Tấm Silicon Carbide đang nổi lên như một giải pháp thay đổi cuộc chơi trong môi trường khắc nghiệt

Trong các ngành công nghiệp cạnh tranh khốc liệt, vật liệu không thể chỉ đơn thuần đáp ứng những nhu cầu tối thiểu. Chúng đòi hỏi độ chính xác cao dưới áp suất cực lớn. Tấm silicon carbide làm được điều đó. Những vật liệu gốm công nghệ cao này hoạt động rất tốt ở những nơi khó có khả năng bị hỏng. Độ bền cao, độ ổn định nhiệt và khả năng kháng hóa chất của chúng là vô song, dù là trong chất bán dẫn, áo giáp phòng thủ hay thậm chí là hạt nano.

Tấm Silicon Carbide

Tấm silicon carbide mang lại hiệu suất cao vượt trội trong điều kiện khắc nghiệt. Gốm siêu cứng này tạo ra môi trường không nhiễm bẩn (<0,1 ppm) cho các tấm wafer bán dẫn với độ ổn định nhiệt độ cao ±1°C. Các nhà máy hóa chất có lợi thế là đã chống chịu được axit sulfuric trong 10 năm qua và có khả năng chịu được dòng chảy chất lỏng cực nhanh 25 m/s.

Khả năng ngăn chặn đạn có trọng lượng bằng một nửa thép của chúng được ứng dụng trong quân sự và được chứng nhận có khả năng chống đạn 7,62mm và thiết bị nổ tự chế (IED). Chúng được sản xuất theo kích thước tiêu chuẩn (100x100mm đến 600x1200mm, dày 1-30mm), hoặc theo hình dạng tùy chỉnh như vòi phun tên lửa, với ba cấp độ chuyên dụng: CVD siêu tinh khiết (99,9995%) phù hợp với ứng dụng nhiệt, thiêu kết cường độ cao (450 MPa) chịu tải trọng cơ học và liên kết nitride chống ăn mòn trong môi trường hóa chất khắc nghiệt.

Thông số hiệu suất chính

Đi sâu hơn nữa, các tấm silicon carbide có một tập hợp các đặc tính cực kỳ mạnh mẽ khiến chúng trở nên độc đáo:

Tất cả những đặc tính này khiến tấm SiC trở thành giải pháp hàng đầu cho các kỹ sư không muốn vật liệu bị hư hỏng. Chúng có lợi thế vượt trội trong môi trường sạch, hiệu suất cao nhờ sự kết hợp giữa độ bền cơ học, độ tin cậy nhiệt và độ tinh khiết.

Ứng dụng công nghiệp

Trong trường hợp không thể chấp nhận được sự cố, tấm silicon carbide là lựa chọn đáng tin cậy nhất. Các linh kiện gốm tiên tiến này được ứng dụng trong các ứng dụng nhiệt và cơ học quan trọng nhất trong các ngành công nghiệp then chốt.

Ứng dụng áo giáp

• Áo giáp nhẹ chống đạn xuyên giáp, đạn xuyên giáp có thể xuyên qua.

• Một trong những nguyên tắc cơ bản của hệ thống tác chiến di động hiện đại.

• Được sử dụng trong áo giáp, xe bọc thép và bảo vệ máy bay.

Sản xuất chất bán dẫn:

• Các chất mang wafer và bộ cảm ứng có độ tinh khiết cao không bị nhiễm bẩn.

• Lớp lót buồng chân không giúp sản xuất chip không bị lỗi.

Giải pháp công nghiệp:

• Nhà máy hóa chất: Chúng có khả năng làm bay hơi axit đậm đặc và chịu áp lực nghiền cực lớn mà các vật liệu thông thường của bạn không thể làm được.

• Nhiệt độ cực cao: Có thể chịu được nhiệt độ từ 0 o C đến 2700 o C mà không bị nứt, đây cũng là lò nung và lò nung tối ưu.

• Sự bảo vệ vững chắc: Đánh bại tất cả các thương hiệu khác có thể bị ảnh hưởng cùng lúc do phải chịu nhiệt độ cực cao và bị ăn mòn.

Lý do tại sao Silicon Carbide hoạt động tốt hơn các vật liệu khác

Để có sự hiểu biết rõ ràng hơn về giá trị cacbua silic nghĩa là, tốt nhất là nên so sánh nó với các vật liệu gốm khác được sử dụng rộng rãi:

Chọn tấm SiC phù hợp

Việc lựa chọn tấm silicon carbide không chỉ đơn thuần là chọn một linh kiện từ danh mục. Một số cân nhắc quan trọng nhất trong quá trình lựa chọn được liệt kê trong danh sách kiểm tra dưới đây:

• Môi trường hoạt động: Tìm hiểu xem tấm kim loại sẽ phải hoạt động trong điều kiện nào. Liệu nó có phải chịu áp lực chân không cao, hóa chất ăn mòn hay nhiệt độ không đồng đều ngoài trời không? Chọn một cấp độ SiC với độ bền thiết kế để ứng phó với những điều kiện khắc nghiệt đó. Hiệu suất và tuổi thọ sẽ bị ảnh hưởng bởi khả năng tương thích với môi trường.

• Hình học: Bạn có cần một kích thước tiêu chuẩn không? tấm silicon carbide hay một bộ phận có hình dạng cụ thể với các rãnh, lỗ hoặc đường cắt cụ thể? Hình dạng phải phù hợp với thiết kế hệ thống của bạn.

• Độ tinh khiết: Tìm hiểu những yêu cầu về độ tinh khiết trong ứng dụng của bạn. Một số lĩnh vực đòi hỏi độ tinh khiết cao để tránh nhiễm bẩn bao gồm chất bán dẫn và lĩnh vực y tế.

• Tải nhiệt: Tìm hiểu khoảng nhiệt độ cần thiết cho ứng dụng của bạn. Tấm kim loại có chịu được nhiệt độ cao và liên tục không? Hãy đảm bảo nó có thể chịu được ứng suất nhiệt dự kiến mà không bị xuống cấp/biến dạng.

• Tích hợp cơ học: Làm quen với cách lắp đặt tấm. Tấm sẽ được lắp ráp bằng bu lông, kẹp, hàn hay mô-đun? Cần có một số hỗ trợ cơ học để đảm bảo tính toàn vẹn về nhiệt và cấu trúc của tấm thông qua chính cơ cấu lắp đặt.

Bảo trì và Độ bền

Về tương lai, độ bền lâu dài cũng quan trọng không kém hiệu suất. Tấm silicon carbide có tuổi thọ vượt trội, điều này không phải ngẫu nhiên. Việc xử lý, bảo trì và quản lý môi trường là những yếu tố rất quan trọng để tối đa hóa tuổi thọ của chúng. Sau đây là một số biện pháp chính để đảm bảo tấm silicon carbide của bạn có thể hoạt động tốt:

• Vệ sinh thường xuyên: Rửa sạch cặn bẩn, chất tích tụ hoặc cặn hóa chất để đảm bảo hiệu suất và tránh bị mài mòn sớm.

• Kiểm tra trực quan: Cần kiểm tra tình trạng đổi màu, mài mòn bề mặt hoặc vết nứt. Các vết nứt nhỏ có thể lan rộng và cần được xử lý ngay từ giai đoạn đầu.

• Kiểm soát môi trường: Trong môi trường ăn mòn hoặc môi trường áp suất cao, hãy đặc biệt chú ý đến môi trường xung quanh để tránh hư hỏng hoặc hỏng hóc bất ngờ.

Khi được xử lý đúng cách, tấm silicon carbide có tuổi thọ cao gấp ba lần so với tấm kim loại hoặc tấm gốm chất lượng thấp khác. Chúng có khả năng chịu nhiệt và hóa chất tuyệt vời, do đó vẫn ổn định và đáng tin cậy ngay cả sau hàng nghìn chu kỳ vận hành. Điều này sẽ giúp giảm thiểu chi phí thay thế, thời gian ngừng hoạt động và tiết kiệm chi phí dài hạn.

Nghiên cứu điển hình

Một trong những nhà sản xuất chất bán dẫn châu Âu đã báo cáo những lỗi cơ bản trong cấu trúc nhôm nitrua của họ:

• Người ta nhận thấy rằng hiện tượng gãy tấm do ứng suất nhiệt được báo cáo sau mỗi 120 -150 chu kỳ.

• Các sự cố ô nhiễm gây thiệt hại 2,8 triệu tấm wafer bị hỏng mỗi năm.

• Năng lực sản xuất bị ảnh hưởng bởi 15% do ngừng hoạt động đột xuất.

Giải pháp

Việc thay thế các tấm này bằng các tấm silicon carbide đã mang lại cho công ty những kết quả sau:

• 35% tăng năng suất sản xuất wafer nhờ quá trình xử lý không nhiễm bẩn.

• Thời gian hoạt động của thiết bị được tăng gấp đôi và vòng đời lên tới hơn 800 chu kỳ.

• Chi phí bảo trì giảm 60% (từ 420K xuống còn 168K/năm).

Những gì bạn sẽ đạt được:

• Kiểm soát nhiệt độ ổn định: Độ ổn định nhiệt 0,5 °C, trước đây dao động 2,3 °C.

• Tính toàn vẹn của phòng sạch: Các hạt bụi đã được loại bỏ xuống dưới mức ISO loại 3.

• Thời gian hoàn vốn là 8 tháng và tiết kiệm được 3,1 triệu Euro mỗi năm.

Phần kết luận

Tấm silicon carbide không chỉ là một vật liệu: chúng còn là một lợi thế. Chúng đang ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp hiện đại, nơi các kỹ sư và người phụ trách mua sắm cần độ tin cậy, độ tinh khiết và độ ổn định nhiệt trong điều kiện khắc nghiệt. Những tấm silicon carbide này có giá trị đáng kể trong sản xuất áo giáp quốc phòng và chất bán dẫn, cùng nhiều lĩnh vực khác.

Cùng với sự gia tăng các tiêu chuẩn hiệu suất, nhu cầu về vật liệu đáp ứng các tiêu chuẩn đó cũng ngày càng tăng. Tấm silicon carbide có khả năng chịu nhiệt trong các ứng dụng nhiệt độ cao, nâng cấp phòng sạch và thiết kế hệ thống bảo vệ thế hệ mới. Chúng không chỉ bền bỉ mà còn được thiết kế để hỗ trợ tương lai.