Introdução

Cerâmicas de carboneto de silício têm feito grandes avanços na indústria automotiva recentemente devido à sua impressionante dureza e outras propriedades excepcionais. Novos desenvolvimentos em tecnologia automotiva e energia renovável tornaram possível o uso dessas cerâmicas avançadas na indústria automobilística globalmente. O artigo de hoje mostrará os benefícios, propriedades únicas e aplicações das cerâmicas de carboneto de silício na indústria automotiva e em diversos outros setores. Também discutiremos o papel que os semicondutores de SiC desempenham em veículos elétricos (VEs). Por fim, você verá as tendências atuais do mercado de cerâmicas de carboneto de silício.

Características das Cerâmicas de Carboneto de Silício

Cerâmicas de carboneto de silício são materiais cerâmicos avançados feitos de silício e carboneto. Você pode obtê-lo artificialmente como Carborundum ou naturalmente como Moissanite. Ao falar sobre cerâmicas de carboneto de silício, a primeira coisa que vem à mente é a dureza excepcional do material e sua capacidade de suportar condições adversas, como calor extremo, oxidação (ferrugem) e temperatura. Curiosamente, materiais de SiC, como wafers de SiC e dissipadores de calor de cerâmica de SiC, têm uma ampla banda proibida que os ajuda a conduzir calor e eletricidade de forma excelente em comparação com outros materiais.

Não é de admirar que o indústria automotiva está adotando rapidamente cerâmicas de SiC na produção de carros, veículos elétricos, motores de automóveis, peças de reposição para automóveis e muitos outros equipamentos relacionados. O motivo é simples: materiais cerâmicos de carboneto de silício tendem a oferecer uma vantagem competitiva e resultados eficientes em uma ampla gama de aplicações do que o material cerâmico avançado comum.

Algumas propriedades do carboneto de silício que o tornam útil para tantas indústrias hoje são:

• Excelentes condutores de eletricidade e calor extremo.

• Baixa densidade

• Alto ponto de fusão de 2.730°C

• Alta resistência à compressão e dureza, perdendo apenas para o diamante.

• Baixa expansão térmica.

• Também possui superfícies resistentes a arranhões.

• Eles têm uma ampla lacuna de banda, o que os torna um semicondutor adequado para dispositivos eletrônicos de alta potência e veículos elétricos.

• Módulo de Young acima de 400 GPa.

• Alto nível de resistência à corrosão e a substâncias químicas como ácidos.

• Capacidade de suportar altas temperaturas chegando a 1.300°C.

Benefícios da Cerâmica de Carboneto de Silício para Diversas Indústrias

As cerâmicas de carboneto de silício têm muitos benefícios úteis para diversas indústrias, como a automotiva, química, de engenharia, metalúrgicas, plásticas, etc.

Agora, aqui estão alguns dos benefícios que você pode obter com a aplicação de cerâmica de carboneto de silício:

• Ele oferece uma maneira rápida e eficiente de dissipar o calor em seus automóveis e máquinas industriais pesadas. Ou seja, seus carros não superaquecerão se um material cerâmico de carboneto de silício for usado em sua fabricação.

• Seus automóveis e até mesmo máquinas industriais pesadas, motores e peças de reposição aproveitam a dureza compressiva e a natureza resistente do SiC, fazendo com que durem mais.

• Os materiais de SiC conduzem eletricidade extremamente bem; portanto, são muito adequados para veículos elétricos.

• O baixo coeficiente de atrito da cerâmica automotiva a protege do estresse mecânico, desgaste e rasgos.

• Com um baixo coeficiente de expansão térmica, seus carros e equipamentos podem reagir brilhantemente a choques térmicos.

• Você pode usar esses materiais de SiC em condições e ambientes desfavoráveis com temperaturas altas ou instáveis sem sofrer nenhum dano térmico devido à sua alta estabilidade térmica e condutividade.

• Você pode usar essas cerâmicas de carboneto de silício na produção de esmaltes fortes e materiais plásticos na indústria cerâmica.

• Você pode economizar tempo e custos ao usar wafers de carboneto de silício e dissipadores de calor para produzir eletrônicos de alta potência, veículos elétricos e automóveis.

• Chips e wafers de carboneto de silício podem aumentar a taxa de conversão de energia do seu automóvel.

• Seus automóveis e veículos elétricos gerenciarão energia de forma mais eficiente com o uso de material SiC para carregadores de bordo e conversores CC/CC.

• Seus celulares, veículos elétricos e computadores modernos são mais rápidos e produtivos graças aos chips de carboneto de silício que mantêm o sistema sob controle.

• Redução de falhas de freio devido à rápida dissipação de calor da cerâmica automotiva.

• Você gasta menos em consumo de combustível ao usar materiais de SiC devido à menor perda de calor e estabilidade térmica.

• Os wafers de carboneto de silício ajudam os fabricantes a reduzir o tamanho e a produzir máquinas ou componentes de dispositivos leves.

Aplicações da Cerâmica na Indústria Automotiva

A aplicação de cerâmicas de carboneto de silício na indústria automotiva aumentou drasticamente nos últimos anos. Empresas de engenharia que buscam produzir automóveis robustos e confiáveis dependem principalmente da resistência e dureza desses materiais. Pistões, escapamentos, portas, motores, peças de reposição, chips semicondutores, revestimentos de cilindros e fornos e coletores de admissão são alguns dos equipamentos que utilizam cerâmicas de carboneto de silício. Algumas das aplicações incluem:

Motores e revestimentos de motores

Os motores funcionam de forma ideal quando conseguem conduzir o calor adequadamente sem afetar todo o sistema. Esta é uma propriedade exclusiva de materiais cerâmicos avançados, como o carboneto de silício. Eles apresentam excelente condutividade térmica e estabilidade, mantendo sua estrutura. Portanto, você pode usá-los para revestir motores pesados e escapamentos de automóveis ou utilizá-los na produção desses motores.

Pistões

Ao revestir cerâmicas automotivas, como pistões, com SiC, a reflexão do calor é melhorada. Como? Aumenta a frequência de queima do combustível e reduz o acúmulo de carbono.

Cabeçotes de cilindro

Câmaras de maior intensidade, como portas de escape e cabeçotes de cilindro, queimam bem graças aos revestimentos cerâmicos que ajudam a circular o calor em um ritmo mais rápido.

Saias de pistão

Abrasividade e resistência a riscos são as principais propriedades dos materiais cerâmicos de carboneto de silício. Portanto, blocos de motor e saias de pistão obtêm uma superfície de deslizamento seca e proteção quando revestidos com material de carboneto de silício.

Coletores de admissão

Quando você usa material cerâmico de carboneto de silício para revestimentos nos coletores de admissão na indústria automobilística, geralmente há um nível reduzido de penetração de calor devido à mistura mais fria de ar e combustível.

O papel dos semicondutores de carboneto de silício em veículos elétricos (VEs)

Graças às baterias de carboneto de silício e aos wafers de carboneto de silício (semicondutores), os veículos elétricos tornaram-se uma das mais novas sensações na tecnologia automotiva. Eles parecem pequenos, compactos e leves, mas, em comparação com um automóvel comum, são mais eficientes, com velocidades de comutação impressionantes e menor perda de potência. As propriedades únicas dos semicondutores de carboneto de silício, como estabilidade térmica, dissipação de calor rápida e eficaz e condutividade elétrica e térmica estável, são o que faz com que os fabricantes os considerem a solução ideal para o projeto de veículos elétricos menores, menos complexos, mas baratos. Os veículos elétricos utilizam circuitos de carregamento, wafers de carboneto de silício (como chips), baterias ou inversores para seu funcionamento adequado.

Relatórios dizem que a Tesla inovou com seu Modelo 3 em 2017, quando se tornou a primeira fabricante de veículos elétricos a produzir um inversor de transmissão de carboneto de silício.

Esses inversores, ou baterias de SiC, como você preferir chamá-los, fornecem energia aos veículos elétricos, convertendo rapidamente a energia elétrica que eles possuem em energia que impulsiona os veículos elétricos. Portanto, sem a bateria de carboneto de silício, que precisa ser carregada, as rodas dos veículos elétricos não se movem um centímetro. Isso também ocorre porque esses semicondutores de SiC atuam como uma caixa cerebral que controla o fluxo de energia elétrica entre o motor elétrico, a bateria e outros componentes.

Um automóvel médio consome cerca de 500-600 chips semicondutores, O que leva à produção de mais calor. Portanto, há uma necessidade crescente de chips que possam transferir esse calor de forma mais rápida e eficaz. Os chips semicondutores de carboneto de silício são agora uma solução muito útil para isso, pois conseguem gerenciar com eficácia o calor produzido e dissipá-lo rapidamente sem afetar o sistema. Os novos e aprimorados veículos elétricos que vemos hoje têm cerca de 2.000 chips semicondutores de carboneto de silício. Obviamente, há uma melhoria na densidade, potência e taxa de conversão de energia, bem como uma maior condutividade térmica e estabilidade dos veículos elétricos.

Tendências atuais do mercado de cerâmicas de carboneto de silício

O mercado de cerâmicas de carboneto de silício está atualmente avaliado em $1,27 bilhão. Um número impressionante, não é mesmo? Economistas estimam a Taxa de Crescimento Anual Composta (TACA) em 5,25%, visto que há um aumento notável na demanda e na concorrência no mercado. Além disso, uma estimativa de pelo menos $2 bilhões até 2030 é mais uma prova de que o mercado está se saindo consideravelmente bem nos últimos anos. Empresas asiáticas como a Fuji Electric Company, Ltd. e a ROHM Companies emergiram como participantes importantes neste mercado de SiC.

Aqui em GGSCerâmica, Trazemos alguns dos melhores materiais cerâmicos de carboneto de silício disponíveis. Adquirir estes produtos exclusivos que temos à nossa disposição permitirá que você construa o mundo cerâmico dos seus sonhos.

Perguntas frequentes

O carboneto de silício pode se dissolver em água?

Não, é insolúvel em água, mas solúvel em ferro fundido e hidróxido de potássio (KOH)

O que é melhor entre uma bateria de carboneto de silício e uma bateria de íons de lítio?

As baterias de SiC tendem a ser melhores quando comparadas ao tipo médio de bateria de íon-lítio, porque elas (baterias de carboneto de silício) carregam mais rápido, têm uma vida útil mais longa e possuem uma densidade de energia maior, o que as torna mais fortes do que suas equivalentes (íon-lítio).

O que diferencia o nitreto de gálio (GaN) do carboneto de silício (SiC)?

Embora esses dois materiais semicondutores tenham propriedades semelhantes, o carboneto de silício tem uma banda proibida maior, de 3,4 eV, enquanto o nitreto de gálio tem uma banda proibida de 3,4 eV.

Conclusão

As cerâmicas de carboneto de silício estão atualmente tendo um grande impacto nas economias mundiais e em muitas indústrias em todo o mundo. Elas mudaram completamente a face da indústria automotiva, desde o uso de cerâmicas automotivas na produção de veículos e automóveis elétricos de baixo custo, mas altamente eficientes, até a produção de wafers de carboneto de silício de alto desempenho, semicondutores e baterias de carboneto de silício, carregadores de bordo e revestimentos de pistões aprimorados. As cerâmicas de carboneto de silício são realmente revolucionárias!