial furnace para sa paggawa ng SiC sa First Grinding Wheel Factory noong Hunyo 1951, sinimulan ng Tsina ang paggawa ng silicon carbide. Ang mga lokal na tagagawa ng silicon carbide ceramics ay pangunahing nakasentro sa Weifang City, Shandong Province. Ayon sa mga propesyonal, ito ay dahil ang mga lokal na negosyo sa pagmimina ng karbon ay nahaharap sa pagkabangkarote at naghahanap ng pagbabago. Ang ilang mga kumpanya ay nagpakilala ng mga kaugnay na kagamitan mula sa Germany upang simulan ang pagsasaliksik at paggawa ng silicon carbide.Ang ZPC ay isa sa pinakamalaking tagagawa ng reaction sintered silicon carbide.
Oras ng pag-post: Nob-09-2024