Introduzione

Carburo di silicio (SiC) Il carburo di silicio è un noto materiale ceramico, molto utile per la tecnologia moderna. Molti settori emergenti, che richiedono alte temperature e stabilità termica in condizioni di lavoro intense, difficilmente possono fare a meno del carburo di silicio. La ragione di ciò non è affatto inverosimile: il carburo di silicio possiede le proprietà necessarie che gli consentono di operare in modo brillante in queste circostanze. Tra queste, la principale è l'estrema durezza e l'elevata conduttività termica di questo materiale ceramico di tendenza. Nell'articolo di oggi, scoprirete di più sulle proprietà del carburo di silicio e sulla loro utilità per le nuove energie e le industrie emergenti in tutto il mondo. Scoprirete anche perché il SiC offre vantaggi ai semiconduttori e all'industria dell'elettronica di potenza.

Che cos'è il carburo di silicio?

Il carburo di silicio (SiC) è un materiale ceramico cristallino grigiastro prodotto industrialmente da silicio e carbonio. Il carburo di silicio presenta strutture reticolari cristalline tetraedriche di carbonio e silicio legate covalentemente che lo rendono estremamente duro. La maggior parte dei produttori lo chiama Carborundum ed è oggi molto utilizzato grazie ai suoi elevati standard prestazionali e alle sue proprietà. Più di qualsiasi altro materiale ceramico avanzato, il carburo di silicio è un componente fondamentale dei semiconduttori di terza generazione oggi disponibili. Senza di esso, la maggior parte di questi semiconduttori non funzionerebbe correttamente. Si romperebbero sotto carichi e tensioni elevate o si surriscalderebbero a temperature elevate a causa della scarsa dissipazione del calore.

Il carburo di silicio è in realtà facile da produrre utilizzando il processo Acheson. Tutto ciò che bisogna fare è mescolare il silicio in eccesso (quarzo di petrolio), insieme ad alcuni additivi essenziali e carbone (coke industriale) in un forno ad altissima temperatura, che raggiunge i 2.400 °C. Se siete un produttore che desidera produrre i migliori gradi di SiC per applicazioni di alto profilo, potete spingervi oltre e sinterizzare il carburo di silicio a temperature più elevate e a una pressione inferiore.

Quindi, a cosa serve il carburo di silicio? In realtà, gli usi del SiC sono molteplici e trasversali. Il carburo di silicio è uno dei pochi materiali ceramici avanzati in grado di migliorare significativamente l'efficienza e le prestazioni di qualsiasi dispositivo o apparecchiatura industriale. Come ingegnere di produzione, può aiutarti a produrre dispositivi più veloci e stabili, dispositivi non solo immuni al surriscaldamento, ma anche leggeri, il che può ridurre notevolmente i costi di produzione.

È possibile utilizzare il carburo di silicio per produrre batterie più sicure e migliori per i veicoli elettrici grazie alla sua leggerezza e stabilità termica. Queste batterie al carburo di silicio tendono a caricarsi più velocemente non solo nei veicoli elettrici, ma anche in altri dispositivi elettronici ad alta potenza. Le aziende automobilistiche e, di recente, l'industria aerospaziale utilizzano ora materiali SiC per produrre pezzi di ricambio, cuscinetti motore e anelli di tenuta grazie alla loro natura estremamente resistente all'usura.

Può essere utilizzato anche per produrre chip in carburo di silicio e wafer in sic per semiconduttori di alta qualità, resistente all'usura utensili/mole per rettifica e taglio, rivestimenti per forni, strumenti ottici, specchi, dispositivi medici come i raggi X e una serie di altri componenti essenziali utilizzati oggi nelle nuove industrie.

Proprietà del carburo di silicio

Alcune delle proprietà eccezionali del SiC sono:

• È insolubile in acqua e acidi

• Ha un'elevata resistenza alla compressione e una tenacità alla frattura di 6,8 MPa·√m

• Possiede una densità di 3,21 g/cm 3

• Ha una durezza di 32 GPa e un valore di 9,5 sulla scala di durezza Mohs

• È un semiconduttore a banda larga con un bandgap di 3,26 eV

• Possiede una conduttività termica di 120 W/m•K

• Ha un modulo elastico di 440 GPa

• Ha una resistenza alla flessione di 490 MPa

• Può resistere a temperature che raggiungono i 2.600°C

• Il coefficiente di dilatazione termica è 4,0 x10–6/°C

• È altamente resistente alla corrosione e all'usura.

Carburo di silicio e semiconduttori

In passato, diverse industrie utilizzavano chip di silicio e altri materiali ceramici avanzati per produrre semiconduttori destinati a dispositivi e macchinari elettronici. Questi semiconduttori, a causa della loro bassa velocità e del surriscaldamento, possono essere definiti "semiconduttori di prima generazione". Tuttavia, non essendo semiconduttori ad ampio bandgap, la loro efficienza complessiva era scarsa, soprattutto a causa della crescente domanda di elevata precisione a temperature elevate. Oggi, l'utilizzo del carburo di silicio in questi stessi settori ha portato alla produzione di semiconduttori ad ampio bandgap migliori e notevolmente migliorati. Questi semiconduttori, ora noti come "semiconduttori di terza generazione", contengono chip di carburo di silicio e wafer di SiC.

Le industrie emergenti utilizzano substrati in carburo di silicio (chip e wafer) per migliorare gli standard prestazionali di questi semiconduttori a banda larga di nuova produzione. I chip e i dissipatori di calore in carburo di silicio, presenti nei semiconduttori e nei pannelli elettronici dei dispositivi di potenza, contribuiscono a dissipare il calore più rapidamente. Inoltre, li rendono sufficientemente resistenti da sopportare tensioni o sovraccarichi senza rompersi. Tutto ciò è possibile grazie alla durezza e all'elevata conduttività termica del SiC.

Ancora oggi, gli ingegneri preferiscono i semiconduttori a base di carburo di silicio rispetto al silicio nella loro produzione. Perché? Hanno un basso costo di produzione e, rispetto agli altri, non si surriscaldano né si deteriorano ad alte temperature, in condizioni ambientali altamente meccaniche e ad alto stress. Questi vantaggi sono dovuti alla loro eccellente stabilità termica e durezza.

L'efficienza di questi Materiali SiC Nei semiconduttori, la loro efficacia può essere addirittura migliorata tramite il drogaggio. Alcuni droganti includono boro, alluminio, arsenico, fosforo, ecc.

Quindi, se non il carburo di silicio, quale altro materiale migliore prendereste in considerazione, in qualità di produttori, per la produzione e il rivestimento di questi semiconduttori? Nessuno! Approfondiamo l'utilizzo del carburo di silicio nei settori emergenti.

Carburo di silicio e industrie emergenti

Molte industrie manifatturiere nate negli ultimi anni utilizzano il carburo di silicio in applicazioni ad alta precisione. Industrie in vari settori come l'ingegneria, l'automotive, l'elettronica di potenza, l'energia solare, l'aerospaziale, gli abrasivi e, più recentemente, l'assistenza sanitaria. Tutti questi settori necessitano di un materiale ceramico molto stabile e resistente con proprietà eccellenti, come quelle offerte dal SiC. Ad esempio, le aziende di ingegneria meccanica necessitano di materiali ad alta resistenza per produrre barre, rivestimenti per forni, rotori di macchine e anelli di tenuta. Il materiale migliore per queste applicazioni è il SiC, perché solo il diamante lo supera in termini di durezza e stabilità termica.

Le industrie automobilistiche sanno che i loro ricambi e motori funzionerebbero meglio con il carburo di silicio. Come? Il SiC è molto duro, come abbiamo già detto; è anche molto resistente all'usura e agli agenti chimici che causano ruggine, ed è sufficientemente stabile da condurre sia il calore che l'elettricità senza causare problemi esterni. Queste sono qualità essenziali per produrre buone auto con componenti e funzionalità eccellenti.

Con le nuove industrie automobilistiche che si stanno avventurando nella produzione di veicoli elettrici come Tesla, è necessario il SiC per migliorare i tassi di conversione di potenza, produrre batterie al carburo di silicio, ridurre le dimensioni e mantenere un'accelerazione e una decelerazione stabili durante la guida.

L'energia solare non è da meno: le industrie emergenti in questo campo ora producono inverter e batterie solari a base di carburo di silicio ad alta efficienza e moduli di potenza. I gruppi di continuità (UPS) e le turbine eoliche utilizzate nelle energie rinnovabili sono tutti parte dell'utilizzo del carburo di silicio. Il carburo di silicio aiuta a ridurre i costi e le dimensioni dei materiali, aumentando al contempo l'efficacia di questi prodotti solari. I tassi di conversione solare ora raggiungono almeno 951 TP3T grazie all'utilizzo del carburo di silicio. A 97,51 TP3T, questi inverter migliorati hanno ridotto la perdita di energia complessiva equivalente a 251 TP3T. Si possono immaginare i grandi vantaggi offerti dal SiC.

Passando all'elettronica di potenza, anche l'elettronica di potenza utilizza il SiC nella produzione di luci a LED più efficienti e a basso consumo energetico. Grazie a una ridotta perdita di temperatura e a una migliore conduttività elettrica, il SiC tende a prolungare la durata di queste luci a LED e a renderle ancora più luminose. Ciò si traduce in una riduzione dei costi di produzione e in una migliore resa per le industrie del settore.

Una recente ricerca ha dimostrato che l'utilizzo e le applicazioni del carburo di silicio in tutti questi settori emergenti sono aumentati vertiginosamente a livello globale. Al suo ritmo crescente, l'attuale mercato del SiC (sia per semiconduttori, elettronica di potenza e altre applicazioni), valutato a 144 miliardi di tonnellate di peso nel 2023, potrebbe raggiungere un picco di oltre 10 miliardi di tonnellate di peso entro il 2026.

Gli investitori in nuove energie e ceramiche stanno investendo in questo settore a un ritmo sorprendente. I fornitori di carburo di silicio sono ormai così numerosi in diversi continenti grazie al brillante potenziale del SiC. Non lasciatevi sfuggire questa opportunità, contattateci subito a GGSCeramics per materiali SiC e SiC sinterizzato di alta qualità adatti alle vostre applicazioni. Siamo leader tra i fornitori di carburo di silicio e potete stare certi che da noi otterrete il meglio.

Domande frequenti

A cosa serve il carburo di silicio?

Oltre all'impiego in condizioni ambientali altamente meccaniche e ad alto stress, il carburo di silicio viene utilizzato dalla maggior parte dei produttori come abrasivo per la produzione di carta vetrata, utensili per rettifica o taglio e mole.

Quali sono le materie prime utilizzate per la produzione del carburo di silicio?

Le principali materie prime utilizzate nella produzione di SiC (mediante il processo Acheson) sono il quarzo di petrolio (silicio industriale) e il coke (carbonio).

Qual è il punto di fusione del carburo di silicio?

Il carburo di silicio non ha un punto di fusione fisso. Tuttavia, noterete che inizia a sublimare a 2.730 °C.

Conclusione

Ora, sicuramente conosci le risposte migliori alla domanda "A cosa serve il carburo di silicio?". Quindi, se sei un principiante o hai già lavorato nel settore, sai per certo che il carburo di silicio è la soluzione migliore. Questo materiale ceramico multidimensionale È ampiamente utilizzato nei semiconduttori, nell'elettronica di potenza e in molti altri settori. Oltre a essere così duro e termicamente stabile, la sua capacità di resistere senza sforzo a sostanze chimiche pericolose, alte temperature e usura in condizioni difficili lo rende un materiale eccellente su cui qualsiasi produttore può fare affidamento. Il carburo di silicio merita tutta la popolarità e il riconoscimento che sta ottenendo oggi a livello globale. Senza dubbio, offre un forte raggio di speranza per le industrie emergenti, ora e in futuro!