Invoering

Siliciumcarbide (SiC) Siliciumcarbide is een bekend keramisch materiaal dat zeer nuttig is voor moderne technologie. Veel opkomende industrieën die tegenwoordig hoge temperaturen en thermische stabiliteit vereisen onder intensieve werkomstandigheden, kunnen nauwelijks zonder siliciumcarbide. De reden hiervoor is niet vergezocht: siliciumcarbide bezit de broodnodige eigenschappen waardoor het onder deze omstandigheden uitstekend presteert. De belangrijkste daarvan zijn de superieure hardheid en hoge thermische geleidbaarheid van dit trendy keramische materiaal. In het artikel van vandaag leest u meer over de eigenschappen van siliciumcarbide en hoe nuttig deze zijn voor nieuwe energie- en opkomende industrieën wereldwijd. U zult ook zien waarom SiC gunstig is voor halfgeleiders en de vermogenselektronica-industrie.

Wat is siliciumcarbide?

Siliciumcarbide (SiC) is een grijs kristallijn keramisch materiaal dat industrieel wordt vervaardigd uit silicium en koolstof. Siliciumcarbide heeft tetraëdrische kristalroosterstructuren van koolstof en silicium die covalent gebonden zijn, waardoor het extreem hard is. De meeste fabrikanten noemen het carborundum en het is tegenwoordig zeer relevant vanwege de hoge prestatienormen en eigenschappen. Meer dan elk ander geavanceerd keramisch materiaal is siliciumcarbide een belangrijk onderdeel van de derde generatie halfgeleiders die u vandaag de dag ziet. Zonder siliciumcarbide functioneren de meeste van deze halfgeleiders niet goed. Ze zouden ofwel breken onder zware belasting en spanning, ofwel oververhit raken bij extreme temperaturen vanwege een slechte warmteafvoer.

Siliciumcarbide is eigenlijk eenvoudig te produceren met behulp van het Acheson-proces. Het enige wat u hoeft te doen, is overtollig silicium (petroleumkwarts), samen met enkele essentiële additieven, mengen met koolstof (industriële cokes) in een oven met extreem hoge temperaturen tot wel 2400 °C. Bent u een fabrikant die de beste soorten SiC voor hoogwaardige toepassingen wil produceren, dan kunt u een stap verder gaan door het siliciumcarbide te sinteren onder hogere temperaturen en lagere druk.

Waar wordt siliciumcarbide voor gebruikt? In werkelijkheid zijn de toepassingen van SiC talrijk en bestrijken ze vele sectoren. Siliciumcarbide is een van de weinige geavanceerde keramische materialen die de efficiëntie en prestaties van al uw apparaten of industriële apparatuur aanzienlijk kunnen verbeteren. Als productietechnicus kunt u hiermee snellere en stabielere apparaten produceren – apparaten die niet alleen bestand zijn tegen oververhitting, maar ook licht van gewicht zijn, wat uw productiekosten aanzienlijk kan verlagen.

Siliciumcarbide kan worden gebruikt om veiligere en betere batterijen voor elektrische voertuigen te produceren vanwege hun lichte gewicht en thermische stabiliteit. Deze siliciumcarbidebatterijen laden doorgaans sneller op, niet alleen in elektrische voertuigen, maar ook in andere krachtige elektronische apparaten. Autofabrikanten, en sinds kort ook de lucht- en ruimtevaartindustrie, gebruiken SiC-materialen voor de productie van reserveonderdelen, motorlagers en afdichtingsringen vanwege hun superharde, slijtvaste eigenschappen.

Je kunt het ook gebruiken om siliciumcarbidechips en siliciumwafers te produceren voor hoogwaardige halfgeleiders, slijtvast slijp- en snijgereedschappen/-schijven, ovenbekleding, optische instrumenten, spiegels, medische apparatuur zoals röntgenapparatuur en een groot aantal andere essentiële onderdelen die tegenwoordig in nieuwe industrieën worden gebruikt.

Eigenschappen van siliciumcarbide

Enkele van de opmerkelijke eigenschappen van SiC zijn:

• Het is onoplosbaar in water en zuren

• Het heeft een hoge druksterkte en breuktaaiheid van 6,8 MPa·√m

• Het heeft een dichtheid van 3,21 g/cm3

• Het heeft een hardheid van 32 GPa en een beoordeling van 9,5 op de hardheidsschaal van Mohs

• Het is een halfgeleider met een brede bandgap van 3,26 eV

• Het heeft een thermische geleidbaarheid van 120 W/m•K

• Het heeft een elasticiteitsmodulus van 440 GPa

• Het heeft een buigsterkte van 490 MPa

• Het is bestand tegen temperaturen tot 2.600°C

• De thermische uitzettingscoëfficiënt is 4,0 x 10–6/°C

• Het is zeer corrosie-, slijtage- en scheurbestendig.

Siliciumcarbide en halfgeleiders

Voorheen gebruikten verschillende industrieën siliciumchips en andere geavanceerde keramische materialen voor de productie van halfgeleiders voor elektronische apparaten en machines. Je kunt deze halfgeleiders die ze gebruikten "eerstegeneratiehalfgeleiders" noemen vanwege hun lage snelheid en oververhitting. Omdat het echter geen halfgeleiders met een brede bandgap waren, was hun algehele efficiëntie laag, vooral door de toegenomen vraag naar hoge precisie bij verhitting. Vandaag de dag heeft het gebruik van siliciumcarbide in deze industrieën geleid tot de productie van betere, sterk verbeterde halfgeleiders met een brede bandgap. Deze halfgeleiders, die nu bekend staan als "derdegeneratiehalfgeleiders", bevatten siliciumcarbidechips en SiC-wafers.

Opkomende industrieën gebruiken siliciumcarbidesubstraten (chips en wafers) om de prestatienormen van deze nieuw geproduceerde halfgeleiders met brede bandgap te verbeteren. De siliciumcarbidechips en koellichamen in de halfgeleiders en elektronische panelen van vermogensapparaten helpen deze om warmte sneller af te voeren. Het maakt ze ook sterk genoeg om spanning of overbelasting te weerstaan zonder te breken. Dit alles is mogelijk dankzij de hardheid en hoge thermische geleidbaarheid van SiC.

Tegenwoordig geven ingenieurs nog steeds de voorkeur aan halfgeleiders op basis van siliciumcarbide boven silicium voor hun productie. Waarom? Ze zijn goedkoop in productie en in vergelijking met andere halfgeleiders raken ze niet oververhit of gaan ze niet kapot bij hoge temperaturen, zware mechanische belasting en zware omgevingsstress. Deze voordelen zijn te danken aan hun uitstekende thermische stabiliteit en hardheid.

De efficiëntie van deze SiC-materialen In halfgeleiders kan de kwaliteit zelfs verbeterd worden door ze te doteren. Enkele doteermiddelen zijn boor, aluminium, arseen, fosfor, enz.

Dus, als siliciumcarbide niet de beste keuze is, welk ander, beter materiaal zou u als fabrikant dan overwegen voor de productie en coating van deze halfgeleiders? Geen! Laten we wat dieper ingaan op het gebruik van siliciumcarbide in opkomende industrieën.

Siliciumcarbide en opkomende industrieën

Veel maakindustrieën die de afgelopen jaren zijn ontstaan, gebruiken siliciumcarbide in zeer nauwkeurige toepassingen. Industrieën in diverse sectoren, zoals techniek, automobielindustrie, vermogenselektronica, zonne-energie, lucht- en ruimtevaart, schuurmiddelen en, recenter, de gezondheidszorg. Al deze industrieën hebben behoefte aan een zeer stabiel en taai keramisch materiaal met uitstekende eigenschappen, zoals die van SiC. Machinebouwbedrijven hebben bijvoorbeeld hoogwaardige materialen nodig voor de productie van staven, ovenbekleding, machinerotoren en afdichtingsringen. Het beste materiaal voor deze toepassingen is SiC, omdat alleen diamant het overtreft op het gebied van hardheid en thermische stabiliteit.

De auto-industrie weet dat hun auto-onderdelen en motoren beter zouden functioneren met siliciumcarbide. Hoe? SiC is erg hard, zoals we eerder al zeiden; het is ook zeer bestendig tegen slijtage en roestveroorzakende chemicaliën en stabiel genoeg om zowel warmte als elektriciteit te geleiden zonder externe problemen te veroorzaken. Dit zijn zeer essentiële eigenschappen als je goede auto's wilt produceren met uitstekende onderdelen en functionaliteit.

Nu nieuwe auto-industrieën zich richten op de productie van elektrische voertuigen, zoals Tesla, hebben ze SiC nodig om de energieomzettingssnelheid te verbeteren, siliciumcarbidebatterijen te produceren, de afmetingen te verkleinen en een stabiele acceleratie en deceleratie te behouden tijdens het rijden.

Ook zonne-energie wordt niet over het hoofd gezien. Opkomende industrieën in deze sector produceren nu zonne-omvormers en batterijen op basis van siliciumcarbide met een hoog rendement en krachtige modules. Ook UPS-systemen (Uninterrupted Power Supply) en windturbines die worden gebruikt in hernieuwbare energie maken allemaal gebruik van siliciumcarbide. Siliciumcarbide helpt u de materiaalkosten en afmetingen te verlagen en verhoogt tegelijkertijd de effectiviteit van deze zonneproducten. De conversieratio's voor zonne-energie lopen nu op tot minimaal 95% dankzij het gebruik van siliciumcarbide. Met 97,5% hebben deze verbeterde omvormers een lager totaal energieverlies dan 25%. U kunt zich de grote voordelen van SiC hier wel voorstellen.

Verder gebruikt vermogenselektronica SiC ook bij de productie van efficiëntere en energiezuinigere ledlampen. Dankzij het lagere temperatuurverlies en de betere elektrische geleiding zorgt SiC ervoor dat deze ledlampen langer meegaan en zelfs helderder branden. Dit resulteert in lagere productiekosten en betere resultaten voor industrieën in deze sector.

Onderzoek heeft recent aangetoond dat het gebruik en de toepassingen van siliciumcarbide in al deze opkomende industrieën wereldwijd enorm zijn toegenomen. Met dit toenemende tempo zou de huidige SiC-markt (voor zowel halfgeleiders, vermogenselektronica als andere toepassingen), die in 2023 een waarde van $4 miljard had, in 2026 een markthoogtepunt van meer dan $10 miljard kunnen bereiken.

Investeerders in nieuwe energie en keramiek stappen er in een verbluffend tempo in. Leveranciers van siliciumcarbide zijn nu zo wijdverspreid op verschillende continenten dankzij het briljante potentieel van SiC. Blijf niet achter en neem nu contact met ons op via GGSCeramics Voor hoogwaardige SiC- en gesinterde SiC-materialen die geschikt zijn voor uw toepassingen. Wij zijn koplopers onder de leveranciers van siliciumcarbide en u kunt erop vertrouwen dat u bij ons het beste krijgt.

Veelgestelde vragen

Waarvoor wordt siliciumcarbide gebruikt?

Naast het gebruik van siliciumcarbide in zeer mechanische en zeer belastende omgevingen, gebruiken de meeste fabrikanten het ook als schuurmiddel voor de productie van schuurpapier, slijp- of snijgereedschappen en -schijven.

Wat zijn de grondstoffen voor de productie van siliciumcarbide?

De belangrijkste grondstoffen die bij de productie van SiC (via het Acheson-proces) worden gebruikt, zijn petroleumkwarts (industrieel silicium) en cokes (koolstof).

Wat is het smeltpunt van siliciumcarbide?

Siliciumcarbide heeft geen vast smeltpunt. Je zult echter merken dat het begint te sublimeren bij 2730 °C.

Conclusie

Nu weet je vast en zeker de beste antwoorden op de vraag "Waar wordt siliciumcarbide voor gebruikt?" Dus, of je nu een beginner bent of al een tijdje in de branche zit, je weet zeker dat siliciumcarbide de beste keuze is. multidimensionaal keramisch materiaal Wordt veel gebruikt in halfgeleiders, vermogenselektronica en diverse andere sectoren. Naast zijn hardheid en thermisch stabiliteit is het materiaal ook bestand tegen gevaarlijke chemicaliën, hoge temperaturen en slijtage onder zware omstandigheden, waardoor het een uitstekend materiaal is voor elke fabrikant. Siliciumcarbide verdient alle populariteit en erkenning die het vandaag de dag wereldwijd krijgt. Het biedt zonder twijfel een sprankje hoop voor opkomende industrieën, nu en in de toekomst!