Son yıllarda silisyum karbür bileşik yarı iletkenler endüstride geniş ilgi görmüştür. Bununla birlikte, yüksek performanslı bir malzeme olarak silisyum karbür, elektronik cihazların (diyotlar, güç cihazları) sadece küçük bir bölümünü oluşturmaktadır. Aşındırıcı, kesici malzeme, yapısal malzeme, optik malzeme, katalizör taşıyıcı ve daha birçok alanda da kullanılabilir. Bugün, kimyasal kararlılık, yüksek sıcaklık dayanımı, aşınma direnci, korozyon direnci, yüksek ısı iletkenliği, düşük termal genleşme katsayısı, düşük yoğunluk ve yüksek mekanik dayanım gibi avantajlara sahip silisyum karbür seramiklerini tanıtıyoruz. Bunlar kimya makineleri, enerji ve çevre koruma, yarı iletkenler, metalurji, ulusal savunma ve askeri sanayi gibi alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır.
Silisyum karbür (SiC)Silisyum ve karbon içerir ve tipik bir çok tipli yapısal bileşiktir; esas olarak iki kristal formu içerir: α – SiC (yüksek sıcaklıkta kararlı tip) ve β – SiC (düşük sıcaklıkta kararlı tip). Toplamda 200'den fazla çok tip vardır; bunlar arasında β – SiC'nin 3C SiC'si ve α – SiC'nin 2H SiC, 4H SiC, 6H SiC ve 15R SiC'si temsili örneklerdir.
Şekil SiC Çoklu Cisim Yapısı
Sıcaklık 1600 ℃'nin altında olduğunda, SiC β-SiC formunda bulunur ve yaklaşık 1450 ℃'de silikon ve karbonun basit bir karışımından hazırlanabilir. Sıcaklık 1600 ℃'yi aştığında, β-SiC yavaşça α-SiC'nin çeşitli polimorflarına dönüşür. 4H SiC yaklaşık 2000 ℃'de kolayca üretilir; hem 6H hem de 15R polimorflarının kolay oluşumu için 2100 ℃'nin üzerinde yüksek sıcaklıklar gerekir; 6H SiC, 2200 ℃'nin üzerindeki sıcaklıklarda bile çok kararlı kalabilir, bu da onu endüstriyel uygulamalarda yaygın olarak kullanılmasını sağlar.
Saf silisyum karbür renksiz ve şeffaf bir kristaldir, oysa endüstriyel silisyum karbür renksiz, soluk sarı, açık yeşil, koyu yeşil, açık mavi, koyu mavi veya hatta siyah olabilir ve şeffaflık seviyeleri azalır. Aşındırıcı endüstrisi, silisyum karbürü renge göre iki tipe ayırır: siyah silisyum karbür ve yeşil silisyum karbür. Renksizden koyu yeşile kadar olan silisyum karbür yeşil silisyum karbür olarak sınıflandırılırken, açık maviden siyaha kadar olan silisyum karbür siyah silisyum karbür olarak sınıflandırılır. Hem siyah silisyum karbür hem de yeşil silisyum karbür alfa SiC altıgen kristallerdir ve yeşil silisyum karbür mikro tozu genellikle silisyum karbür seramikleri için hammadde olarak kullanılır.
Farklı İşlemlerle Hazırlanan Silisyum Karbür Seramiklerin Performansı
Ancak silisyum karbür seramiklerin düşük kırılma tokluğu ve yüksek kırılganlık gibi dezavantajları vardır. Bu nedenle, son yıllarda, silisyum karbür seramiklere dayalı kompozit seramikler, örneğin lif (veya kıl) takviyesi, heterojen parçacık dağılımı ile güçlendirme ve kademeli fonksiyonel malzemeler, tek tek malzemelerin tokluğunu ve mukavemetini art arda iyileştirmiştir.
Yüksek performanslı yapısal seramik yüksek sıcaklık malzemesi olarak silisyum karbür seramikler, yüksek sıcaklık fırınlarında, çelik metalurjisinde, petrokimyada, mekanik elektronikte, havacılık ve uzay sanayinde, enerji ve çevre korumada, nükleer enerjide, otomotivde ve diğer alanlarda giderek daha fazla kullanılmaktadır.
2022 yılında Çin'deki silisyum karbür yapısal seramik pazarının büyüklüğünün 18,2 milyar yuan'a ulaşması bekleniyor. Uygulama alanlarının daha da genişlemesi ve alt sektörlerdeki büyüme ihtiyaçlarıyla birlikte, silisyum karbür yapısal seramik pazarının büyüklüğünün 2025 yılına kadar 29,6 milyar yuan'a ulaşacağı tahmin ediliyor.
Gelecekte, yeni enerji araçlarının, enerji, sanayi, iletişim ve diğer alanların yaygınlaşma oranının artması ve çeşitli alanlarda yüksek hassasiyet, yüksek aşınma direnci ve yüksek güvenilirlik gerektiren mekanik veya elektronik bileşenlere yönelik artan katı taleplerle birlikte, silisyum karbür seramik ürünlerinin pazar büyüklüğünün genişlemeye devam etmesi beklenmektedir; bu alanlar arasında yeni enerji araçları ve fotovoltaik sistemler önemli gelişim alanlarıdır.
Silisyum karbür seramikler, mükemmel yüksek sıcaklık mekanik özellikleri, yangına dayanıklılık ve termal şok direnci nedeniyle seramik fırınlarında kullanılır. Bunlar arasında, özellikle lityum iyon pil pozitif elektrot malzemeleri, negatif elektrot malzemeleri ve elektrolitlerin kurutulması, sinterlenmesi ve ısıl işleminde silindirli fırınlar kullanılır. Lityum pil pozitif ve negatif elektrot malzemeleri, yeni enerji araçları için vazgeçilmezdir. Silisyum karbür seramik fırın donanımı, fırınların üretim kapasitesini artırabilen ve enerji tüketimini önemli ölçüde azaltabilen fırınların önemli bir bileşenidir.
Silisyum karbür seramik ürünler, çeşitli otomotiv bileşenlerinde de yaygın olarak kullanılmaktadır. Ayrıca, SiC cihazları esas olarak yeni enerji araçlarının PCU'larında (güç kontrol üniteleri, örneğin araç içi DC/DC) ve OBC'lerinde (şarj üniteleri) kullanılmaktadır. SiC cihazları, PCU ekipmanının ağırlığını ve hacmini azaltabilir, anahtarlama kayıplarını düşürebilir ve cihazların çalışma sıcaklığını ve sistem verimliliğini artırabilir; ayrıca ünite güç seviyesini artırmak, devre yapısını basitleştirmek, güç yoğunluğunu iyileştirmek ve OBC şarjı sırasında şarj hızını artırmak da mümkündür. Şu anda, dünyanın birçok otomobil şirketi çeşitli modellerinde silisyum karbür kullanmaktadır ve silisyum karbürün yaygın kullanımı bir trend haline gelmiştir.
Fotovoltaik hücrelerin üretim sürecinde silisyum karbür seramikler ana taşıyıcı malzeme olarak kullanıldığında, tekne destekleri, tekne kutuları ve boru bağlantı parçaları gibi ortaya çıkan ürünler iyi termal kararlılığa sahiptir, yüksek sıcaklıklarda kullanıldığında deforme olmaz ve zararlı kirleticiler üretmez. Yaygın olarak kullanılan kuvars tekne destekleri, tekne kutuları ve boru bağlantı parçalarının yerini alabilirler ve önemli maliyet avantajlarına sahiptirler.
Ayrıca, fotovoltaik silisyum karbür güç cihazlarının pazar potansiyeli geniştir. SiC malzemeleri daha düşük açık direnç, kapı yükü ve ters toparlanma yükü özelliklerine sahiptir. SiC MOSFET veya SiC MOSFET ile SiC SBD'nin birleştirilmesiyle oluşturulan fotovoltaik invertörler, dönüşüm verimliliğini %96'dan %99'un üzerine çıkarabilir, enerji kaybını %50'den fazla azaltabilir ve ekipman ömrünü 50 kat artırabilir.
Silisyum karbür seramiklerinin sentezi, silisyum karbürün esas olarak mekanik taşlama malzemeleri ve refrakter malzemeler için kullanıldığı 1890'lara kadar uzanmaktadır. Üretim teknolojisinin gelişmesiyle birlikte, yüksek teknoloji ürünü SiC ürünleri yaygın olarak geliştirilmiş ve dünyanın dört bir yanındaki ülkeler gelişmiş seramiklerin sanayileştirilmesine daha fazla önem vermeye başlamıştır. Artık geleneksel silisyum karbür seramiklerinin hazırlanmasıyla yetinmemektedirler. Özellikle bu olgunun daha belirgin olduğu gelişmiş ülkelerde, yüksek teknoloji seramikleri üreten işletmeler daha hızlı bir şekilde gelişmektedir. Yabancı üreticiler arasında başlıca 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 vb. yer almaktadır.
Çin'de silisyum karbürün gelişimi, Avrupa ve Amerika gibi gelişmiş ülkelere kıyasla nispeten geç olmuştur. Haziran 1951'de Birinci Taşlama Çarkı Fabrikası'nda ilk endüstriyel SiC üretim fırınının kurulmasından bu yana Çin, silisyum karbür üretimine başlamıştır. Yerli silisyum karbür seramik üreticileri ağırlıklı olarak Shandong Eyaleti, Weifang şehrinde yoğunlaşmıştır. Uzmanlara göre bunun nedeni, yerel kömür madenciliği işletmelerinin iflasla karşı karşıya kalması ve dönüşüm arayışında olmasıdır. Bazı şirketler, silisyum karbür araştırma ve üretimine başlamak için Almanya'dan ilgili ekipmanları ithal etmiştir.ZPC, reaksiyonla sinterlenmiş silisyum karbürün en büyük üreticilerinden biridir.
Yayın tarihi: 09.11.2024