Einführung

Siliziumkarbid (SiC) ist ein bekanntes keramisches Material, das in der modernen Technologie sehr nützlich ist. Tatsächlich kommen viele aufstrebende Branchen, die hohe Temperaturen und thermische Stabilität unter intensiven Arbeitsbedingungen erfordern, heute kaum noch ohne Siliziumkarbid aus. Der Grund dafür ist nicht weit hergeholt: Siliziumkarbid verfügt über die notwendigen Eigenschaften, die es unter diesen Bedingungen zu Höchstleistungen befähigen. Zu den wichtigsten Eigenschaften dieses trendigen Keramikmaterials zählen die extreme Härte und die hohe Wärmeleitfähigkeit. Im heutigen Artikel erfahren Sie mehr über die Eigenschaften von Siliziumkarbid und deren Nutzen für neue Energien und aufstrebende Branchen weltweit. Außerdem erfahren Sie, warum SiC der Halbleiter- und Leistungselektronikindustrie Vorteile bringt.

Was ist Siliziumkarbid?

Siliziumkarbid (SiC) ist ein gräulicher, kristalliner Keramikwerkstoff, der industriell aus Silizium und Kohlenstoff hergestellt wird. Siliziumkarbid weist tetraedrische Kristallgitterstrukturen aus kovalent gebundenem Kohlenstoff und Silizium auf, die ihm eine extreme Härte verleihen. Die meisten Hersteller nennen es Carborundum, und es ist heute aufgrund seiner hohen Leistungsstandards und Eigenschaften von großer Bedeutung. Siliziumkarbid ist, mehr als jedes andere moderne Keramikmaterial, ein Hauptbestandteil der heutigen Halbleiter der dritten Generation. Ohne SiC funktionieren die meisten dieser Halbleiter nicht ordnungsgemäß. Sie würden entweder unter hoher Belastung und Spannung brechen oder bei extremen Temperaturen aufgrund schlechter Wärmeableitung überhitzen.

Siliziumkarbid lässt sich mit dem Acheson-Verfahren problemlos herstellen. Dazu wird überschüssiges Silizium (Petroleumquarz) zusammen mit einigen wichtigen Additiven und Kohlenstoff (Industriekoks) in einem Ofen bei extrem hoher Hitze und Temperaturen von bis zu 2.400 °C vermischt. Wenn Sie als Hersteller hochwertiges SiC für anspruchsvolle Anwendungen herstellen möchten, können Sie das Siliziumkarbid auch bei höheren Temperaturen und geringerem Druck sintern.

Wofür wird Siliziumkarbid verwendet? Tatsächlich sind die Einsatzmöglichkeiten von SiC vielfältig und erstrecken sich über viele Branchen. Siliziumkarbid ist einer der wenigen modernen Keramikwerkstoffe, der die Effizienz und Leistung Ihrer Geräte und Industrieanlagen deutlich steigern kann. Als Produktionsingenieur kann es Ihnen helfen, schnellere und stabilere Geräte herzustellen – Geräte, die nicht nur überhitzungssicher, sondern auch leicht sind, was Ihre Produktionskosten erheblich senken kann.

Mit Siliziumkarbid lassen sich aufgrund seines geringen Gewichts und seiner thermischen Stabilität sicherere und bessere Batterien für Elektrofahrzeuge herstellen. Diese Siliziumkarbid-Batterien laden nicht nur in Elektrofahrzeugen, sondern auch in anderen leistungsstarken elektronischen Geräten schneller auf. Automobilunternehmen und neuerdings auch die Luft- und Raumfahrtindustrie verwenden SiC-Materialien aufgrund ihrer extrem harten und verschleißfesten Eigenschaften zur Herstellung von Ersatzteilen, Motorlagern und Dichtungsringen.

Sie können damit auch Siliziumkarbid-Chips und SiC-Wafer für hochwertige Halbleiter herstellen, verschleißfest Schleif- und Schneidwerkzeuge/-räder, Ofenauskleidungen, optische Instrumente, Spiegel, medizinische Geräte wie Röntgenstrahlen und eine Vielzahl anderer wichtiger Komponenten, die heute in neuen Industrien verwendet werden.

Eigenschaften von Siliziumkarbid

Einige der herausragenden Eigenschaften von SiC sind:

• Es ist unlöslich in Wasser und Säuren

• Es hat eine hohe Druckfestigkeit und Bruchzähigkeit von 6,8 MPa·√m

• Es besitzt eine Dichte von 3,21 g/cm 3

• Es hat eine Härte von 32 GPa und einen Wert von 9,5 auf der Mohs-Härteskala

• Es handelt sich um einen Halbleiter mit großer Bandlücke und einer Bandlücke von 3,26 eV

• Es besitzt eine Wärmeleitfähigkeit von 120 W/m•K

• Es hat einen Elastizitätsmodul von 440 GPa

• Es hat eine Biegefestigkeit von 490 MPa

• Es hält Temperaturen von bis zu 2.600 °C stand

• Der Wärmeausdehnungskoeffizient beträgt 4,0 x10–6/°C

• Es ist äußerst korrosions- und verschleißbeständig.

Siliziumkarbid und Halbleiter

Bisher verwendeten verschiedene Branchen Siliziumchips und andere moderne Keramikmaterialien zur Herstellung von Halbleitern für elektronische Geräte und Maschinen. Aufgrund ihrer geringen Geschwindigkeit und Überhitzungsneigung bezeichnet man diese Halbleiter als „Halbleiter der ersten Generation“. Da es sich jedoch nicht um Halbleiter mit großem Bandabstand handelte, war ihre Gesamteffizienz gering, insbesondere angesichts der gestiegenen Anforderungen an hohe Präzision bei hohen Temperaturen. Heute führt der Einsatz von Siliziumkarbid in denselben Branchen zur Produktion deutlich verbesserter Halbleiter mit großem Bandabstand. Diese Halbleiter der dritten Generation enthalten Siliziumkarbidchips und SiC-Wafer.

Neue Industrien nutzen Siliziumkarbid-Substrate (Chips und Wafer), um die Leistungsstandards dieser neu entwickelten Wide-Bandgap-Halbleiter zu steigern. Die Siliziumkarbid-Chips und Kühlkörper in den Halbleitern und Elektronikpanels von Leistungsbauelementen sorgen für eine schnellere Wärmeableitung. Sie machen sie zudem robust genug, um Spannungen und Überlastungen standzuhalten, ohne zu brechen. Möglich wird dies durch die Härte und hohe Wärmeleitfähigkeit von SiC.

Auch heute noch bevorzugen Ingenieure Siliziumkarbid-basierte Halbleiter gegenüber Silizium in ihrer Produktion. Warum? Sie sind kostengünstig in der Herstellung und überhitzen oder versagen im Vergleich zu anderen Halbleitern bei hohen Temperaturen, hohen mechanischen Belastungen und hohen Umweltbelastungen nicht. Diese Vorteile sind auf ihre ausgezeichnete thermische Stabilität und Härte zurückzuführen.

Die Effizienz dieser SiC-Werkstoffe Die Qualität von Halbleitern lässt sich durch Dotierung sogar noch verbessern. Zu den Dotierungsstoffen gehören Bor, Aluminium, Arsen, Phosphor usw.

Welches Material, wenn nicht Siliziumkarbid, würden Sie als Hersteller für die Herstellung und Beschichtung dieser Halbleiter in Betracht ziehen? Keines! Lassen Sie uns etwas näher auf die Verwendung von Siliziumkarbid in aufstrebenden Branchen eingehen.

Siliziumkarbid und aufstrebende Industrien

Viele Fertigungsindustrien, die in den letzten Jahren entstanden sind, nutzen Siliziumkarbid für hochpräzise Anwendungen. Branchen wie Maschinenbau, Automobilindustrie, Leistungselektronik, Solarenergie, Luft- und Raumfahrt, Schleifmittel und neuerdings auch das Gesundheitswesen sind hierfür ein wichtiger Faktor. Sie alle benötigen einen sehr stabilen und robusten Keramikwerkstoff mit hervorragenden Eigenschaften, wie sie SiC bietet. Maschinenbauunternehmen benötigen beispielsweise hochfeste Werkstoffe zur Herstellung von Stäben, Ofenauskleidungen, Maschinenrotoren und Dichtungsringen. SiC ist das beste Material für diese Anwendungen, da es in puncto Härte und thermischer Stabilität nur von Diamant übertroffen wird.

Die Automobilindustrie weiß, dass ihre Autoersatzteile und Motoren mit Siliziumkarbid besser funktionieren. Warum? SiC ist, wie bereits erwähnt, sehr hart; zudem ist es sehr widerstandsfähig gegen Verschleiß und rostbildende Chemikalien und stabil genug, um Wärme und Strom zu leiten, ohne externe Probleme zu verursachen. Dies sind wichtige Eigenschaften für die Herstellung guter Autos mit hervorragenden Teilen und hoher Funktionalität.

Da neue Automobilindustrien wie Tesla nun in die Produktion von Elektrofahrzeugen einsteigen, benötigen sie SiC, um die Leistungsumwandlungsraten zu verbessern, Siliziumkarbidbatterien herzustellen, die Größe zu reduzieren und eine stabile Beschleunigung und Verzögerung während der Fahrt aufrechtzuerhalten.

Auch die Solarenergie ist davon nicht ausgeschlossen. Neue Branchen in diesem Bereich produzieren hocheffiziente Solarwechselrichter und -batterien auf Siliziumkarbidbasis sowie Leistungsmodule. Auch unterbrechungsfreie Stromversorgungen (USV) und Windturbinen für erneuerbare Energien nutzen Siliziumkarbid. Siliziumkarbid reduziert Materialkosten und Größe und erhöht gleichzeitig die Effektivität dieser Solarprodukte. Die Solarumwandlungsraten erreichen dank Siliziumkarbid mittlerweile mindestens 951 TP3T. Mit 97,51 TP3T reduzieren diese verbesserten Wechselrichter den Gesamtenergieverlust um 251 TP3T. Die enormen Vorteile von SiC sind hier kaum zu übersehen.

Auch in der Leistungselektronik wird SiC zur Herstellung effizienterer und stromsparenderer LED-Leuchten eingesetzt. Dank reduziertem Temperaturverlust und besserer Stromleitfähigkeit sorgt SiC dafür, dass diese LED-Leuchten länger halten und sogar heller leuchten. Dies führt zu niedrigeren Produktionskosten und höheren Erträgen für die Branchen in diesem Bereich.

Jüngste Untersuchungen haben gezeigt, dass die Verwendung und Anwendung von Siliziumkarbid in all diesen aufstrebenden Branchen weltweit stark zugenommen hat. Bei diesem Wachstumstempo könnte der aktuelle SiC-Markt (für Halbleiter, Leistungselektronik und andere Anwendungen), der im Jahr 2023 auf 144 Milliarden TP1T4 Milliarden geschätzt wird, bis 2026 einen Marktwert von über 141 Milliarden TP1T10 Milliarden erreichen.

Investoren in neue Energien und Keramik investieren mit erstaunlicher Geschwindigkeit in diesen Bereich. Siliziumkarbid-Lieferanten sind aufgrund des enormen Potenzials von SiC mittlerweile auf verschiedenen Kontinenten der Welt so stark vertreten. Bleiben Sie nicht außen vor und kontaktieren Sie uns jetzt unter GGSCeramics Für hochwertige SiC- und Sinter-SiC-Werkstoffe, die zu Ihren Anwendungen passen. Wir sind führend unter den Siliziumkarbid-Lieferanten und Sie können sicher sein, dass Sie von uns das Beste erhalten.

Häufig gestellte Fragen

Wofür wird Siliziumkarbid verwendet?

Neben der Verwendung von Siliziumkarbid unter stark mechanischen und hochbelastenden Umgebungsbedingungen verwenden die meisten Hersteller es als Schleifmittel zur Herstellung von Sandpapier, Schleif- oder Schneidwerkzeugen und -rädern.

Welche Rohstoffe werden bei der Siliziumkarbid-Produktion verwendet?

Die wichtigsten Rohstoffe, die bei der SiC-Produktion (durch das Acheson-Verfahren) verwendet werden, sind Erdölquarz (Industriesilizium) und Koks (Kohlenstoff).

Was ist der Schmelzpunkt von Siliziumkarbid?

Siliziumkarbid hat keinen festen Schmelzpunkt. Sie werden jedoch feststellen, dass es bei 2.730 °C zu sublimieren beginnt.

Abschluss

Jetzt kennen Sie sicherlich die besten Antworten auf die Frage „Wofür wird Siliziumkarbid verwendet?“. Egal, ob Sie zum ersten Mal damit arbeiten oder schon länger in der Branche tätig sind, Sie wissen, dass Siliziumkarbid die beste Wahl ist. Dies mehrdimensionales Keramikmaterial wird häufig in Halbleitern, Leistungselektronik und vielen anderen Bereichen eingesetzt. Neben seiner Härte und thermischen Stabilität ist es dank seiner Fähigkeit, gefährlichen Chemikalien, hohen Temperaturen und Verschleiß unter rauen Bedingungen mühelos zu widerstehen, ein hervorragendes Material für jeden Hersteller. Siliziumkarbid verdient die Popularität und Anerkennung, die es heute weltweit erfährt. Zweifellos ist es ein starker Hoffnungsschimmer für aufstrebende Branchen – jetzt und in Zukunft!