giriiş

Silisyum karbür (SiC) günümüz teknolojisi için çok faydalı olan iyi bilinen bir seramik malzemedir. Gerçek şu ki, yoğun çalışma koşullarında yüksek sıcaklıklar ve termal kararlılık gerektiren günümüzdeki birçok yeni endüstri, silisyum karbür olmadan yapamaz. Bunun nedeni çok da abartılı değil - silisyum karbür, bu koşullar altında mükemmel performans göstermesini sağlayan çok ihtiyaç duyulan özelliklere sahiptir. Bunların başında, bu trend seramik malzemenin süper sertliği ve yüksek termal iletkenliği gelir. Bugünkü yazımızda, silisyum karbürün özellikleri ve bunların dünya çapında yeni enerji ve yeni endüstriler için ne kadar faydalı olduğu hakkında daha fazla bilgi edineceksiniz. Ayrıca, SiC'nin yarı iletkenlere ve güç elektroniği endüstrisine neden fayda sağladığını da göreceksiniz.

Silisyum Karbür Nedir?

Silisyum karbür (SiC), silikon ve karbondan endüstriyel olarak üretilen gri kristal seramik bir malzemedir. Silisyum karbür, onu son derece sert hale getirmek için kovalent olarak bağlanmış karbon ve silikondan oluşan kristal kafes tetrahedral yapılara sahiptir. Çoğu üretici buna Karborundum der ve yüksek performans standartları ve özellikleri nedeniyle bugün çok alakalıdır. Silisyum karbür, diğer tüm gelişmiş seramik malzemelerden daha üstündür ve bugün gördüğünüz üçüncü nesil yarı iletkenlerin önemli bir bileşenidir. Bu olmadan, bu yarı iletkenlerin çoğu düzgün çalışmaz. Ya ağır yük ve gerilim altında kırılırlar ya da zayıf ısı dağılımı nedeniyle yoğun sıcaklıklarda aşırı ısınırlar.

Silisyum karbür, Acheson prosesi kullanılarak üretilmesi aslında kolaydır. Tek yapmanız gereken, aşırı silisyumu (petrol kuvarsı) karbonla (endüstriyel kok) birlikte bazı temel katkı maddeleriyle birlikte, aşırı yüksek ısı ve 2.400°C'ye ulaşan sıcaklıklarda bir fırında karıştırmaktır. Yüksek profilli uygulamalar için en iyi SiC sınıflarını üretmeyi amaçlayan bir üreticiyseniz, silisyum karbürü daha yoğun sıcaklıklar ve daha düşük basınç altında sinterlemek için daha ileri gidebilirsiniz.

Peki, silisyum karbür ne için kullanılır? Gerçekte, SiC'nin kullanımları çoktur ve birçok sektörü kapsar. Silisyum karbür, cihazlarınızın veya endüstriyel ekipmanlarınızın verimliliğini ve performansını önemli ölçüde artırabilen birkaç gelişmiş seramik malzemeden biridir. Bir üretim mühendisi olarak, daha hızlı ve daha kararlı cihazlar üretmenize yardımcı olabilir - sadece aşırı ısınmaya karşı bağışık değil, aynı zamanda hafif olan ve üretim maliyetinizi büyük ölçüde azaltabilen cihazlar.

Hafifliği ve termal kararlılığı nedeniyle elektrikli araçlar için daha güvenli ve daha iyi piller üretmek için silisyum karbür kullanabilirsiniz. Bu silisyum karbür piller yalnızca elektrikli araçlarda değil, diğer yüksek güçlü elektronik cihazlarda da daha hızlı şarj olma eğilimindedir. Otomotiv şirketleri ve son zamanlarda havacılık endüstrisi, süper sert aşınmaya dayanıklı yapıları nedeniyle yedek parçalar, motor yatakları ve conta halkaları üretmek için artık SiC malzemeleri kullanıyor.

Ayrıca, yüksek dereceli yarı iletkenler için silisyum karbür yongaları ve sic gofretleri üretmek için de kullanabilirsiniz. aşınmaya dayanıklı Taşlama ve kesme aletleri/tekerlekleri, fırın kaplamaları, optik aletler, aynalar, X-ışınları gibi tıbbi cihazlar ve günümüzde yeni endüstrilerde kullanılan diğer birçok temel bileşen.

Silisyum Karbürün Özellikleri

SiC’nin öne çıkan özelliklerinden bazıları şunlardır:

• Suda ve asitlerde çözünmez

• 6,8 MPa·√m yüksek basınç dayanımına ve kırılma tokluğuna sahiptir

• Yoğunluğu 3,21 g/cm3'tür.

• 32 GPa sertliğe ve Mohs Sertlik Ölçeğinde 9,5 dereceye sahiptir

• 3.26 eV bant aralığına sahip geniş bant aralığına sahip bir yarı iletkendir

• 120 W/m•K ısı iletkenliğine sahiptir

• 440 GPa elastik modülüne sahiptir

• 490 MPa eğilme mukavemetine sahiptir

• 2.600°C'ye kadar sıcaklıklara dayanabilir

• Isıl genleşme katsayısı 4,0 x10–6/°C'dir

• Korozyona, aşınmaya ve yıpranmaya karşı oldukça dayanıklıdır.

Silisyum Karbür ve Yarıiletkenler

Daha önce, birçok endüstri elektronik cihazlar ve makineler için yarı iletkenler üretmek amacıyla silikon yongaları ve bazı diğer gelişmiş seramik malzemeleri kullanıyordu. Yavaş hızları ve aşırı ısınmaları nedeniyle kullandıkları bu yarı iletkenlere "birinci nesil yarı iletkenler" diyebilirsiniz. Ancak, geniş bant aralıklı yarı iletkenler olmadıkları için, özellikle ısıtılmış sıcaklıklarda yüksek hassasiyete olan talebin artmasıyla birlikte genel verimlilikleri zayıftı. Bugüne hızlıca ilerleyelim, aynı endüstrilerde silikon karbür kullanımı artık daha iyi, çok daha iyileştirilmiş geniş bant aralıklı yarı iletkenlerin üretilmesine yol açtı. Artık "üçüncü nesil yarı iletkenler" olarak bilinen bu yarı iletkenler silikon karbür yongaları ve SiC gofretleri içerir.

Yeni ortaya çıkan endüstriler, bu yeni üretilen geniş bant aralıklı yarı iletkenlerin performans standartlarını artırmak için silikon karbür alt tabakaları (yongalar ve gofretler) kullanır. Güç cihazlarının yarı iletkenlerindeki ve elektronik panellerindeki silikon karbür yongaları ve ısı emiciler, ısıyı daha hızlı dağıtmalarına yardımcı olur. Ayrıca, kırılmadan gerilime veya aşırı yüke dayanacak kadar sağlam olmalarını sağlar. Tüm bunlar, SiC'nin sertliği ve yüksek termal iletkenliği sayesinde mümkündür.

Günümüzde mühendisler hala üretimlerinde silikon yerine silikon karbür bazlı yarı iletkenleri tercih ediyorlar. Neden? Üretim maliyetleri düşüktür ve diğerlerine kıyasla yüksek sıcaklıklarda, yüksek mekanik ve yüksek stresli çevre koşullarında aşırı ısınmazlar veya bozulmazlar. Bu avantajlar mükemmel termal kararlılıklarından ve sertliklerinden kaynaklanmaktadır.

Bunların verimliliği SiC malzemeleri yarı iletkenlerde, onları dopladığınızda daha da iyileştirilebilirler. Bazı dopantlar arasında bor, alüminyum, arsenik, fosfor vb. bulunur.

Yani, silikon karbür değilse, bir üretici olarak bu yarı iletkenleri üretme ve kaplamada hangi daha iyi malzemeyi düşünürdünüz? Hiçbiri! Ortaya çıkan endüstrilerde silikon karbür kullanımına biraz daha yakından bakalım.

Silisyum Karbür ve Ortaya Çıkan Endüstriler

Son birkaç yılda başlayan birçok üretim endüstrisi, yüksek hassasiyetli uygulamalarda silisyum karbür kullanır. Mühendislik, otomobiller, güç elektroniği, güneş enerjisi, havacılık, aşındırıcılar ve hatta daha yakın zamanda sağlık hizmetleri gibi çeşitli alanlardaki endüstriler. Bu endüstrilerin hepsinin, SiC'nin sağladığı gibi mükemmel özelliklere sahip çok kararlı ve sert bir seramik malzemeye ihtiyacı vardır. Örneğin, makine mühendisliği firmaları, çubuklar, fırın astarları, makine rotorları ve conta halkaları üretmek için yüksek mukavemetli malzemelere ihtiyaç duyar. Bu uygulamalar için en iyi malzeme SiC'dir çünkü sertlik ve termal kararlılık söz konusu olduğunda yalnızca Diamond onu yener.

Otomotiv endüstrileri, otomobil yedek parçalarının ve motorlarının silisyum karbürle daha iyi çalışacağını biliyor. Nasıl mı? Daha önce de belirttiğimiz gibi SiC çok serttir; ayrıca aşınmaya ve paslanmaya neden olan kimyasallara karşı çok dirençlidir ve harici sorunlara neden olmadan hem ısıyı hem de elektriği iletecek kadar kararlıdır. Bunlar, mükemmel parçalara ve işlevselliğe sahip iyi arabalar üretecekseniz çok önemli niteliklerdir.

Tesla gibi elektrikli araç üretimine yeni giren otomotiv endüstrileri, güç dönüşüm oranlarını iyileştirmek, silisyum karbür piller üretmek, boyutları küçültmek ve sürüş sırasında istikrarlı bir hızlanma ve yavaşlama sağlamak için SiC'ye ihtiyaç duyuyor.

Güneş enerjisi de unutulmamış, bu alanda ortaya çıkan endüstriler artık yüksek verimliliğe ve güç modüllerine sahip silisyum karbür bazlı güneş invertörleri ve pilleri üretiyor. Yenilenebilir enerjide kullanılan kesintisiz güç kaynağı (UPS) cihazları ve rüzgar türbinleri silisyum karbür kullanımının bir parçasıdır. Silisyum karbür, bu güneş ürünlerinin etkinliğini artırırken malzeme maliyetini ve boyutunu azaltmanıza yardımcı olur. Silisyum karbür kullanımı nedeniyle güneş dönüşüm oranları artık en az 95%'ye kadar çıkıyor. 97.5%'de, bu geliştirilmiş invertörler 25%'ye eşdeğer genel enerji kaybını azalttı. SiC'nin burada sunduğu harika avantajları hayal edebilirsiniz.

Devam edersek, güç elektroniği de daha verimli ve güç tasarruflu LED ışıkların üretiminde SiC kullanır. Azaltılmış sıcaklık kaybı ve daha iyi elektrik iletkenliği ile SiC, bu LED ışıkların daha uzun süre dayanmasını ve hatta daha parlak görüntülenmesini sağlar. Bu, üretim maliyetinde bir azalma ve bu alandaki endüstriler için daha iyi çıktılar anlamına gelir.

Son zamanlarda yapılan araştırmalar, silisyum karbür kullanımının ve uygulamalarının tüm bu yeni endüstrilerde küresel olarak hızla arttığını göstermiştir. Artan oranıyla, 2023'te $4 milyar değerindeki mevcut SiC pazarı (hem yarı iletkenler, hem güç elektroniği hem de diğer uygulamalar için) 2026'ya kadar $10 milyarın üzerinde bir pazar zirvesine ulaşabilir.

Yeni enerji ve seramik yatırımcıları bunu şaşırtıcı bir oranda satın alıyor. Silikon karbür tedarikçileri artık dünyanın çeşitli kıtalarında çok yaygın çünkü SiC'nin parlak potansiyeli var. Geride kalmayın, hemen bizimle iletişime geçin GGSCeramikler Uygulamalarınıza uygun en kaliteli SiC ve Sinterlenmiş SiC malzemeleri için. Silisyum karbür tedarikçileri arasında öncüyüz ve bizden en iyisini alacağınızdan emin olabilirsiniz.

Sıkça Sorulan Sorular

Silisyum karbür ne için kullanılır?

Silisyum karbürün yüksek mekanik ve yüksek stresli çevre koşullarında kullanılmasının yanı sıra, çoğu üretici onu zımpara kağıdı, taşlama veya kesme aletleri ve tekerlekleri üretmek için aşındırıcı olarak kullanır.

Silisyum karbür üretiminde hammaddeler nelerdir?

SiC üretiminde (Acheson prosesi ile) kullanılan başlıca hammaddeler petrol kuvarsı (endüstriyel silikon) ve koktur (karbon).

Silisyum karbürün erime noktası nedir?

Silisyum karbürün sabit bir erime noktası yoktur. Ancak, 2.730°C'de süblimleşmeye başladığını fark edeceksiniz.

Çözüm

Şimdi, "Silisyum karbür ne için kullanılır?" sorusunun en iyi yanıtlarını kesinlikle biliyorsunuz. Yani, eğer ilk defa bu işe girdiyseniz veya sektörde bulunduysanız, silisyum karbürün en iyi yol olduğunu kesin olarak biliyorsunuzdur. Bu çok boyutlu seramik malzeme yarı iletkenlerde, güç elektroniğinde ve diğer birçok alanda yoğun olarak kullanılır. Çok sert ve termal olarak kararlı olmasının yanı sıra, tehlikeli kimyasallara, yüksek sıcaklıklara ve zorlu koşullarda aşınma ve yıpranmaya zahmetsizce direnme yeteneği, onu herhangi bir üreticinin güvenebileceği mükemmel bir malzeme haline getirir. Silisyum karbür, bugün küresel olarak elde ettiği tüm popülerliği ve tanınırlığı hak ediyor. Hiç şüphe yok ki, şimdi ve gelecekte ortaya çıkan endüstriler için güçlü bir umut ışığı sağlıyor!