استكشاف المواد الخزفية القائمة على كربيد السيليكون

مقدمة

في الآونة الأخيرة، ازداد الطلب العالمي على مواد سيراميكية ذات قوة ومتانة متزايدة لتتحمل ظروف العمل القاسية مع الحفاظ على أدائها الفعال. ولذلك، برزت مواد سيراميك كربيد السيليكون كواحدة من أفضل المواد وأكثرها استخدامًا. فإلى جانب صلابتها ومتانتها المذهلتين، تتميز أيضًا بخصائص أخرى مثيرة للاهتمام، والتي سنتناولها باستفاضة في مقال اليوم. كما ستتعرف على أنواع سيراميك كربيد السيليكون المختلفة وتطبيقاته واتجاهات سوقه، وكيف تختلف مشتتات الحرارة السيراميكية عن الألومنيوم والمواد الأخرى.

خصائص مواد سيراميك كربيد السيليكون

مواد سيراميك كربيد السيليكون هي مواد سيراميك متطورة مصنوعة من مادة شبه موصلةكربيد السيليكون، ويُستخدم في عدد كبير من التطبيقات الصناعية. يبدو أحيانًا أصفر اللون ومائلًا إلى الأخضر في أحيان أخرى. تُصنع هذه الأشباه الموصلة من السيليكون والكربون في هياكل شبكية بلورية، مما يجعلها من أصلب المواد الاصطناعية المعروفة على وجه الأرض. إليك بعض خصائص مواد سيراميك كربيد السيليكون التي يجب أن تعرفها عند التفكير في الشراء:

• مستوى عال من المقاومة للحرارة والتآكل

• القدرة على تحمل درجات الحرارة العالية التي تصل إلى 1300 درجة مئوية.

• مقاوم للخدش

• موصلات ممتازة للحرارة والكهرباء.

• المواد غير النشطة كيميائيا.

• كثافة منخفضة

• تتمتع هذه المواد بفجوة نطاق واسعة، مما يعني أنها يمكن أن تعمل بمثابة أشباه موصلات جيدة للأجهزة الإلكترونية.

• انخفاض التمدد الحراري ومقاومة الصدمات.

• مواد شديدة الصلابة، تأتي في المرتبة الثانية بعد الماس.

• كثافة عالية 3.20 جم/مم

• نقطة انصهار عالية تبلغ 2730 درجة مئوية

• معامل مرونة كبير أكبر من 400 جيجا باسكال.

أنواع مواد سيراميك كربيد السيليكون

هناك ثلاثة أنواع رئيسية من مواد كربيد السيليكون:

1. مواد كربيد السيليكون المرتبطة بالتفاعل (RBSiC):

هذا النوع من مواد سيراميك كربيد السيليكون معروف بكثافته ومتانته الاستثنائية. يُصنع صناعيًا من مزيج كيميائي من مساحيق السيليكون والكربون تحت درجات حرارة عالية وضغط تلبيد منخفض. عند القيام بذلك، ستحصل عادةً على مادة مسامية تسمح بتسرب السيليكون. بفضل مقاومتها العالية للحرارة والتآكل والتلف، تُعد مادة ممتازة لإنتاج البواتق والمرايا الفضائية والعديد من المكونات الصناعية الأخرى عالية الحرارة.

2. مواد كربيد السيليكون المتسربة بالسيليكون (SiSiC):

هذا النوع من مواد كربيد السيليكون يُشبه إلى حد كبير مواد كربيد السيليكون عالية الكثافة المرتبطة بالتفاعل. يكمن الفرق هنا في أن المواد المسامية مُشبعة بالسيليكون السائل. يُمكن استخدام كربيد السيليكون في تطبيقات مُختلفة، مثل الأنابيب الخزفية لتبطين الآلات الصناعية، وأشباه الموصلات للأجهزة الإلكترونية، وأدوات صنع الفوهات ومواد القطع.

3. مواد كربيد السيليكون المسحوقة (SSIC):

تُصنع هذه المواد خفيفة الوزن عن طريق ضغط جزيئات مسحوق كربيد السيليكون تحت درجة حرارة عالية وضغط منخفض. تتميز هذه المواد بنقاء عالٍ وأسطح أكثر نعومة وكثافة أعلى. يُمكن استخدام هذا النوع من مواد SSIC صناعيًا لإنتاج المضخات والأختام الميكانيكية وبعض قطع غيار الآلات.

مقارنة بين مشعات الحرارة الخزفية ومشعات الحرارة المصنوعة من الألومنيوم.

المشتتات الحرارية هي أجهزة أو ألواح تُستخدم في الصناعات الكهربائية كوسيلة لإزالة الحرارة الزائدة الناتجة عن الإلكترونيات (تبديد الحرارة). مع زيادة إنتاج الأجهزة الإلكترونية في السنوات الأخيرة، أصبحت المواد الخزفية المتقدمة والألمنيوم المادتين الأكثر استخدامًا في إنتاج هذه المبددات الحرارية.

ومع ذلك، إذا كنتَ مضطرًا للاختيار بين الخيارين، فإن مشتتات الحرارة الخزفية المصنوعة من مواد سيراميكية متطورة مثل كربيد السيليكون تُعدّ خيارًا أفضل من الألومنيوم، نظرًا لقدرتها على تبديد الحرارة أو إزالتها من الأجهزة الإلكترونية. لماذا هي أفضل؟ إن سألتَ. ذلك لأن مشتتات الحرارة المصنوعة من كربيد السيليكون، على عكس الألومنيوم، تُعدّ موصلات أقوى للكهرباء في الأجهزة الإلكترونية عالية الدقة، نظرًا لصلابتها الاستثنائية وقدرتها على الأداء الجيد في ظل ظروف غير مواتية مثل درجات الحرارة العالية أو الحرارة العالية. ليس هذا فحسب، بل إن هذه المشتتات الخزفية المتطورة صديقة للبيئة وتتمتع بمقاومة حرارية أعلى من الألومنيوم.

بالمقارنة مع الألومنيوم، تتميز مشعات الحرارة الخزفية بقدرتها على مقاومة التفاعلات الكيميائية والتآكل، كما أنها لا تسمح بالتداخل الكهرومغناطيسي. هذه الخصائص المذكورة أعلاه تجعل مشعات الحرارة الخزفية المصنوعة من كربيد السيليكون تبدد الحرارة الناتجة عن الضوء أو الأجهزة الإلكترونية عالية الطاقة بشكل ممتاز مقارنةً بالألومنيوم.

مشعات الحرارة المصنوعة من الألومنيوم خيار جيد. إذا كنت تفكر في تكلفة شراء أيٍّ منهما، فاعلم أن مشعات الألومنيوم أرخص من مشعات السيراميك، كما أنها موصلات حرارية جيدة. يعتمد الاختيار الآن بين مشعات السيراميك ومشتتات الألومنيوم على الخصائص التي تريدها أو التطبيق الذي قد تحتاجه. لذا، بينما توفر مشعات السيراميك أداءً مثاليًا، فإن مشعات الألومنيوم اقتصادية.

عناصر تسخين كربيد السيليكون

يُستخدم كربيد السيليكون في صناعة عناصر التسخين، إذ يتميز بموصلية حرارية عالية. وبفضل كثافته العالية، يُمكن استخراج قضبان وأنابيب سيراميك من مختلف أنواع كربيد السيليكون عند درجات حرارة تصل إلى 2500 درجة مئوية.

يُعدّ إنتاج الطاقة العالي سمةً مميزةً لعناصر تسخين كربيد السيليكون. في أغلب الأحيان، لا تحتاج هذه العناصر إلى دعم خارجي، إذ يُمكن تركيبها بأي طريقة (أفقيًا أو رأسيًا).

يستخدم كربيد السيليكون في صناعة عناصر التسخين لأنه:

• لديه القدرة على إدارة المنتجات المختلفة بغض النظر عن الأجواء.

• إنها اقتصادية للغاية ولا تعاني من مشاكل التخزين.

• كما أنها نظيفة وصديقة للبيئة.

تطبيقات عناصر تسخين كربيد السيليكون

يمكن استخدام عناصر تسخين كربيد السيليكون في بيئات وتطبيقات مختلفة. لنلقِ نظرة على بعضها:

صناعة الزجاج

في صناعة الزجاج، يمكنك استخدام عناصر التسخين SiC هذه لصهر وتنقية الزجاج (بسبب خصائصها المقاومة للحرارة).

الصناعة الكهربائية

يمكنك استخدامه في صنع الخزف الكهربائي، وعجلات الطحن، وشمعات الاحتراق، وأجهزة التسخين المنتشرة وكربيد السيليكون.

علم المعادن

التلبيد، والتصلب، وإزالة الأكسدة، والتحليل، والمعالجة الحرارية، والتزوير واللحام هي كلها تطبيقات مناسبة لعناصر تسخين كربيد السيليكون في الصناعة المعدنية.

صناعة السيراميك

صناعة السيراميك ليست بمنأى عن ذلك، لأن الفخار وبعض أدوات المطبخ الأخرى التي تستخدمها في المنزل هي كلها منتجات مصنوعة من تسخين كربيد السيليكون.

الاتجاهات الحالية في السوق الدولية والقيمة السوقية لسيراميك كربيد السيليكون.

سيطرت مواد كربيد السيليكون المتسربة بالسيليكون (SiSiC) وكربيد السيليكون المسحوق (SSiC) على سوق السيراميك لفترة طويلة في عام 2023. ونظرًا لفائدتها، بدأت العديد من الصناعات في الطلب على مواد سيراميك كربيد السيليكون هذه ونتيجة لذلك، نما السوق بمعدل مذهل.

من المثير للاهتمام أن تعرفوا أنه قبل عامين، بلغت قيمة سوق سيراميك كربيد السيليكون 1.27 مليار دولار أمريكي. وبمعدل نمو سنوي مركب قدره 5.251 مليار دولار أمريكي، من المتوقع أن يتجاوز هذا السوق مليار دولار أمريكي بحلول عام 2030. وتضم قارة آسيا شركات رائدة في هذا السوق، مثل شركة فوجي إلكتريك المحدودة (اليابان)، وشركة ROHM المحدودة، وشركة STMicroelectronics، وغيرها.

هنا في GGS سيراميك, نحن نقدم أفضل مزيج من مواد سيراميك كربيد السيليكون، ومبددات الحرارة السيراميكية، والمنتجات لاستخدامك ومتعتك.

تطبيقات مواد سيراميك كربيد السيليكون

يمكن استخدام مواد سيراميك كربيد السيليكون في مختلف الصناعات، بدءًا من الصناعات الكيميائية، وشركات الهندسة، ووصولًا إلى الصناعات التحويلية، وغيرها الكثير. سنتناول بعضًا منها:

شركات الهندسة

في شركات الهندسة، يُمكن استخدام كربيد السيليكون في الإلكترونيات لإنتاج الأجهزة والآلات والمعدات التي تتطلب مستوى عاليًا من التوصيل الحراري ومقاومة الحرارة. على سبيل المثال، يُمكن استخدامه في إنتاج الفرامل، وأجزاء المحركات، والمضخات، والمحامل، والأختام الميكانيكية، وبطانات الأفران، والفوهات، والأنابيب، وغيرها.

صناعة السيراميك

يمكنك استخدام سيراميك كربيد السيليكون لإنتاج طلاء الأظافر ورفوف الأفران وبطاناتها بسبب مقاومته الممتازة للمواد الكيميائية والحرارية.

إنتاج المواد الكاشطة

يمكن إنتاج المواد التي تتطلب أسطحًا خشنة ومقاومة للخدش، مثل أجزاء الآلات وأدوات القطع، من سيراميك كربيد السيليكون. على سبيل المثال، تستخدم المواد الكاشطة صلابة كربيد السيليكون وخصائص مقاومة التآكل لتعزيز فعاليتها.

صناعة الإلكترونيات

تستفيد أيضًا الإلكترونيات وأشباه الموصلات وأجهزة الطاقة مثل ثنائيات شوتكي وMOSFETS من سيراميك كربيد السيليكون.

جيش 

تتفاعل السترات الواقية من الرصاص المستخدمة في الجيش بشكل رائع مع الأجسام ذات التأثير العالي لأن غالبيتها مصنوعة من مواد سيراميك كربيد السيليكون.

الأسئلة الشائعة

ما هو الاسم الشائع لمواد سيراميك كربيد السيليكون؟

الاسم الشائع لمواد سيراميك كربيد السيليكون هو الموزانيت.

ما هو تصنيف صلابة موس لسيراميك كربيد السيليكون؟

تبلغ صلابة سيراميك كربيد السيليكون 9.5 مما يجعل ثاني أصعب مادة على وجه الأرض بعد الماس.

هل مواد سيراميك كربيد السيليكون لها نقطة غليان ونقطة انصهار؟

نعم، تبلغ درجة انصهارها حوالي ٢٧٣٠ درجة مئوية، ولكن ليس لها درجة غليان محددة. مع ذلك، تُظهر الأبحاث الحديثة أنه عند درجة حرارة ٤٩٣٦ درجة فهرنهايت، يمكن أن تتحول من الحالة الصلبة إلى الغازية مباشرةً (التسامي).

ما هو كربيد السيليكا وما الذي يميزه عن كربيد السيليكون؟

تركيبها الكيميائي والفيزيائي هو ما يميزها. كربيد السيليكا هو أكسيد السيليكون، وصيغته الكيميائية SiO2، بينما كربيد السيليكون مركب كيميائي يتكون من السيليكون والكربون.

خاتمة

ستظل مواد كربيد السيليكون ركيزة أساسية في الاقتصاد العالمي طالما استمر سكان العالم في استخدام المواد الخزفية المتطورة والطلب عليها. ومع الابتكارات والتعديلات الجديدة على مواد كربيد السيليكون الخزفية، يُعد هذا القطاع بلا شك من أفضل القطاعات التي يمكنك دخولها بأمان وتوقع ازدهارها.