Invoering

Siliciumcarbide keramiek hebben de laatste tijd enorme stappen gezet in de auto-industrie dankzij hun indrukwekkende hardheid en andere uitstekende eigenschappen. Nieuwe ontwikkelingen in autotechnologie en hernieuwbare energie hebben het mogelijk gemaakt om deze geavanceerde keramiek wereldwijd te gebruiken in de auto-industrie. Het artikel van vandaag laat u de voordelen, unieke eigenschappen en toepassingen van siliciumcarbidekeramiek in de auto-industrie en diverse andere industrieën zien. We bespreken ook de rol die SiC-halfgeleiders spelen in elektrische voertuigen (EV's). Tot slot bespreken we de huidige markttrends voor siliciumcarbidekeramiek.

Kenmerken van siliciumcarbidekeramiek

Siliciumcarbidekeramiek is een geavanceerd keramisch materiaal gemaakt van silicium en carbide. Het is kunstmatig verkrijgbaar als carborundum of natuurlijk als moissaniet. Als we het over siliciumcarbidekeramiek hebben, denken we allereerst aan de uitzonderlijke hardheid van het materiaal en het vermogen om zware omstandigheden zoals extreme hitte, oxidatie (roesten) en hoge temperaturen te weerstaan. Interessant is dat SiC-materialen zoals SiC-wafers en SiC-keramische koellichamen een brede bandgap hebben, waardoor ze warmte en elektriciteit uitstekend geleiden in vergelijking met andere materialen.

Geen wonder dat de auto-industrie SiC-keramiek wordt snel toegepast in de productie van auto's, elektrische voertuigen, automotoren, auto-onderdelen en vele andere gerelateerde apparatuur. De reden is simpel: siliciumcarbidekeramische materialen bieden over het algemeen veel betere snijkanten en efficiëntere resultaten in een breed scala aan toepassingen dan gemiddeld geavanceerd keramisch materiaal.

Enkele eigenschappen van siliciumcarbide waardoor het tegenwoordig in veel industrieën bruikbaar is, zijn:

• Uitstekende geleiders van elektriciteit en extreme hitte.

• Lage dichtheid

• Hoog smeltpunt van 2.730°C

• Hoge druksterkte en hardheid, alleen overtroffen door diamant.

• Lage thermische uitzetting.

• Het heeft bovendien een robuust, krasbestendig oppervlak.

• Ze hebben een grote bandkloof waardoor ze een geschikte halfgeleider zijn voor elektronische apparaten met een hoog vermogen en elektrische voertuigen.

• Jonge modulus boven 400 GPa.

• Hoge mate van bestendigheid tegen corrosie en chemische stoffen, zoals zuren.

• Bestand tegen hoge temperaturen tot wel 1.300°C.

Voordelen van siliciumcarbidekeramiek voor verschillende industrieën

Siliciumcarbidekeramiek biedt veel nuttige voordelen voor verschillende industrieën, zoals de auto-industrie, de chemische industrie, machinebouwbedrijven, de metaalverwerkende industrie, de kunststofindustrie, enzovoort.

Hier zijn enkele voordelen die u kunt behalen door het gebruik van siliciumcarbidekeramiek:

• Het biedt u een snelle en efficiënte manier om warmte af te voeren in uw auto's en zware industriële machines. Dit betekent dat uw auto's niet oververhit raken als er siliciumcarbidekeramiek wordt gebruikt bij de productie ervan.

• Uw auto's en zelfs zware industriële machines, motoren en reserveonderdelen profiteren van de drukvastheid en taaiheid van SiC, waardoor ze langer meegaan.

• SiC-materialen geleiden elektriciteit extreem goed en zijn daarom zeer geschikt voor elektrische voertuigen.

• De lage wrijvingscoëfficiënt van autokeramiek beschermt het tegen mechanische spanning, slijtage en scheuren.

• Dankzij de lage thermische uitzettingscoëfficiënt kunnen uw auto's en apparatuur optimaal reageren op thermische schokken.

• Dankzij hun hoge thermische stabiliteit en geleidbaarheid kunt u deze SiC-materialen gebruiken in ongunstige omstandigheden en omgevingen met hoge of instabiele temperaturen, zonder dat er thermische schade optreedt.

• U kunt deze siliciumcarbidekeramiek gebruiken voor de productie van sterke nagellakken en kunststofmaterialen in de keramische industrie.

• U kunt kosten en tijd besparen door siliciumcarbidewafers en koellichamen te gebruiken voor de productie van krachtige elektronica, elektrische voertuigen en auto's.

• Siliciumcarbidewafers en -chips kunnen de energieomzettingssnelheid van uw auto verhogen.

• Uw auto's en elektrische voertuigen gaan efficiënter om met energie dankzij het gebruik van SiC-materiaal voor ingebouwde laders en DC/DC-omvormers.

• Uw mobiele telefoons, elektrische voertuigen en moderne computers zijn sneller en productiever dankzij siliciumcarbidewaferchips die het systeem in de gaten houden.

• Minder remstoringen dankzij de snelle warmteafvoer van autokeramiek.

• Bij het gebruik van SiC-materialen is er sprake van minder brandstofverbruik, omdat er minder warmteverlies is en de thermische stabiliteit toeneemt.

• Siliciumcarbidewafers helpen fabrikanten bij het verkleinen en produceren van lichtgewicht machines of apparaatonderdelen.

Toepassingen van keramiek in de auto-industrie

De toepassing van siliciumcarbidekeramiek in de auto-industrie is de afgelopen jaren drastisch toegenomen. Ingenieursbureaus die robuuste en betrouwbare auto's willen produceren, zijn voornamelijk afhankelijk van de sterkte en hardheid van deze materialen. Zuigerkoppen, uitlaten, portieren, motoren, reserveonderdelen, halfgeleiderchips, cilinder- en ovenvoeringen en inlaatspruitstukken zijn enkele voorbeelden van apparatuur die siliciumcarbidekeramiek gebruikt. Enkele toepassingen zijn:

Motoren en motorcoatings

Motoren functioneren optimaal wanneer ze warmte goed kunnen geleiden zonder het hele systeem te beïnvloeden. Dit is een unieke eigenschap van geavanceerde keramische materialen zoals siliciumcarbide. Ze hebben een uitstekende thermische geleidbaarheid en stabiliteit, terwijl ze toch hun structuur behouden. U kunt ze dus gebruiken voor het coaten van zware motoren en auto-uitlaten, of voor de productie ervan.

Zuigers

Wanneer je autokeramiek, zoals zuigers, met SiC coat, zorgt dit voor een betere warmtereflectie. Hoe? Het verhoogt de verbrandingsfrequentie van brandstof en vermindert de koolstofaccumulatie.

Cilinderkoppen

Kamers met een hogere intensiteit, afkomstig van uitlaatpoorten en cilinderkoppen, branden beter dankzij de keramische coatings die de warmte sneller laten circuleren.

Zuigerrokken

Slijtvastheid en krasbestendigheid zijn belangrijke eigenschappen van siliciumcarbidekeramiek. Motorblokken en zuigermantels krijgen daardoor een droog glijoppervlak en bescherming wanneer ze met siliciumcarbide worden gecoat.

Inlaatspruitstukken

Wanneer siliciumcarbidekeramiek wordt gebruikt voor coatings op inlaatspruitstukken in de automobielindustrie, is er doorgaans sprake van minder warmtepenetratie vanwege de koelere mix van lucht en brandstof.

De rol van siliciumcarbidehalfgeleiders in elektrische voertuigen (EV's)

Dankzij siliciumcarbidebatterijen en siliciumcarbidewafers (halfgeleiders) zijn elektrische voertuigen uitgegroeid tot een van de nieuwste sensaties in de autotechnologie. Ze zien er klein, compact en licht uit, maar vergeleken met de gemiddelde auto zijn ze efficiënter met indrukwekkende schakelsnelheden en minder vermogensverlies. De unieke eigenschappen van siliciumcarbidehalfgeleiders, zoals thermische stabiliteit, snelle en effectieve warmteafvoer en stabiele elektrische en thermische geleidbaarheid, zorgen ervoor dat fabrikanten ze als dé oplossing beschouwen bij het ontwerpen van kleinere, minder complexe maar goedkope elektrische voertuigen. Elektrische voertuigen maken gebruik van laadcircuits, siliciumcarbidewafers (als chips), batterijen of omvormers voor een goede werking.

Volgens berichten betrad Tesla in 2017 nieuw terrein met hun Model 3, toen zij de eerste fabrikant van elektrische voertuigen werden die een aandrijflijnomvormer van siliciumcarbide produceerde.

Deze omvormers, of SiC-batterijen, zoals je ze misschien wilt noemen, voorzien elektrische voertuigen van stroom door de elektrische energie die ze bezitten snel om te zetten in stroom waarmee de elektrische auto's kunnen rijden. Zonder de siliciumcarbidebatterij, die opgeladen moet worden, zullen de wielen van de elektrische auto's dus geen centimeter bewegen. Dit komt ook doordat deze SiC-halfgeleiders fungeren als een soort hersenpan die de elektrische energiestroom tussen de elektromotor, het accupakket en andere componenten regelt.

Een gemiddelde auto verbruikt ongeveer 500-600 halfgeleiderchips, wat leidt tot meer warmteproductie. Er is dus een groeiende behoefte aan chips die deze warmte sneller en effectiever kunnen overbrengen. Siliciumcarbide halfgeleiderchips zijn nu een zeer nuttige oplossing hiervoor, omdat ze de geproduceerde warmte effectief kunnen beheren en snel kunnen afvoeren zonder het systeem te beïnvloeden. De nieuwe en verbeterde elektrische voertuigen die u vandaag de dag ziet, hebben ongeveer 2000 siliciumcarbide halfgeleiderchips. Er is uiteraard sprake van een verbetering in dichtheid, vermogen en energieomzettingssnelheid, evenals een verbeterde thermische geleidbaarheid en stabiliteit van de elektrische voertuigen.

Huidige markttrends van siliciumcarbidekeramiek

De markt voor siliciumcarbidekeramiek wordt momenteel geschat op $1,27 miljard. Een indrukwekkend cijfer, toch? Economen schatten de samengestelde jaarlijkse groei op 5,25%, aangezien de vraag en de marktconcurrentie aanzienlijk toenemen. Een schatting van minstens $2 miljard in 2030 bewijst bovendien dat de markt het de afgelopen jaren aanzienlijk goed doet. Aziatische bedrijven zoals Fuji Electric Company, Ltd. en ROHM Companies zijn belangrijke spelers geworden in deze SiC-markt.

Hier bij GGSCeramics, Wij bieden u een aantal van de beste keramische materialen op basis van siliciumcarbide. Door deze unieke producten aan te schaffen, kunt u de keramische wereld van uw dromen creëren.

Veelgestelde vragen

Kan siliciumcarbide in water oplossen?

Nee, het is onoplosbaar in water, maar oplosbaar in gesmolten ijzer en kaliumhydroxide (KOH)

Wat is beter: een siliciumcarbidebatterij of een lithiumionbatterij?

SiC-batterijen zijn over het algemeen beter dan de gemiddelde lithium-ionbatterij, omdat ze (siliciumcarbidebatterijen) sneller opladen, een langere levensduur hebben en een hogere energiedichtheid hebben, waardoor ze sterker zijn dan hun tegenhangers (lithium-ion).

Wat onderscheidt galliumnitride (GaN) van siliciumcarbide (SiC)?

Hoewel deze twee halfgeleidermaterialen vergelijkbare eigenschappen hebben, heeft siliciumcarbide een grotere bandafstand van 3,4 eV, terwijl galliumnitride een bandafstand van 3,4 eV heeft.

Conclusie

Siliciumcarbidekeramiek heeft momenteel een grote impact op de wereldeconomie en vele industrieën wereldwijd. Het heeft de auto-industrie compleet veranderd, variërend van het gebruik van autokeramiek bij de productie van goedkope maar zeer efficiënte elektrische voertuigen en auto's tot de productie van hoogwaardige siliciumcarbidewafers, siliciumcarbidehalfgeleiders en -batterijen, ingebouwde laders en verbeterde zuigercoatings. Siliciumcarbidekeramiek is inderdaad een gamechanger!