Einführung
In letzter Zeit besteht weltweit ein steigender Bedarf an Keramikwerkstoffen mit erhöhter Festigkeit und Haltbarkeit, um auch rauen Arbeitsbedingungen standzuhalten und dennoch effizient zu arbeiten. Deshalb hat sich Siliziumkarbid-Keramik zu einem der besten und am häufigsten verwendeten Keramikwerkstoffe entwickelt. Neben seiner beeindruckenden Härte und Haltbarkeit zeichnet es sich durch weitere interessante Eigenschaften aus, die wir im heutigen Artikel ausführlich betrachten. Außerdem erfahren Sie mehr über die verschiedenen Arten, Anwendungen und Markttrends von Siliziumkarbid-Keramik und wie sich keramische Kühlkörper von Aluminium und anderen Materialien unterscheiden.
Eigenschaften von Siliziumkarbid-Keramikmaterialien
Siliziumkarbid-Keramikmaterialien sind fortschrittliche Keramikmaterialien aus HalbleitermaterialSiliziumkarbid wird in zahlreichen industriellen Anwendungen eingesetzt. Es erscheint manchmal gelb, manchmal grünlich. Diese Halbleiter bestehen aus Silizium und Kohlenstoff, die in Kristallgitterstrukturen angeordnet sind, was sie zu einem der härtesten bekannten künstlichen Materialien der Erde macht. Hier sind einige Eigenschaften von Siliziumkarbid-Keramikwerkstoffen, die Sie beim Kauf kennen sollten:
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Hohe Hitze- und Korrosionsbeständigkeit
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Fähigkeit, hohen Temperaturen von bis zu 1.300 °C standzuhalten.
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Kratzfest
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Hervorragende Wärme- und Stromleiter.
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Chemisch inaktive Materialien.
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Geringe Dichte
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Sie verfügen über eine große Bandlücke, was bedeutet, dass sie als gute Halbleiter für elektronische Geräte dienen können.
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Geringe Wärmeausdehnung und Stoßfestigkeit.
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Extrem harte Materialien, nur Diamanten sind härter.
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Hohe Dichte von 3,20 g/mm
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Hoher Schmelzpunkt von 2.730 °C
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Großer Elastizitätsmodul von über 400 GPa.
Arten von Siliziumkarbid-Keramikmaterialien
Es gibt drei Haupttypen von Siliziumkarbidmaterialien:
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Reaktionsgebundene Siliziumkarbid-Werkstoffe (RBSiC):
Diese Art von Siliziumkarbid-Keramikmaterial ist für seine außergewöhnliche Dichte und Festigkeit bekannt. Es wird industriell aus der chemischen Kombination von Siliziumpulver und Kohlenstoff unter hohe Temperaturen und minimalem Sinterdruck. Dadurch entsteht in der Regel ein poröses Material, das Siliziuminfiltrationen zulässt. Aufgrund seiner hohen Temperatur- und Verschleißbeständigkeit eignet sich RBSiC hervorragend für die Herstellung von Tiegeln, Weltraumspiegeln und vielen anderen industriellen Hochtemperaturkomponenten.
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Siliziuminfiltrierte Siliziumkarbidmaterialien (SiSiC):
Diese Art von Siliziumkarbid ähnelt eher einer hochdichten Variante des reaktionsgebundenen Siliziumkarbids. Der Unterschied besteht darin, dass die porösen Materialien mit flüssigem Silizium infiltriert sind. SiSiC eignet sich für verschiedene Anwendungen, beispielsweise für Keramikrohre zur Auskleidung von Industriemaschinen, Halbleiter für elektronische Geräte und Werkzeuge zur Herstellung von Düsen und Schneidmaterialien.
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Gesinterte Siliziumkarbidmaterialien (SSIC):
Diese leichten Materialien entstehen durch die Kompression von Siliziumkarbidpulverpartikeln bei hohen Temperaturen und niedrigem Druck. Sie zeichnen sich durch hohe Reinheit, glattere Oberflächen und höhere Dichten aus. Diese Art von SSIC-Material kann industriell zur Herstellung von Pumpen, Gleitringdichtungen und einigen Maschinenersatzteilen eingesetzt werden.
Vergleich zwischen Keramik-Kühlkörpern und Aluminium-Kühlkörpern.
Kühlkörper sind Geräte oder Platten, die in der Elektroindustrie verwendet werden, um überschüssige Wärme von elektronischen Geräten abzuleiten (Wärmeableitung). Mit der zunehmenden Produktion von elektronische Geräte In den letzten Jahren haben sich fortschrittliche Keramikmaterialien und Aluminium zu den beiden am häufigsten verwendeten Materialien bei der Herstellung dieser Kühlkörper entwickelt.
Wenn Sie jedoch zwischen den beiden Optionen wählen müssen, sind Keramikkühlkörper aus fortschrittlichen Keramikmaterialien wie Siliziumkarbid wahrscheinlich die bessere Wahl als Aluminium, da sie die Wärme von elektronischen Geräten besser ableiten. Warum sind sie besser? Sie fragen sich vielleicht: Im Gegensatz zu Aluminium sind Siliziumkarbid-Kühlkörper aufgrund ihrer außergewöhnlichen Härte und ihrer Fähigkeit, auch unter ungünstigen Bedingungen wie hohen Temperaturen oder Hitze gut zu funktionieren, bessere Stromleiter in hochpräzisen elektronischen Geräten. Darüber hinaus sind diese fortschrittlichen Keramikkühlkörper auch umweltfreundlicher und haben eine höhere Wärmebeständigkeit als Aluminium.
Im Vergleich zu Aluminium sind Keramikkühlkörper zudem widerstandsfähiger gegen chemische Reaktionen und Korrosion und verhindern elektromagnetische Störungen. Dank dieser Eigenschaften leiten Siliziumkarbid-Keramikkühlkörper die Wärme von leichten oder energiereichen elektronischen Geräten im Vergleich zu Aluminium hervorragend ab.
Aluminiumkühlkörper sind keine schlechte Wahl. Wenn Sie die Anschaffungskosten abwägen, sollten Sie wissen, dass Aluminiumkühlkörper im Vergleich zu Keramikkühlkörpern günstiger sind und zudem gute Wärmeleiter bieten. Die Wahl zwischen Keramik- und Aluminiumkühlkörpern hängt von den gewünschten Eigenschaften oder der Anwendung ab. Während Keramikkühlkörper optimale Leistung bieten, sind Aluminiumkühlkörper kostengünstig.
Siliziumkarbid-Heizelemente
Siliziumkarbid eignet sich zur Herstellung von Heizelementen und zeichnet sich durch eine hohe Wärmeleitfähigkeit aus. Dank seiner hohen Dichte können aus den verschiedenen SiC-Sorten bei Temperaturen von bis zu 2.500 °C Stäbe und Keramikrohre hergestellt werden.
Siliziumkarbid-Heizelemente zeichnen sich durch eine hohe Leistungsabgabe aus. Diese Elemente benötigen meist keine externe Unterstützung, da sie beliebig (horizontal oder vertikal) montiert werden können.
Siliziumkarbid wird zur Herstellung von Heizelementen verwendet, weil:
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Es ist in der Lage, unterschiedliche Produkte unabhängig von der Umgebung zu handhaben.
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Sie sind sehr sparsam und weisen keine Lagerprobleme auf.
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Außerdem ist es sauber und umweltfreundlich.
Anwendungen von Siliziumkarbid-Heizelementen
Siliziumkarbid-Heizelemente können in verschiedenen Umgebungen und Anwendungen eingesetzt werden. Sehen wir uns einige an:
Glasindustrie
In der Glasindustrie können Sie diese SiC-Heizelemente zum Schmelzen (aufgrund ihrer feuerfesten Eigenschaft) und Läutern von Glas verwenden.
Elektroindustrie
Sie können es zur Herstellung von Elektroporzellan, Schleifscheiben, Zündkerzen, Diffusions- und Siliziumkarbid-Heizgeräten verwenden.
Metallurgie
Sintern, Härten, Desoxidieren, Prüfen, Wärmebehandeln, Schmieden und Löten sind allesamt geeignete Anwendungsgebiete für Siliziumkarbid-Heizelemente in der metallurgischen Industrie.
Keramikindustrie
Auch die Keramikindustrie ist hiervon nicht ausgenommen, denn Töpferwaren und einige andere Küchenutensilien, die Sie zu Hause verwenden, sind allesamt Produkte aus erhitztem Siliziumkarbid.
Aktuelle internationale Markttrends und Marktwert von Siliziumkarbidkeramik.
Siliziuminfiltrierte Siliziumkarbidmaterialien (SiSiC) und gesintertes Siliziumkarbid (SSiC) dominierten im Jahr 2023 lange Zeit den Keramikmarkt. Aufgrund ihrer Nützlichkeit begannen viele Branchen, diese Siliziumkarbid-Keramikmaterialien nachzufragen, wodurch der Markt mit einer erstaunlichen Geschwindigkeit wuchs.
Interessanterweise wurde der Markt für Siliziumkarbidkeramik vor zwei Jahren auf 1,27 Milliarden TP4Billionen geschätzt. Mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate von 5,251 TP3Billionen wird erwartet, dass er bis 2030 die Marke von 1,2 Milliarden TP4Billionen überschreiten wird. Auf dem asiatischen Kontinent sind wichtige Marktteilnehmer wie Fuji Electric Company, Ltd., Japan, ROHM Company, Ltd., STMicroelectronics usw. vertreten.
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Anwendungen von Siliziumkarbid-Keramikmaterialien
Siliziumkarbid-Keramikmaterialien finden Anwendung in verschiedenen Branchen, von der chemischen Industrie über Ingenieurbüros bis hin zur Fertigungsindustrie und vielen weiteren. Wir werden uns einige davon ansehen:
Ingenieurbüros
In Ingenieurbüros kann Siliziumkarbid in der Elektronik zur Herstellung von Geräten, Maschinen und Anlagen eingesetzt werden, die eine hohe Wärmeleitfähigkeit und Hitzebeständigkeit erfordern. Beispielsweise kann es bei der Herstellung von Bremsen, Motorteilen, Pumpen, Lagern, Gleitringdichtungen, Ofenauskleidungen, Düsen, Rohren usw. eingesetzt werden.
Keramikindustrie
Aufgrund ihrer hervorragenden Feuerfestigkeit und chemischen Beständigkeit können Sie Siliziumkarbidkeramik zur Herstellung von Nagellacken, Ofenböden und Auskleidungen verwenden.
Herstellung von Schleifmitteln
Materialien, die raue und kratzfeste Oberflächen erfordern, wie Maschinenteile und Schneidwerkzeuge, können aus Siliziumkarbidkeramik hergestellt werden. Schleifmittel beispielsweise nutzen die Härte und Verschleißfestigkeit von Siliziumkarbid, um ihre Wirksamkeit zu steigern.
Elektronikindustrie
Auch Elektronik, Halbleiter und Leistungsgeräte wie Schottky-Dioden und MOSFETS profitieren von Siliziumkarbidkeramik.
Militär
Die kugelsicheren Westen des Militärs weisen eine hervorragende Widerstandsfähigkeit gegen hochschlagfeste Objekte auf, da sie größtenteils aus Siliziumkarbid-Keramikmaterialien hergestellt werden.
Häufig gestellte Fragen
Wie lautet die gebräuchliche Bezeichnung für Siliziumkarbid-Keramikmaterialien?
Der gebräuchliche Name für Siliziumkarbid-Keramikmaterialien ist Moissanit.
Wie hoch ist die Mohshärte von Siliziumkarbidkeramik?
Mit einer Mohshärte von 9,5 ist Siliziumkarbidkeramik nach Diamant das zweithärteste Material der Erde.
Haben Siliziumkarbid-Keramikmaterialien einen Siedepunkt und einen Schmelzpunkt?
Ja, sie haben einen Schmelzpunkt von etwa 2.730 °C, aber keinen definierten Siedepunkt. Neuere Forschungen zeigen jedoch, dass sie bei 2.936 °C direkt vom Feststoff in den gasförmigen Zustand übergehen können (Sublimation).
Was ist Siliciumcarbid und was unterscheidet es von Siliziumkarbid?
Sie unterscheiden sich durch ihre chemische und physikalische Zusammensetzung. Während Siliciumcarbid ein Oxid des Siliziums mit der chemischen Formel SiO2 ist, ist Siliciumcarbid eine chemische Verbindung aus Silizium und Kohlenstoff.
Abschluss
Siliziumkarbid-Werkstoffe werden weiterhin eine tragende Säule der Weltwirtschaft bleiben, solange die Weltbevölkerung weiterhin fortschrittliche Keramikwerkstoffe nutzt und nachfragt. Angesichts der bevorstehenden Innovationen und Modifikationen dieser Siliziumkarbid-Keramikwerkstoffe ist dies sicherlich einer der besten Sektoren, in die man sicher einsteigen und einen Boom erwarten kann.