Giới thiệu

Silic cacbua (SiC) là một vật liệu gốm nổi tiếng rất hữu ích cho công nghệ hiện đại. Sự thật là nhiều ngành công nghiệp mới nổi ngày nay đòi hỏi nhiệt độ cao và độ ổn định nhiệt trong điều kiện làm việc khắc nghiệt hầu như không thể thiếu silicon carbide. Lý do cho điều này không phải là không có lý do – silicon carbide sở hữu các đặc tính rất cần thiết giúp nó hoạt động tuyệt vời trong những trường hợp này. Chủ yếu là độ cứng siêu cao và độ dẫn nhiệt cao của vật liệu gốm đang thịnh hành này. Trong bài viết hôm nay, bạn sẽ tìm hiểu thêm về các đặc tính của silicon carbide và chúng hữu ích như thế nào đối với các ngành công nghiệp năng lượng mới và mới nổi trên toàn thế giới. Bạn cũng sẽ thấy lý do tại sao SiC có lợi cho chất bán dẫn và ngành công nghiệp điện tử công suất.

Silicon Carbide là gì?

Silicon carbide (SiC) là vật liệu gốm tinh thể màu xám được sản xuất công nghiệp từ silicon và carbon. Silicon carbide có cấu trúc tứ diện mạng tinh thể của carbon và silicon liên kết cộng hóa trị để làm cho nó cực kỳ cứng. Hầu hết các nhà sản xuất gọi nó là Carborundum và nó rất phù hợp ngày nay do các tiêu chuẩn và tính chất hiệu suất cao của nó. Trên bất kỳ vật liệu gốm tiên tiến nào khác, silicon carbide là thành phần chính của chất bán dẫn thế hệ thứ ba mà bạn thấy ngày nay. Nếu không có nó, hầu hết các chất bán dẫn này sẽ không hoạt động bình thường. Chúng sẽ bị gãy dưới tải trọng và lực căng lớn hoặc quá nhiệt ở nhiệt độ cao do tản nhiệt kém.

Silic cacbua thực sự dễ sản xuất bằng quy trình Acheson. Tất cả những gì bạn cần làm là trộn silic dư (thạch anh dầu mỏ) cùng với một số chất phụ gia thiết yếu với cacbon (than cốc công nghiệp) trong lò nung ở nhiệt độ cực cao và nhiệt độ đạt tới 2.400°C. Nếu bạn là nhà sản xuất đang tìm cách sản xuất các loại SiC tốt nhất cho các ứng dụng có cấu hình cao, bạn có thể tiến xa hơn nữa là thiêu kết silic cacbua ở nhiệt độ cao hơn và áp suất thấp hơn.

Vậy, silicon carbide được sử dụng để làm gì? Trên thực tế, SiC có rất nhiều ứng dụng và được sử dụng trong nhiều lĩnh vực. Silicon carbide là một trong số ít vật liệu gốm tiên tiến có thể cải thiện đáng kể hiệu suất và hiệu suất của bất kỳ thiết bị hoặc thiết bị công nghiệp nào của bạn. Là một kỹ sư sản xuất, nó có thể giúp bạn sản xuất các thiết bị nhanh hơn và ổn định hơn - các thiết bị không chỉ không bị quá nhiệt mà còn nhẹ, có thể giúp giảm đáng kể chi phí sản xuất của bạn.

Bạn có thể sử dụng silicon carbide để sản xuất pin an toàn hơn và tốt hơn cho xe điện vì chúng nhẹ và ổn định nhiệt. Những loại pin silicon carbide này có xu hướng sạc nhanh hơn không chỉ ở xe điện mà còn ở các thiết bị điện tử công suất cao khác. Các công ty ô tô và gần đây là ngành hàng không vũ trụ hiện sử dụng vật liệu SiC để sản xuất phụ tùng, ổ trục động cơ và vòng đệm do đặc tính siêu cứng, chống mài mòn của chúng.

Bạn cũng có thể sử dụng nó để sản xuất chip silicon carbide và wafer sic cho chất bán dẫn cao cấp, chống mài mòn dụng cụ/bánh xe mài và cắt, lớp lót lò, dụng cụ quang học, gương, thiết bị y tế như máy X-quang và nhiều thành phần thiết yếu khác được sử dụng trong các ngành công nghiệp mới ngày nay.

Tính chất của Silic Cacbua

Một số tính chất nổi bật của SiC là:

• Nó không tan trong nước và axit

• Nó có cường độ nén và độ bền gãy cao là 6,8 MPa·√m

• Nó có mật độ là 3,21 g/cm 3

• Nó có độ cứng là 32 GPa và được đánh giá là 9,5 trên thang độ cứng Mohs

• Đây là chất bán dẫn có khoảng cách dải rộng với khoảng cách dải là 3,26 eV

• Nó có độ dẫn nhiệt là 120 W/m•K

• Nó có mô đun đàn hồi là 440 GPa

• Nó có độ bền uốn là 490 MPa

• Nó có thể chịu được nhiệt độ lên tới 2.600°C

• Hệ số giãn nở vì nhiệt là 4,0 x10–6/°C

• Nó có khả năng chống ăn mòn, hao mòn cao.

Silic Cacbua và Chất bán dẫn

Trước đây, một số ngành công nghiệp đã sử dụng chip silicon và một số vật liệu gốm tiên tiến khác để sản xuất chất bán dẫn cho các thiết bị và máy móc điện tử. Bạn có thể gọi những chất bán dẫn mà họ sử dụng là "chất bán dẫn thế hệ đầu tiên" do tốc độ chậm và quá nhiệt. Tuy nhiên, vì chúng không phải là chất bán dẫn có khoảng cách dải rộng nên hiệu suất tổng thể của chúng kém, đặc biệt là khi nhu cầu về độ chính xác cao ở nhiệt độ cao ngày càng tăng. Quay trở lại ngày nay, việc sử dụng silicon carbide trong các ngành công nghiệp này hiện đã dẫn đến việc sản xuất ra các chất bán dẫn có khoảng cách dải rộng tốt hơn, được cải thiện nhiều hơn. Những chất bán dẫn này hiện được gọi là "chất bán dẫn thế hệ thứ ba" chứa chip silicon carbide và wafer SiC.

Các ngành công nghiệp mới nổi sử dụng chất nền silicon carbide (chip và wafer) để tăng cường tiêu chuẩn hiệu suất của các chất bán dẫn có khoảng cách dải rộng mới sản xuất này. Các chip silicon carbide và bộ tản nhiệt trong chất bán dẫn và bảng điện tử của các thiết bị điện giúp chúng tản nhiệt nhanh hơn. Nó cũng làm cho chúng đủ cứng để chịu được lực căng hoặc quá tải mà không bị vỡ. Tất cả những điều này đều có thể thực hiện được nhờ độ cứng và độ dẫn nhiệt cao của SiC.

Ngày nay, các kỹ sư vẫn thích chất bán dẫn gốc silicon carbide hơn silicon trong sản xuất của họ. Tại sao? Chúng có chi phí sản xuất thấp và so với các chất bán dẫn khác, chúng không bị quá nhiệt hoặc hỏng ở nhiệt độ cao, điều kiện môi trường có tính cơ học cao và ứng suất cao. Những ưu điểm này là do độ ổn định nhiệt và độ cứng tuyệt vời của chúng.

Hiệu quả của những điều này Vật liệu SiC trong chất bán dẫn thậm chí có thể được cải thiện khi bạn pha tạp chúng. Một số chất pha tạp bao gồm bo, nhôm, asen, phốt pho, v.v.

Vậy, nếu không phải là silicon carbide, thì bạn với tư cách là nhà sản xuất sẽ cân nhắc vật liệu nào tốt hơn để sản xuất và phủ các chất bán dẫn này? Không có! Chúng ta hãy đi sâu hơn một chút vào việc sử dụng silicon carbide trong các ngành công nghiệp mới nổi.

Silicon Carbide và các ngành công nghiệp mới nổi

Rất nhiều ngành sản xuất bắt đầu trong vài năm trở lại đây đều sử dụng silicon carbide trong các ứng dụng có độ chính xác cao. Các ngành công nghiệp trong nhiều lĩnh vực như kỹ thuật, ô tô, điện tử công suất, năng lượng mặt trời, hàng không vũ trụ, vật liệu mài mòn và thậm chí gần đây hơn là chăm sóc sức khỏe. Tất cả các ngành công nghiệp này đều cần một vật liệu gốm rất ổn định và bền với các đặc tính tuyệt vời như những gì SiC cung cấp. Ví dụ, các công ty kỹ thuật cơ khí cần vật liệu có độ bền cao để sản xuất thanh, lớp lót lò nung, rôto máy và vòng đệm. Vật liệu tốt nhất cho các ứng dụng này là SiC vì chỉ có Kim cương mới vượt qua được nó khi nói đến độ cứng và độ ổn định nhiệt.

Ngành công nghiệp ô tô biết rằng phụ tùng ô tô và động cơ của họ sẽ hoạt động tốt hơn với silicon carbide. Làm thế nào? SiC rất cứng như chúng tôi đã đề cập trước đó; nó cũng rất bền với sự mài mòn, hóa chất gây gỉ và đủ ổn định để dẫn nhiệt và điện mà không gây ra các vấn đề bên ngoài. Đây là những phẩm chất rất cần thiết nếu bạn muốn sản xuất những chiếc ô tô tốt với các bộ phận và chức năng tuyệt vời.

Với các ngành công nghiệp ô tô mới hiện đang dấn thân vào sản xuất xe điện như Tesla, họ cần SiC để cải thiện tỷ lệ chuyển đổi năng lượng, sản xuất pin silicon carbide, giảm kích thước và duy trì khả năng tăng tốc và giảm tốc ổn định khi lái xe.

Năng lượng mặt trời không bị bỏ qua, các ngành công nghiệp mới nổi trong lĩnh vực này hiện đang sản xuất các bộ biến tần năng lượng mặt trời và pin dựa trên silicon carbide với hiệu suất cao và các mô-đun công suất. Các thiết bị cung cấp điện liên tục (UPS) và tua-bin gió được sử dụng trong năng lượng tái tạo đều là một phần của việc sử dụng silicon carbide. Silicon carbide giúp bạn giảm chi phí vật liệu và kích thước đồng thời tăng hiệu quả của các sản phẩm năng lượng mặt trời này. Tỷ lệ chuyển đổi năng lượng mặt trời hiện đạt tới ít nhất 95% do sử dụng silicon carbide. Ở mức 97,5%, các bộ biến tần cải tiến này đã giảm tổng lượng năng lượng bị mất tương đương với 25%. Bạn có thể tưởng tượng ra những lợi thế tuyệt vời mà SiC mang lại ở đây.

Tiếp theo, điện tử công suất cũng sử dụng SiC trong sản xuất đèn LED hiệu quả hơn và tiết kiệm điện hơn. Với khả năng giảm tổn thất nhiệt độ và dẫn điện tốt hơn, SiC có xu hướng làm cho đèn LED này bền hơn và thậm chí hiển thị sáng hơn. Điều này giúp giảm chi phí sản xuất và đầu ra tốt hơn cho các ngành công nghiệp trong lĩnh vực này.

Nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng việc sử dụng và ứng dụng silicon carbide trong tất cả các ngành công nghiệp mới nổi này đã tăng vọt trên toàn cầu. Với tốc độ tăng trưởng này, thị trường SiC hiện tại (cho cả chất bán dẫn, điện tử công suất và các ứng dụng khác) có giá trị $4 tỷ vào năm 2023, có thể đạt mức cao nhất trên thị trường là hơn $10 tỷ vào năm 2026.

Các nhà đầu tư vào năng lượng mới và gốm sứ đang mua vào với tốc độ đáng kinh ngạc. Các nhà cung cấp silicon carbide hiện đang tràn lan trên khắp các châu lục trên thế giới vì tiềm năng tuyệt vời của SiC. Đừng để bị bỏ lại phía sau, hãy liên hệ với chúng tôi ngay tại GGSGốm sứ cho vật liệu SiC và SiC thiêu kết chất lượng cao phù hợp với ứng dụng của bạn. Chúng tôi là đơn vị tiên phong trong số các nhà cung cấp silicon carbide và bạn có thể yên tâm rằng bạn sẽ nhận được những gì tốt nhất từ chúng tôi.

Những câu hỏi thường gặp

Silic cacbua được dùng để làm gì?

Ngoài việc sử dụng silicon carbide trong điều kiện môi trường có tính cơ học cao và ứng suất lớn, hầu hết các nhà sản xuất đều sử dụng nó như một chất mài mòn để sản xuất giấy nhám, dụng cụ mài hoặc cắt và bánh xe.

Nguyên liệu thô trong sản xuất silicon carbide là gì?

Nguyên liệu thô chính được sử dụng trong sản xuất SiC (thông qua quy trình Acheson) là thạch anh dầu mỏ (silicon công nghiệp) và than cốc (cacbon).

Điểm nóng chảy của silic cacbua là bao nhiêu?

Silicon carbide không có điểm nóng chảy cố định. Tuy nhiên, bạn sẽ thấy rằng nó bắt đầu thăng hoa ở 2.730°C.

Phần kết luận

Bây giờ, bạn chắc chắn biết câu trả lời tốt nhất cho câu hỏi "Silic cacbua được sử dụng để làm gì?" Vì vậy, nếu bạn là người mới bắt đầu hoặc đã làm việc trong ngành, bạn sẽ biết chắc rằng silicon cacbua là lựa chọn tốt nhất. Điều này vật liệu gốm đa chiều được sử dụng nhiều trong chất bán dẫn, điện tử công suất và một số lĩnh vực khác. Bên cạnh việc rất cứng và ổn định nhiệt, khả năng chống lại các hóa chất nguy hiểm, nhiệt độ cao và hao mòn trong điều kiện khắc nghiệt một cách dễ dàng khiến nó trở thành vật liệu tuyệt vời mà bất kỳ nhà sản xuất nào cũng có thể tin tưởng. Silicon carbide xứng đáng với tất cả sự phổ biến và công nhận mà nó đang nhận được trên toàn cầu ngày nay. Không còn nghi ngờ gì nữa, nó mang đến tia hy vọng mạnh mẽ cho các ngành công nghiệp mới nổi hiện nay và trong tương lai!