Introducción

Cerámica de carburo de silicio Han logrado avances significativos en la industria automotriz recientemente gracias a su impresionante dureza y otras propiedades excepcionales. Los nuevos avances en tecnología automotriz y energías renovables han hecho posible el uso de estas cerámicas avanzadas en la industria automotriz a nivel mundial. El artículo de hoy le mostrará los beneficios, las propiedades únicas y las aplicaciones de la cerámica de carburo de silicio en la industria automotriz y en otras industrias. También analizaremos el papel de los semiconductores de SiC en los vehículos eléctricos (VE). Finalmente, veremos las tendencias actuales del mercado de la cerámica de carburo de silicio.

Características de la cerámica de carburo de silicio

La cerámica de carburo de silicio es un material cerámico avanzado hecho de silicio y carburo. Se puede obtener artificialmente como carborundo o de forma natural como moissanita. Al hablar de la cerámica de carburo de silicio, lo primero que viene a la mente es su excepcional dureza y su capacidad para soportar condiciones extremas como calor extremo, oxidación (herrumbre) y altas temperaturas. Curiosamente, los materiales de SiC, como las obleas de SiC y los disipadores de calor cerámicos de SiC, tienen una banda prohibida amplia que les permite conducir el calor y la electricidad de forma excelente en comparación con otros materiales.

No es de extrañar que industria automotriz La cerámica de carburo de silicio se está adoptando rápidamente en la producción de automóviles, vehículos eléctricos, motores, repuestos y muchos otros equipos relacionados. La razón es simple: los materiales cerámicos de carburo de silicio suelen ofrecer un borde mucho mejor y resultados más eficientes en una amplia gama de aplicaciones que el material cerámico avanzado promedio.

Algunas propiedades del carburo de silicio que lo hacen útil para tantas industrias hoy en día son:

• Excelentes conductores de electricidad y calor extremo.

• Baja densidad

• Alto punto de fusión de 2.730 °C

• Alta resistencia a la compresión y dureza, sólo superada por el diamante.

• Baja expansión térmica.

• También posee superficies resistentes a los arañazos.

• Tienen un ancho de banda amplio que los convierte en un semiconductor adecuado para dispositivos electrónicos de alta potencia y vehículos eléctricos.

• Módulo joven superior a 400 GPa.

• Alto nivel de resistencia a la corrosión y sustancias químicas como los ácidos.

• Capacidad de soportar altas temperaturas llegando a alcanzar los 1.300°C.

Beneficios de la cerámica de carburo de silicio para diversas industrias

La cerámica de carburo de silicio tiene muchos beneficios útiles para varias industrias, como la industria automotriz, las industrias químicas, las empresas de ingeniería, las industrias metalúrgicas, las industrias del plástico, etc.

Ahora bien, estos son algunos de los beneficios que puede obtener de la aplicación de cerámica de carburo de silicio:

• Le ofrece una manera rápida y eficiente de disipar el calor en sus automóviles y maquinaria industrial pesada. Esto significa que sus vehículos no se sobrecalentarán si se utiliza carburo de silicio en su fabricación.

• Sus automóviles e incluso máquinas industriales pesadas, motores y repuestos aprovechan la dureza compresiva y la naturaleza resistente del SiC, lo que hace que duren más.

• Los materiales de SiC conducen muy bien la electricidad, por lo que son muy adecuados para vehículos eléctricos.

• El bajo coeficiente de fricción de la cerámica automotriz la protege del estrés mecánico, el desgaste y el deterioro.

• Con un bajo coeficiente de expansión térmica, sus automóviles y equipos pueden reaccionar de manera brillante a los choques térmicos.

• Estos materiales de SiC se pueden utilizar en condiciones y entornos desfavorables con temperaturas altas o inestables sin sufrir daños térmicos gracias a su alta estabilidad térmica y conductividad.

• Puede utilizar estas cerámicas de carburo de silicio para producir esmaltes de uñas resistentes y materiales plásticos en la industria cerámica.

• Puede ahorrar costos y tiempo al utilizar obleas de carburo de silicio y disipadores de calor para producir productos electrónicos de alta potencia, vehículos eléctricos y automóviles.

• Las obleas y chips de carburo de silicio pueden aumentar la tasa de conversión de energía de su automóvil.

• Sus automóviles y vehículos eléctricos gestionarán la energía de forma más eficiente con el uso de material de SiC para cargadores integrados y convertidores CC/CC.

• Sus teléfonos móviles, vehículos eléctricos y computadoras modernas son más rápidos y productivos gracias a los chips de obleas de carburo de silicio que mantienen el sistema bajo control.

• Reducción de fallas en los frenos debido a la rápida disipación del calor de la cerámica automotriz.

• Al utilizar materiales de SiC se gasta menos combustible gracias a una menor pérdida de calor y una mayor estabilidad térmica.

• Las obleas de carburo de silicio ayudan a los fabricantes a reducir el tamaño y producir máquinas o componentes de dispositivos livianos.

Aplicaciones de la cerámica en la industria automotriz

La aplicación de la cerámica de carburo de silicio en la industria automotriz ha aumentado drásticamente en los últimos años. Las empresas de ingeniería que buscan producir automóviles robustos y fiables dependen principalmente de la resistencia y dureza de estos materiales. Tapas de pistones, escapes y puertas de automóviles, motores, repuestos, chips semiconductores, revestimientos de cilindros y hornos, y colectores de admisión son algunos de los equipos que utilizan cerámica de carburo de silicio. Algunas de sus aplicaciones incluyen:

Motores y recubrimientos de motores

Los motores funcionan óptimamente cuando pueden conducir el calor correctamente sin afectar a todo el sistema. Esta es una propiedad única de los materiales cerámicos avanzados, como el carburo de silicio. Presentan una excelente conductividad térmica y estabilidad, manteniendo al mismo tiempo su estructura. Por lo tanto, pueden utilizarse para recubrir motores de alta resistencia y escapes de automóviles, o bien en la producción de estos motores.

Pistones

Al recubrir cerámica automotriz, como pistones, con SiC, se garantiza una mejor reflexión del calor. ¿Cómo? Aumenta la frecuencia de combustión del combustible y reduce la acumulación de carbono.

Culatas de cilindros

Las cámaras de mayor intensidad de los puertos de escape y las culatas de cilindros se queman bien gracias a los recubrimientos cerámicos que ayudan a circular el calor a un ritmo más rápido.

Faldas de pistón

La abrasión y la resistencia al rayado son propiedades clave de los materiales cerámicos de carburo de silicio. Por lo tanto, los bloques de motor y las faldas de pistón obtienen una superficie de deslizamiento seca y protección al recubrirlos con carburo de silicio.

Colectores de admisión

Cuando se utiliza material cerámico de carburo de silicio para revestimientos de los colectores de admisión en la industria automotriz, generalmente hay un nivel reducido de penetración de calor debido a la mezcla más fría de aire y combustible.

El papel de los semiconductores de carburo de silicio en los vehículos eléctricos (VE)

Gracias a las baterías y obleas de carburo de silicio (semiconductores), los vehículos eléctricos se han convertido en una de las últimas tendencias en tecnología automotriz. Aparentan ser pequeños, compactos y ligeros, pero comparados con un automóvil promedio, son más eficientes, con impresionantes velocidades de conmutación y menor pérdida de potencia. Las propiedades únicas de los semiconductores de carburo de silicio, como la estabilidad térmica, la disipación de calor rápida y eficaz, y la conductividad eléctrica y térmica estable, hacen que los fabricantes los consideren la mejor opción para diseñar vehículos eléctricos más pequeños, menos complejos y económicos. Los vehículos eléctricos utilizan circuitos de carga, obleas de carburo de silicio (como chips), baterías o inversores para su correcto funcionamiento.

Los informes dicen que Tesla abrió nuevos caminos con su Model 3 en 2017, cuando se convirtió en el primer fabricante de vehículos eléctricos en producir un inversor de transmisión de carburo de silicio.

Estos inversores, o baterías de SiC, como se les suele llamar, alimentan los vehículos eléctricos convirtiendo rápidamente su energía eléctrica en energía que impulsa el vehículo. Por lo tanto, sin la batería de carburo de silicio, que requiere carga, las ruedas de los vehículos eléctricos no se moverían ni un ápice. Esto también se debe a que estos semiconductores de SiC actúan como un cerebro que controla el flujo de energía eléctrica entre el motor eléctrico, la batería y otros componentes.

Un automóvil promedio consume alrededor de 500 a 600 chips semiconductores, Esto genera una mayor producción de calor. Por lo tanto, existe una creciente necesidad de chips que puedan transferir este calor de forma más rápida y eficaz. Los chips semiconductores de carburo de silicio son ahora una solución muy útil, ya que pueden gestionar eficazmente el calor producido y disiparlo rápidamente sin afectar al sistema. Los vehículos eléctricos nuevos y mejorados que vemos hoy en día cuentan con unos 2000 chips semiconductores de carburo de silicio. Obviamente, se ha mejorado la densidad, la potencia y la tasa de conversión de energía, así como la conductividad térmica y la estabilidad de los vehículos eléctricos.

Tendencias actuales del mercado de cerámica de carburo de silicio

El mercado de cerámica de carburo de silicio está valorado actualmente en 1270 millones de TP4T. Una cifra impresionante, ¿verdad? Los economistas estiman una tasa de crecimiento anual compuesta (TAC) de 5251 TP3T, debido al notable aumento de la demanda y la competencia en el mercado. Además, una estimación de al menos 2000 millones de TP4T para 2030 demuestra el buen desempeño del mercado en los últimos años. Empresas asiáticas como Fuji Electric Company, Ltd. y ROHM Companies se han consolidado como actores clave en este mercado de SiC.

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Preguntas frecuentes

¿Puede el carburo de silicio disolverse en agua?

No, es insoluble en agua pero soluble en hierro fundido e hidróxido de potasio (KOH).

¿Qué es mejor entre una batería de carburo de silicio y una batería de iones de litio?

Las baterías de SiC tienden a ser mejores en comparación con el tipo promedio de batería de iones de litio, porque (batería de carburo de silicio) se cargan más rápido, tienen una vida útil más larga y poseen una mayor densidad de energía, lo que las hace más fuertes que sus contrapartes (iones de litio).

¿Qué diferencia al nitruro de galio (GaN) del carburo de silicio (SiC)?

Aunque estos dos materiales semiconductores tienen propiedades similares, el carburo de silicio tiene una banda prohibida más amplia de 3,4 eV, mientras que el nitruro de galio tiene una banda prohibida de 3,4 eV.

Conclusión

La cerámica de carburo de silicio está teniendo un gran impacto en las economías mundiales y en muchas industrias a nivel global. Ha transformado por completo la industria automotriz, desde su uso en la producción de vehículos y automóviles eléctricos de bajo costo pero altamente eficientes hasta la producción de obleas de carburo de silicio de alto rendimiento, semiconductores y baterías de carburo de silicio, cargadores integrados y recubrimientos mejorados para pistones. ¡La cerámica de carburo de silicio es realmente revolucionaria!