Введение

Карбид кремния (SiC) — это известный керамический материал, который очень полезен для современных технологий. Правда в том, что многие развивающиеся отрасли промышленности сегодня, которым требуются высокие температуры и термостойкость в интенсивных рабочих условиях, едва ли могут обойтись без карбида кремния. Причина этого не надуманна — карбид кремния обладает столь необходимыми свойствами, которые позволяют ему блестяще работать в этих условиях. Главными из них являются сверхтвердость и высокая теплопроводность этого популярного керамического материала. В сегодняшней статье вы узнаете больше о свойствах карбида кремния и о том, насколько они полезны для новой энергетики и развивающихся отраслей по всему миру. Вы также увидите, почему SiC приносит пользу полупроводникам и силовой электронной промышленности.

Что такое карбид кремния?

Карбид кремния (SiC) — это сероватый кристаллический керамический материал, изготавливаемый промышленным способом из кремния и углерода. Карбид кремния имеет тетраэдрические структуры кристаллической решетки углерода и кремния, ковалентно связанных, что делает его чрезвычайно твердым. Большинство производителей называют его карборундом, и сегодня он очень актуален из-за его высоких стандартов производительности и свойств. Карбид кремния, как и любой другой передовой керамический материал, является основным компонентом полупроводников третьего поколения, которые вы видите сегодня. Без него большинство этих полупроводников не будут функционировать должным образом. Они либо сломаются под большой нагрузкой и напряжением, либо перегреются при высоких температурах из-за плохого рассеивания тепла.

Карбид кремния на самом деле легко производить с помощью процесса Ачесона. Все, что вам нужно сделать, это смешать избыточный кремний (нефтяной кварц) вместе с некоторыми необходимыми добавками с углеродом (промышленный кокс) в печи с чрезвычайно высоким нагревом и температурами, достигающими 2400°C. Если вы производитель, который хочет производить лучшие сорта SiC для высокопрофильных применений, вы можете пойти дальше и спекать карбид кремния при более высоких температурах и меньшем давлении.

Итак, для чего используется карбид кремния? На самом деле, применение SiC многочисленно и охватывает многие сектора. Карбид кремния является одним из немногих современных керамических материалов, которые могут значительно повысить эффективность и производительность любого из ваших устройств или промышленного оборудования. Как инженер-технолог, он может помочь вам производить более быстрые и стабильные устройства — устройства, которые не только невосприимчивы к перегреву, но и легки, что может значительно снизить ваши производственные затраты.

Карбид кремния можно использовать для производства более безопасных и лучших аккумуляторов для электромобилей из-за его легкого веса и термической стабильности. Эти аккумуляторы из карбида кремния, как правило, заряжаются быстрее не только в электромобилях, но и в других мощных электронных устройствах. Автомобильные компании, а в последнее время и аэрокосмическая промышленность теперь используют материалы SiC для производства запасных частей, подшипников двигателей и уплотнительных колец из-за их сверхтвердой износостойкой природы.

Вы также можете использовать его для производства чипов из карбида кремния и пластин из кремния для высококачественных полупроводников, износостойкий шлифовальные и режущие инструменты/круги, футеровка печей, оптические приборы, зеркала, медицинские приборы, такие как рентгеновские аппараты, и множество других важных компонентов, используемых сегодня в новых отраслях промышленности.

Свойства карбида кремния

Некоторые из выдающихся свойств SiC:

• Нерастворим в воде и кислотах.

• Имеет высокую прочность на сжатие и вязкость разрушения 6,8 МПа·√м.

• Плотность составляет 3,21 г/см 3.

• Его твердость составляет 32 ГПа, а рейтинг твердости по шкале Мооса — 9,5.

• Это широкозонный полупроводник с шириной запрещенной зоны 3,26 эВ.

• Обладает теплопроводностью 120 Вт/м•К.

• Имеет модуль упругости 440 ГПа.

• Прочность на изгиб составляет 490 МПа.

• Он может выдерживать температуру до 2600°C.

• Коэффициент теплового расширения составляет 4,0 x10–6/°C.

• Он обладает высокой устойчивостью к коррозии, износу и разрывам.

Карбид кремния и полупроводники

До сих пор несколько отраслей промышленности использовали кремниевые чипы и некоторые другие передовые керамические материалы для производства полупроводников для электронных устройств и машин. Вы можете назвать эти полупроводники, которые они использовали, «полупроводниками первого поколения» из-за их низкой скорости и перегрева. Однако, поскольку они не были широкозонными полупроводниками, их общая эффективность была низкой, особенно с возросшим спросом на высокую точность при нагревании. Перенесемся в настоящее время, использование карбида кремния в этих же отраслях промышленности привело к производству лучших, значительно улучшенных широкозонных полупроводников. Эти полупроводники, теперь известные как «полупроводники третьего поколения», содержат чипы карбида кремния и пластины SiC.

Развивающиеся отрасли промышленности используют подложки из карбида кремния (чипы и пластины) для повышения стандартов производительности этих недавно произведенных широкозонных полупроводников. Чипы и радиаторы из карбида кремния в полупроводниках и электронных панелях силовых устройств помогают им рассеивать тепло быстрее. Это также делает их достаточно прочными, чтобы выдерживать напряжение или перегрузку без разрушения. Все это возможно благодаря твердости и высокой теплопроводности SiC.

Сегодня инженеры по-прежнему предпочитают кремниевым полупроводникам в своем производстве полупроводники на основе карбида кремния. Почему? У них низкая себестоимость производства, и по сравнению с другими они не перегреваются и не выходят из строя при высоких температурах, высоких механических нагрузках и условиях высокой нагрузки. Эти достоинства обусловлены их превосходной термической стабильностью и твердостью.

Эффективность этих Материалы SiC в полупроводниках можно даже улучшить, если их легировать. Некоторые легирующие вещества включают бор, алюминий, мышьяк, фосфор и т. д.

Итак, если не карбид кремния, какой другой лучший материал вы как производитель могли бы рассмотреть для производства и покрытия этих полупроводников? Ни один! Давайте немного углубимся в использование карбида кремния в развивающихся отраслях.

Карбид кремния и развивающиеся отрасли

Многие производственные отрасли, которые появились в последние несколько лет, используют карбид кремния в высокоточных приложениях. Отрасли в различных областях, таких как машиностроение, автомобилестроение, силовая электроника, солнечная энергетика, аэрокосмическая промышленность, абразивы и, совсем недавно, здравоохранение. Всем этим отраслям нужен очень стабильный и прочный керамический материал с превосходными свойствами, такими как те, которые обеспечивает SiC. Например, машиностроительным фирмам нужны высокопрочные материалы для производства стержней, футеровки печей, роторов машин и уплотнительных колец. Лучшим материалом для этих применений является SiC, потому что только алмаз превосходит его по твердости и термической стабильности.

Автомобильная промышленность знает, что их автомобильные запчасти и двигатели будут работать лучше с карбидом кремния. Как? SiC очень твердый, как мы уже упоминали ранее; он также очень устойчив к износу и вызывающим ржавчину химикатам и достаточно стабилен, чтобы проводить как тепло, так и электричество, не вызывая внешних проблем. Это очень важные качества, если вы хотите производить хорошие автомобили с превосходными деталями и функциональностью.

Поскольку новые автомобильные отрасли сейчас выходят на рынок электромобилей, таких как Tesla, им необходим SiC для повышения коэффициента преобразования энергии, производства аккумуляторов на основе карбида кремния, уменьшения размера и поддержания стабильного ускорения и замедления во время движения.

Солнечная энергетика не осталась в стороне, развивающиеся отрасли в этой области теперь производят солнечные инверторы и батареи на основе карбида кремния с высокой эффективностью и силовыми модулями. Устройства бесперебойного питания (ИБП) и ветряные турбины, используемые в возобновляемой энергетике, являются частью использования карбида кремния. Карбид кремния помогает вам снизить стоимость материала и размер, одновременно повышая эффективность этих солнечных продуктов. Коэффициенты преобразования солнечной энергии теперь достигают по крайней мере 95% из-за использования карбида кремния. При 97,5% эти улучшенные инверторы снизили общие потери энергии, эквивалентные 25%. Вы можете себе представить, какие большие преимущества предлагает здесь SiC.

Двигаясь дальше, силовая электроника также использует SiC для производства более эффективных и энергосберегающих светодиодных ламп. Благодаря уменьшенным потерям температуры и лучшей проводимости электричества, SiC, как правило, делает эти светодиодные лампы более долговечными и даже более яркими. Это означает снижение себестоимости производства и лучшие результаты для отраслей в этой области.

Исследования недавно показали, что использование и применение карбида кремния во всех этих развивающихся отраслях резко возросли во всем мире. При таком росте текущий рынок SiC (как для полупроводников, так и для силовой электроники и других приложений), оцениваемый в $4 млрд в 2023 году, может достичь рыночного максимума в более чем $10 млрд к 2026 году.

Инвесторы в новую энергетику и керамику покупают ее с поразительной скоростью. Поставщики карбида кремния сейчас так распространены на разных континентах мира из-за блестящего потенциала SiC. Не оставайтесь в стороне, свяжитесь с нами сейчас по адресу GGSКерамика для высококачественных материалов SiC и спеченного SiC, которые подходят для ваших приложений. Мы являемся лидерами среди поставщиков карбида кремния, и вы можете быть уверены, что получите от нас лучшее.

Часто задаваемые вопросы

Для чего используется карбид кремния?

Помимо использования карбида кремния в условиях высоких механических и высоких нагрузок, большинство производителей используют его в качестве абразива для изготовления наждачной бумаги, шлифовальных или режущих инструментов и кругов.

Какое сырье используется при производстве карбида кремния?

Основным сырьем, используемым при производстве SiC (по методу Ачесона), являются нефтяной кварц (промышленный кремний) и кокс (углерод).

Какова температура плавления карбида кремния?

У карбида кремния нет фиксированной температуры плавления. Однако вы заметите, что он начинает сублимироваться при 2730°C.

Заключение

Теперь вы, конечно, знаете лучшие ответы на вопрос «Для чего используется карбид кремния?» Итак, если вы новичок или уже работали в этой отрасли, вы точно знаете, что карбид кремния — это лучший вариант. Это многомерный керамический материал широко используется в полупроводниках, силовой электронике и ряде других областей. Помимо того, что он настолько прочен и термостабилен, его способность легко противостоять опасным химикатам, высоким температурам и износу в суровых условиях делает его прекрасным материалом для любого производителя, на который можно положиться. Карбид кремния заслуживает всей той популярности и признания, которые он получает сегодня во всем мире. Без сомнения, он дает сильный луч надежды для развивающихся отраслей промышленности сейчас и в будущем!