مقدمة
سيراميك كربيد السيليكون حققت سيراميكات كربيد السيليكون تقدمًا هائلًا في صناعة السيارات مؤخرًا بفضل صلابتها المذهلة وخصائصها المتميزة الأخرى. وقد أتاحت التطورات الجديدة في تكنولوجيا السيارات والطاقة المتجددة استخدام هذه السيراميكات المتطورة في صناعات السيارات عالميًا. ستوضح لكم مقالة اليوم فوائد سيراميكات كربيد السيليكون وخصائصها الفريدة وتطبيقاتها في صناعة السيارات والعديد من الصناعات الأخرى. كما سنناقش دور أشباه موصلات كربيد السيليكون في المركبات الكهربائية. وأخيرًا، ستتعرفون على اتجاهات السوق الحالية لسيراميكات كربيد السيليكون.
خصائص سيراميك كربيد السيليكون
سيراميك كربيد السيليكون مواد سيراميكية متطورة مصنوعة من السيليكون والكربيد. يمكن الحصول عليه صناعيًا على شكل كاربوروند أو طبيعيًا على شكل مويسانيت. عند الحديث عن سيراميك كربيد السيليكون، أول ما يتبادر إلى الذهن هو صلابته الاستثنائية وقدرته على تحمل الظروف القاسية كالحرارة الشديدة والأكسدة (الصدأ) ودرجة الحرارة. ومن المثير للاهتمام أن مواد كربيد السيليكون، مثل رقائق كربيد السيليكون ومشتتات الحرارة الخزفية من كربيد السيليكون، تتميز بفجوة نطاق واسعة تُمكّنها من توصيل الحرارة والكهرباء بكفاءة عالية مقارنةً بالمواد الأخرى.
ليس من المستغرب أن صناعة السيارات يتزايد استخدام سيراميك كربيد السيليكون (SiC) في إنتاج السيارات، والمركبات الكهربائية، ومحركات السيارات، وقطع غيار السيارات، والعديد من المعدات الأخرى ذات الصلة. والسبب بسيط: فسيراميك كربيد السيليكون يُعطي عادةً أداءً أفضل بكثير ونتائج أكثر فعالية في مجموعة واسعة من التطبيقات مقارنةً بالمواد الخزفية المتقدمة العادية.
من بين خصائص كربيد السيليكون التي تجعله مفيدًا للعديد من الصناعات اليوم ما يلي:
-
موصلات ممتازة للكهرباء والحرارة الشديدة.
-
كثافة منخفضة
-
نقطة انصهار عالية تبلغ 2730 درجة مئوية
-
قوة ضغط وصلابة عالية، تأتي في المرتبة الثانية بعد الماس.
-
تمدد حراري منخفض.
-
كما أنها تمتلك أسطحًا قوية مقاومة للخدش.
-
إنها تمتلك فجوة نطاق واسعة مما يجعلها شبه موصل مناسب للأجهزة الإلكترونية عالية الطاقة والمركبات الكهربائية.
-
معامل يونغ أعلى من 400 جيجا باسكال.
-
مستوى عال من المقاومة للتآكل والمواد الكيميائية مثل الأحماض.
-
القدرة على تحمل درجات الحرارة العالية التي تصل إلى 1300 درجة مئوية.
فوائد سيراميك كربيد السيليكون لمختلف الصناعات
تتمتع سيراميك كربيد السيليكون بالعديد من الفوائد المفيدة للعديد من الصناعات، مثل صناعة السيارات، والصناعات الكيميائية، وشركات الهندسة، والصناعات المعدنية، وصناعات البلاستيك، وما إلى ذلك.
والآن، إليك بعض الفوائد التي يمكنك الحصول عليها من استخدام سيراميك كربيد السيليكون:
-
يوفر لك طريقة سريعة وفعالة لتبديد الحرارة في سياراتك وآلاتك الصناعية الثقيلة. بمعنى آخر، لن ترتفع درجة حرارة سيارتك إذا استُخدمت مادة سيراميك كربيد السيليكون في تصنيعها.
-
تستفيد سياراتك وحتى الآلات الصناعية الثقيلة والمحركات وقطع الغيار من صلابة SiC وطبيعتها القاسية، مما يجعلها تدوم لفترة أطول.
-
تتميز مواد SiC بتوصيل الكهرباء بشكل جيد للغاية؛ وبالتالي فهي مناسبة جدًا للسيارات الكهربائية.
-
إن معامل الاحتكاك المنخفض للسيراميك المستخدم في السيارات يحميه من الإجهاد الميكانيكي والتآكل والتلف.
-
بفضل معامل التمدد الحراري المنخفض، يمكن لسياراتك ومعداتك أن تتفاعل بشكل رائع مع الصدمات الحرارية.
-
يمكنك استخدام مواد SiC هذه في ظروف وبيئات غير مواتية ذات درجات حرارة عالية أو غير مستقرة دون التعرض لأي ضرر حراري بسبب ثباتها الحراري العالي وتوصيلها الحراري.
-
يمكنك استخدام سيراميك كربيد السيليكون في إنتاج طلاء أظافر قوي ومواد بلاستيكية في صناعة السيراميك.
-
يمكنك توفير التكلفة والوقت عند استخدام رقائق كربيد السيليكون ومبددات الحرارة لإنتاج إلكترونيات عالية الطاقة ومركبات كهربائية وسيارات.
-
يمكن لرقائق ورقائق كربيد السيليكون تعزيز معدل تحويل الطاقة لسيارتك.
-
ستتمكن سياراتك والمركبات الكهربائية من إدارة الطاقة بكفاءة أكبر باستخدام مادة SiC للشواحن الموجودة على متن السيارة ومحولات DC/DC.
-
أصبحت هواتفك المحمولة ومركباتك الكهربائية وأجهزة الكمبيوتر الحديثة أسرع وأكثر إنتاجية نتيجة لرقائق كربيد السيليكون التي تحافظ على النظام تحت السيطرة.
-
انخفاض في أعطال الفرامل بسبب التبديد السريع للحرارة للسيراميك في السيارات.
-
تنفق أقل على استهلاك الوقود عند استخدام مواد SiC بسبب انخفاض فقدان الحرارة والاستقرار الحراري.
-
تساعد رقائق كربيد السيليكون الشركات المصنعة على تقليل الحجم وإنتاج آلات أو مكونات أجهزة خفيفة الوزن.
تطبيقات السيراميك في صناعة السيارات
شهد استخدام سيراميك كربيد السيليكون في صناعة السيارات زيادةً ملحوظةً في السنوات الأخيرة. وتعتمد شركات الهندسة التي تسعى لإنتاج سيارات متينة وموثوقة بشكل رئيسي على قوة وصلابة هذه المواد. ومن بين المعدات التي تستخدم سيراميك كربيد السيليكون: أغطية المكابس، وعوادم السيارات، وأبواب السيارات، والمحركات، وقطع الغيار، ورقائق أشباه الموصلات، وبطانات الأسطوانات والأفران، ومشعب السحب. وتشمل بعض التطبيقات:
المحركات وطلاءات المحركات
تعمل المحركات على النحو الأمثل عندما تتمكن من توصيل الحرارة بشكل صحيح دون التأثير على النظام بأكمله. هذه خاصية فريدة للمواد الخزفية المتطورة مثل كربيد السيليكون. تتميز هذه المواد بموصلية حرارية ممتازة وثبات ممتاز مع الحفاظ على بنيتها. لذا، يمكن استخدامها إما لطلاء المحركات الثقيلة وعوادم السيارات، أو في إنتاجها.
المكابس
عند طلاء سيراميك السيارات، مثل المكابس، بـ SiC، يُحسّن ذلك انعكاس الحرارة. كيف؟ يزيد من وتيرة احتراق الوقود ويُقلل من تراكم الكربون.
رؤوس الأسطوانات
تحترق غرف الكثافة العالية من منافذ العادم ورؤوس الأسطوانات بشكل جيد بفضل الطلاءات الخزفية التي تساعد في توزيع الحرارة بمعدل أسرع.
تنانير المكبس
تُعد مقاومة الاحتكاك والخدش من الخصائص الرئيسية لمواد سيراميك كربيد السيليكون. لذلك، تُصبح كتل المحرك وأغطية المكابس أكثر جفافًا وأعلى حمايةً عند طلائها بمادة كربيد السيليكون.
مشعبات السحب
عند استخدام مادة سيراميك كربيد السيليكون لطلاء مشعبات السحب في صناعة السيارات، عادة ما يكون هناك مستوى منخفض من اختراق الحرارة بسبب خليط الهواء والوقود الأكثر برودة.
دور أشباه موصلات كربيد السيليكون في المركبات الكهربائية
بفضل بطاريات كربيد السيليكون ورقائق كربيد السيليكون (أشباه الموصلات)، أصبحت المركبات الكهربائية من أحدث التطورات في تكنولوجيا السيارات. تبدو صغيرة الحجم ومدمجة وخفيفة الوزن، لكنها بالمقارنة مع السيارات العادية، تتميز بكفاءة عالية وسرعات تحويل مذهلة وانخفاض في فقدان الطاقة. إن الخصائص الفريدة لأشباه موصلات كربيد السيليكون، مثل الاستقرار الحراري، وتبديد الحرارة السريع والفعال، والتوصيل الكهربائي والحراري المستقر، هي ما يجعل المصنّعين يعتبرونها الخيار الأمثل لتصميم مركبات كهربائية أصغر حجمًا وأقل تعقيدًا وأقل تكلفة. تستخدم المركبات الكهربائية دوائر شحن، ورقائق كربيد السيليكون (على شكل رقائق)، وبطاريات، أو محولات كهربائية لضمان عملها بشكل صحيح.
وتقول التقارير إن شركة تسلا حققت إنجازًا جديدًا في موديل 3 في عام 2017، عندما أصبحت أول شركة مصنعة للسيارات الكهربائية تنتج عاكس نظام نقل الحركة المصنوع من كربيد السيليكون.
هذه العاكسات، أو بطاريات كربيد السيليكون، كما قد ترغب في تسميتها، تُزوّد المركبات الكهربائية بالطاقة عن طريق تحويل الطاقة الكهربائية التي تمتلكها بسرعة إلى طاقة تُشغّلها. لذا، بدون بطارية كربيد السيليكون، التي تتطلب الشحن، لن تتحرك عجلات المركبات الكهربائية قيد أنملة. ويعود ذلك أيضًا إلى أن أشباه موصلات كربيد السيليكون هذه تعمل كجهاز تحكم يتحكم في تدفق الطاقة الكهربائية بين المحرك الكهربائي وحزمة البطارية والمكونات الأخرى.
تستهلك سيارتك المتوسطة حوالي 500-600 لتر. رقائق أشباه الموصلات, مما يؤدي إلى إنتاج المزيد من الحرارة. لذا، هناك حاجة متزايدة لرقائق قادرة على نقل هذه الحرارة بشكل أسرع وأكثر فعالية. تُعدّ رقائق أشباه موصلات كربيد السيليكون الآن حلاً فعالاً للغاية لهذه المشكلة، إذ يمكنها إدارة أي حرارة مُنتَجة بفعالية وتبديدها بسرعة دون التأثير على النظام. تحتوي المركبات الكهربائية الجديدة والمُحسّنة التي تراها اليوم على حوالي 2000 رقاقة أشباه موصلات من كربيد السيليكون. من الواضح أن هناك تحسنًا في الكثافة والطاقة ومعدل تحويل الطاقة، بالإضافة إلى تحسين التوصيل الحراري واستقرار المركبات الكهربائية.
الاتجاهات الحالية لسوق سيراميك كربيد السيليكون
تبلغ قيمة سوق سيراميك كربيد السيليكون حاليًا 1.27 مليار دولار أمريكي. رقمٌ مثيرٌ للإعجاب، أليس كذلك؟ يُقدّر الاقتصاديون معدل النمو السنوي المركب بـ 5.251 مليار دولار أمريكي، نظرًا للزيادة الملحوظة في الطلب والمنافسة في السوق. كما أن تقديرًا بقيمة 1.2 مليار دولار أمريكي على الأقل بحلول عام 2030 يُمثّل دليلًا إضافيًا على الأداء الجيد للسوق في السنوات الأخيرة. برزت شركات آسيوية مثل شركة فوجي إلكتريك المحدودة، وشركة ROHM، كلاعبين رئيسيين في سوق كربيد السيليكون.
هنا في GGS سيراميك, نقدم لكم أفضل مواد سيراميك كربيد السيليكون المتوفرة. شراء هذه المنتجات الفريدة لدينا سيُمكّنكم من بناء عالم السيراميك الذي تحلمون به.
الأسئلة الشائعة
هل يمكن أن يذوب كربيد السيليكون في الماء؟
لا، فهو غير قابل للذوبان في الماء ولكنه قابل للذوبان في الحديد المنصهر وهيدروكسيد البوتاسيوم (KOH)
ما هو الأفضل بين بطارية كربيد السيليكون وبطارية ليثيوم أيون؟
تميل بطاريات SiC إلى أن تكون أفضل مقارنة بنوع بطارية الليثيوم أيون المتوسط، لأنها (بطارية كربيد السيليكون) تشحن بشكل أسرع، ولها عمر أطول، وتمتلك كثافة طاقة أعلى، مما يجعلها أقوى من نظيراتها (ليثيوم أيون).
ما الذي يميز نتريد الغاليوم (GaN) عن كربيد السيليكون (SiC)؟
على الرغم من أن هاتين المادتين شبه الموصلتين لهما خصائص متشابهة، إلا أن كربيد السيليكون لديه فجوة نطاق أوسع تبلغ 3.4 إلكترون فولت، في حين أن نتريد الجاليوم لديه فجوة نطاق تبلغ 3.4 إلكترون فولت.
خاتمة
تُحدث سيراميكات كربيد السيليكون حاليًا تأثيرًا كبيرًا على اقتصادات العالم والعديد من الصناعات عالميًا. فقد غيّرت وجه صناعة السيارات تمامًا، بدءًا من استخدامها في إنتاج السيارات والمركبات الكهربائية منخفضة التكلفة وعالية الكفاءة، وصولًا إلى إنتاج رقائق كربيد السيليكون عالية الأداء، وأشباه موصلات كربيد السيليكون، والبطاريات، وأجهزة الشحن المدمجة، وطلاءات المكابس المُحسّنة. تُحدث سيراميكات كربيد السيليكون نقلة نوعية بالفعل!