Wstęp

Ceramika z węglika krzemu poczyniły ostatnio ogromne postępy w przemyśle motoryzacyjnym ze względu na swoją imponującą twardość i inne wyjątkowe właściwości, które posiadają. Nowe osiągnięcia w technologii samochodowej i odnawialnych źródłach energii umożliwiły wykorzystanie tych zaawansowanych materiałów ceramicznych w przemyśle samochodowym na całym świecie. Dzisiejszy artykuł pokaże Ci korzyści, unikalne właściwości i zastosowania ceramiki węglika krzemu w przemyśle motoryzacyjnym i kilku innych branżach. Omówimy również rolę, jaką półprzewodniki SiC odgrywają w pojazdach elektrycznych (EV). Na koniec zobaczysz obecne trendy rynkowe ceramiki węglika krzemu.

Charakterystyka ceramiki węglika krzemu

Ceramika węglika krzemu to zaawansowane materiały ceramiczne wykonane z krzemu i węglika. Można je uzyskać sztucznie jako karborund lub naturalnie jako moissanit. Mówiąc o ceramice węglika krzemu, pierwszą rzeczą, która przychodzi na myśl, jest wyjątkowa twardość materiału i zdolność do wytrzymywania trudnych warunków, takich jak ekstremalne ciepło, utlenianie (rdzewienie) i temperatura. Co ciekawe, materiały SiC, takie jak wafle SiC i ceramiczne radiatory SiC, mają szeroką przerwę pasmową, która pomaga im przewodzić ciepło i elektryczność doskonale w porównaniu z innymi materiałami.

Nic dziwnego, że przemysł motoryzacyjny szybko przyjmuje ceramikę SiC w produkcji samochodów, pojazdów elektrycznych, silników samochodowych, części zamiennych do samochodów i wielu innych powiązanych urządzeń. Powód jest prosty: materiały ceramiczne z węglika krzemu mają tendencję do dawania o wiele lepszej przewagi i wydajnych wyników w szerokim zakresie zastosowań niż przeciętny zaawansowany materiał ceramiczny.

Niektóre właściwości węglika krzemu, dzięki którym jest on dziś przydatny w wielu gałęziach przemysłu, to:

• Doskonałe przewodniki prądu elektrycznego i ciepła.

• Niska gęstość

• Wysoka temperatura topnienia 2730°C

• Wysoka wytrzymałość na ściskanie i twardość, ustępująca jedynie diamentowi.

• Niska rozszerzalność cieplna.

• Posiada również wytrzymałą, odporną na zarysowania powierzchnię.

• Mają szeroką przerwę pasmową, co czyni je odpowiednimi półprzewodnikami do urządzeń elektronicznych dużej mocy i pojazdów elektrycznych.

• Moduł Younga powyżej 400 GPa.

• Wysoki poziom odporności na korozję i substancje chemiczne, takie jak kwasy.

• Zdolność do wytrzymywania wysokich temperatur, sięgających 1300°C.

Korzyści z ceramiki węglika krzemu dla różnych branż

Ceramika z węglika krzemu przynosi wiele korzyści w różnych gałęziach przemysłu, m.in. w przemyśle motoryzacyjnym, chemicznym, inżynieryjnym, metalurgicznym, tworzyw sztucznych itp.

Oto niektóre korzyści, jakie można uzyskać dzięki zastosowaniu ceramiki węglika krzemu:

• Zapewnia szybki i wydajny sposób na odprowadzanie ciepła z samochodów i ciężkich maszyn przemysłowych. Oznacza to, że samochody nie przegrzeją się, jeśli do ich produkcji zostanie użyty materiał ceramiczny z węglika krzemu.

• Twoje samochody, a nawet ciężkie maszyny przemysłowe, silniki i części zamienne korzystają z zalet twardości przy ściskaniu i wytrzymałości SiC, dzięki czemu służą dłużej.

• Materiały SiC niezwykle dobrze przewodzą prąd elektryczny, dlatego doskonale nadają się do pojazdów elektrycznych.

• Niski współczynnik tarcia ceramiki samochodowej chroni ją przed naprężeniami mechanicznymi, zużyciem i uszkodzeniami.

• Dzięki niskiemu współczynnikowi rozszerzalności cieplnej Twoje samochody i sprzęt mogą doskonale reagować na szoki termiczne.

• Materiały SiC można stosować w niesprzyjających warunkach i środowiskach o wysokich lub niestabilnych temperaturach, nie narażając się na uszkodzenia termiczne dzięki ich wysokiej stabilności termicznej i przewodności.

• Ceramikę z węglika krzemu można wykorzystywać do produkcji wytrzymałych lakierów do paznokci oraz tworzyw sztucznych w przemyśle ceramicznym.

• Można zaoszczędzić pieniądze i czas, stosując płytki z węglika krzemu i radiatory do produkcji elektroniki dużej mocy, pojazdów elektrycznych i samochodów.

• Płytki i układy scalone z węglika krzemu mogą zwiększyć współczynnik konwersji energii w Twoim samochodzie.

• Twoje samochody i pojazdy elektryczne będą efektywniej zarządzać energią dzięki zastosowaniu materiałów SiC w ładowarkach pokładowych i przetwornicach DC/DC.

• Twoje telefony komórkowe, pojazdy elektryczne i nowoczesne komputery działają szybciej i wydajniej dzięki układom scalonym z węglika krzemu, które utrzymują system pod kontrolą.

• Zmniejszenie liczby awarii hamulców dzięki szybkiemu odprowadzaniu ciepła przez ceramikę samochodową.

• Stosując materiały SiC zużywasz mniej paliwa ze względu na mniejsze straty ciepła i większą stabilność termiczną.

• Płytki z węglika krzemu pozwalają producentom zmniejszać rozmiary i produkować lekkie maszyny lub elementy urządzeń.

Zastosowania ceramiki w przemyśle motoryzacyjnym

Zastosowanie ceramiki z węglika krzemu w przemyśle motoryzacyjnym drastycznie wzrosło w ostatnich latach. Firmy inżynieryjne, które chcą produkować wytrzymałe, niezawodne samochody, polegają głównie na wytrzymałości i twardości tych materiałów. Górna część tłoka, wydechy samochodowe, drzwi samochodowe, silniki, części zamienne, układy półprzewodnikowe, wykładziny cylindrów i pieców oraz kolektor dolotowy to niektóre z urządzeń, w których wykorzystuje się ceramikę z węglika krzemu. Niektóre z zastosowań obejmują:

Silniki i powłoki silnikowe

Silniki działają optymalnie, gdy mogą prawidłowo przewodzić ciepło bez wpływu na cały system. Jest to wyjątkowa właściwość zaawansowanych materiałów ceramicznych, takich jak węglik krzemu. Mają one doskonałą przewodność cieplną i stabilność, jednocześnie zachowując swoją strukturę. Możesz ich więc używać do powlekania silników o dużej wytrzymałości i układów wydechowych samochodów lub do produkcji tych silników.

Tłoki

Kiedy pokrywasz ceramikę samochodową, taką jak tłoki, SiC, zapewniasz poprawę odbicia ciepła. W jaki sposób? Zwiększa częstotliwość spalania paliwa i zmniejsza gromadzenie się węgla.

Głowice cylindrów

Komory o wyższej intensywności spalania w kanałach wydechowych i głowicach cylindrów zapewniają lepsze spalanie dzięki powłokom ceramicznym, które wspomagają szybszą cyrkulację ciepła.

Spódnice tłokowe

Ścieralność i odporność na zarysowania to główne właściwości materiałów ceramicznych z węglika krzemu. Dlatego bloki silnika i płaszcze tłoków uzyskują suchą powierzchnię ślizgową i ochronę, gdy pokrywa się je materiałem z węglika krzemu.

Kolektory dolotowe

W przemyśle samochodowym, gdy do powłok kolektorów dolotowych stosuje się materiał ceramiczny na bazie węglika krzemu, zwykle uzyskuje się niższy poziom przenikania ciepła dzięki chłodniejszej mieszance powietrza i paliwa.

Rola półprzewodników węglika krzemu w pojazdach elektrycznych (EV)

Dzięki bateriom z węglika krzemu i płytkom z węglika krzemu (półprzewodnikom) pojazdy elektryczne stały się jedną z najnowszych sensacji w technologii samochodowej. Wyglądają na małe, kompaktowe i lekkie, ale w porównaniu do przeciętnego samochodu są bardziej wydajne, mają imponujące prędkości przełączania i mniejsze straty mocy. Unikalne właściwości półprzewodników z węglika krzemu, takie jak stabilność termiczna, szybkie i efektywne rozpraszanie ciepła, stabilna przewodność elektryczna i cieplna, sprawiają, że producenci uważają je za prawdziwą okazję w projektowaniu mniejszych, mniej złożonych, ale tanich pojazdów elektrycznych. Pojazdy elektryczne wykorzystują obwody ładowania, płytki z węglika krzemu (jako chipy), baterie lub inwertery do prawidłowego funkcjonowania.

Według doniesień, w 2017 r. Tesla dokonała przełomu w modelu 3, stając się pierwszym producentem pojazdów elektrycznych, który wyprodukował falownik układu napędowego z węglika krzemu.

Te inwertery lub baterie SiC, jak możesz je nazwać, dostarczają energię do pojazdów elektrycznych, szybko zamieniając posiadaną energię elektryczną na energię, która napędza pojazdy elektryczne. Tak więc bez baterii z węglika krzemu, która wymaga ładowania, koła pojazdów elektrycznych nie poruszą się ani o cal. Dzieje się tak również dlatego, że te półprzewodniki SiC działają jak skrzynka mózgowa, która kontroluje przepływ energii elektrycznej między silnikiem elektrycznym, akumulatorem i innymi komponentami.

Twój przeciętny samochód zużywa około 500-600 układy scalone półprzewodnikowe, co prowadzi do wytwarzania większej ilości ciepła. Istnieje zatem rosnące zapotrzebowanie na układy scalone, które mogą przenosić to ciepło szybciej i skuteczniej. Układy scalone z węglika krzemu są obecnie bardzo użytecznym rozwiązaniem, ponieważ mogą skutecznie zarządzać wytwarzanym ciepłem i szybko je rozpraszać bez wpływu na system. Nowe i ulepszone pojazdy elektryczne, które widzisz dzisiaj, mają około 2000 układów scalonych z węglika krzemu. Oczywiste jest, że nastąpiła poprawa gęstości, mocy i współczynnika konwersji energii, a także zwiększona przewodność cieplna i stabilność pojazdów elektrycznych.

Aktualne trendy rynkowe w zakresie ceramiki z węglika krzemu

Rynek ceramiki z węglika krzemu jest obecnie wyceniany na $1,27 miliarda. Całkiem imponująca liczba, prawda? Ekonomiści szacują roczną stopę wzrostu złożoną na 5,25%, ponieważ zauważalny jest wzrost popytu i konkurencji rynkowej. Ponadto szacunki na poziomie co najmniej $2 miliarda do 2030 r. są kolejnym dowodem na to, że rynek radzi sobie w ostatnich latach bardzo dobrze. Azjatyckie firmy, takie jak Fuji Electric Company, Ltd. i ROHM Companies, stały się kluczowymi graczami na tym rynku SiC.

Tutaj w Ceramika GGS, oferujemy Państwu jedne z najlepszych dostępnych materiałów ceramicznych z węglika krzemu. Zakup tych wyjątkowych produktów, które mamy do dyspozycji, umożliwi Państwu zbudowanie ceramicznego świata swoich marzeń.

Często zadawane pytania

Czy węglik krzemu może rozpuścić się w wodzie?

Nie, jest nierozpuszczalny w wodzie, ale rozpuszcza się w stopionym żelazie i wodorotlenku potasu (KOH)

Który akumulator jest lepszy: akumulator z węglika krzemu czy akumulator litowo-jonowy?

Akumulatory SiC są z reguły lepsze od przeciętnych akumulatorów litowo-jonowych, ponieważ ładują się szybciej (akumulatory z węglika krzemu), mają dłuższą żywotność i większą gęstość energii, dzięki czemu są mocniejsze od swoich odpowiedników (litowo-jonowych).

Czym różni się azotek galu (GaN) od węglika krzemu (SiC)?

Mimo że te dwa materiały półprzewodnikowe mają podobne właściwości, węglik krzemu ma szerszą przerwę energetyczną wynoszącą 3,4 eV, natomiast azotek galu ma przerwę energetyczną wynoszącą 3,4 eV.

Wniosek

Ceramika z węglika krzemu ma obecnie ogromny wpływ na gospodarki światowe i wiele branż na całym świecie. Całkowicie zmieniła oblicze przemysłu motoryzacyjnego, począwszy od wykorzystania ceramiki samochodowej w produkcji niedrogich, ale wysoce wydajnych pojazdów elektrycznych i samochodów, aż po produkcję wysokowydajnych płytek z węglika krzemu, półprzewodników i baterii z węglika krzemu, ładowarek pokładowych i ulepszonych powłok tłoków. Ceramika z węglika krzemu rzeczywiście zmienia zasady gry!