Από τη γέννηση του καρβιδίου του πυριτίου, η υψηλή ακαμψία και η σταθερότητα σε υψηλές θερμοκρασίες έχουν τις ρίζες τους στο "NDA" του. χρησιμοποιείται ως λειαντικό και πυρίμαχο υλικό σε μεγάλες ποσότητες σε διάφορες βιομηχανίες. Με την ανακάλυψη της τεχνολογίας σύνθεσης SiC, έχει χρησιμοποιηθεί στον τομέα των ημιαγωγών LED υψηλής φωτεινότητας από τα τέλη του 20ου αιώνα. Την τελευταία δεκαετία, λόγω της ισχυρής ανάπτυξης των αναδυόμενων βιομηχανιών, όπως τα νέα ενεργειακά οχήματα, η αποθήκευση φωτοβολταϊκών ενέργειας και οι επικοινωνίες 5G, το καρβίδιο του πυριτίου γνώρισε άνοδο της ζήτησης.
Το παρακάτω άρθρο θα πει τα χαρακτηριστικά, την ποιότητα, τη σύνθεση και τις χρήσεις του καρβιδίου του πυριτίου για να σας βοηθήσει να το κατανοήσετε βαθύτερα.
Χαρακτηριστικά Υλικού
● Αντοχή σε υψηλή θερμοκρασία: Ακόμη και σε θερμοκρασία 1600-1650℃, οι μηχανικές ιδιότητες και το σχήμα των κεραμικών εξαρτημάτων SiC μπορούν να παραμείνουν καλά.
● Υψηλή θερμική αγωγιμότητα: Μπορεί να φτάσει τα 120~200 W/km, δεύτερο μόνο μετά το νιτρίδιο του αργιλίου (AlN) και το οξείδιο του βηρυλλίου (BeO)
● Χαμηλός συντελεστής θερμικής διαστολής (CTE): Το SiC (4,0~4,5-6/K) είναι ένα από τα βιομηχανικά κεραμικά με θερμική διαστολή πλησιέστερη σε αυτή των τσιπ Si (2,5 ~ 4,2 x 10-6/K).
● Σκληρότητα / αντίσταση στην τριβή: Η σκληρότητά του σε Mohs είναι 9,5, λίγο χαμηλότερη από αυτή του διαμαντιού (10).
● Αντοχή στη διάβρωση: Είναι ένα από τα πιο χημικά αδρανή προϊόντα μεταξύ όλων των προηγμένων κεραμικών. Σε διάφορα σκληρά περιβάλλοντα, μπορεί να αντισταθεί στη γήρανση.
● Άλλα: Ελαφρύ (3,1~3,2 g/cm 3 ), υψηλό μέτρο ελαστικότητας (400~450GPa), εξαιρετικό θερμικό σοκ, που δεν διαβρέχεται ή διαβρώνεται από τα περισσότερα λιωμένα μέταλλα, ιδιότητες ημιαγωγών, καλή ηλεκτρική μόνωση και μη τοξικό.
Βαθμοί & Σύνθεση
Το καρβίδιο του πυριτίου είναι ένα θεμελιώδες υλικό για τα κεραμικά δομικά εξαρτήματα. Ο βαθμός του χωρίζεται κυρίως ανάλογα με τη διαδικασία πυροσυσσωμάτωσης και τον βαθμό πύκνωσης ως εξής:
1. Τύπος πυροσυσσωματωμένου χωρίς πίεση (SSiC)
● Μέθοδος σύνθεσης:
Η πύκνωση επιτυγχάνεται μέσω πυροσυσσωμάτωσης στερεάς φάσης σε υψηλή θερμοκρασία και ατμοσφαιρική πίεση με την προσθήκη βοηθημάτων πυροσυσσωμάτωσης όπως το βόριο και ο άνθρακας. Αυτή είναι η πιο κοινή και οικονομική διαδικασία.
● Απόδοση:
Υψηλή πυκνότητα (≥98% θεωρητική πυκνότητα), εξαιρετική αντοχή, σκληρότητα, αντοχή στη φθορά και αντοχή στη διάβρωση.
● Εφαρμογές:
Δακτύλιοι στεγανοποίησης, ρουλεμάν, ακροφύσια, ανθεκτικές στη φθορά επενδύσεις, έπιπλα κλιβάνου (σαγκέρ, ρολά) κ.λπ.
2. Τύπος δεσμού αντίδρασης (RBSiC)
● Μέθοδος σύνθεσης:
Αφού η σκόνη α-SiC και η σκόνη άνθρακα αναμειχθούν και καλουπωθούν, αντιδρούν με τηγμένο πυρίτιο ή ατμό πυριτίου σε υψηλή θερμοκρασία για να δημιουργήσουν β-SiC, το οποίο γεμίζει τους πόρους και επιτυγχάνει συμπύκνωση.
● Απόδοση:
Υψηλή πυκνότητα, ιδανική παραμόρφωση πυροσυσσωμάτωσης, υψηλή ακρίβεια διαστάσεων, σύντομος κύκλος προετοιμασίας και χαμηλό κόστος. Αλλά το υλικό περιέχει συνήθως μια μικρή ποσότητα ελεύθερου πυριτίου, η οποία περιορίζει τη μέγιστη θερμοκρασία λειτουργίας του (περίπου 1350°C) επειδή το πυρίτιο θα λιώσει.
● Εφαρμογές:
Εξαρτήματα με απαιτήσεις ακρίβειας υψηλών διαστάσεων, όπως μηχανικές στεγανοποιήσεις ακριβείας, βραχίονες θέρμανσης στη βιομηχανία φωτοβολταϊκών, κύλινδροι κ.λπ.
3. Ανακρυσταλλωμένος τύπος (R-SiC)
● Μέθοδος σύνθεσης:
Μια διαδικασία πυροσυσσωμάτωσης χωρίς πίεση που χρησιμοποιεί μεταφορά μάζας εξάτμισης-συμπύκνωσης SiC σε υψηλές θερμοκρασίες για την επίτευξη ανάπτυξης και συγκόλλησης κόκκων, χωρίς την προσθήκη βοηθημάτων πυροσυσσωμάτωσης.
● Απόδοση:
Εξαιρετικά καθαρό και απαλλαγμένο από γυαλί, προσφέρει εξαιρετική αντοχή σε υψηλές θερμοκρασίες (με δυνατότητα μακροχρόνιας χρήσης άνω των 1600°C) και εξαιρετική αντοχή στην οξείδωση και στο θερμικό σοκ. Ωστόσο, έχει υψηλό πορώδες (περίπου 15%-20%) και σχετικά χαμηλή μηχανική αντοχή.
● Εφαρμογές:
Έπιπλα κλιβάνου υψηλής τεχνολογίας (όπως στηρίγματα και δοκοί), ακροφύσια καυστήρα, σωλήνες εναλλάκτη θερμότητας και άλλες εφαρμογές που περιλαμβάνουν περιβάλλοντα υψηλής θερμοκρασίας, πλούσια σε οξυγόνο.
4. Τύπος θερμής ισοστατικής πίεσης (HIPSiC)
● Μέθοδος σύνθεσης:
Η πυροσυσσωμάτωση πραγματοποιείται σε υψηλές θερμοκρασίες χρησιμοποιώντας εξαιρετικά υψηλή πίεση (θερμή συμπίεση) ή ισότροπο αέριο υψηλής πίεσης (θερμή ισοστατική συμπίεση). Συνήθως προστίθενται βοηθήματα πυροσυσσωμάτωσης.
● Απόδοση:
Η επίτευξη σχεδόν 100% θεωρητικής πυκνότητας, με λεπτούς και ομοιόμορφους κόκκους, έχει ως αποτέλεσμα τις υψηλότερες μηχανικές ιδιότητες (αντοχή και σκληρότητα) όλων των ποιοτήτων.
● Εφαρμογές:
Χρησιμοποιείται σε εφαρμογές με εξαιρετικά απαιτητικές απαιτήσεις απόδοσης, όπως θωράκιση, κρίσιμα εξαρτήματα αεροδιαστημικής και εργαλεία κοπής υψηλής τεχνολογίας. Λόγω του υψηλού κόστους του, το εύρος εφαρμογής του είναι περιορισμένο.
Χρήσεις κεραμικού καρβιδίου πυριτίου
Επειδή οι διαφορετικές ποιότητες καρβιδίου του πυριτίου προσφέρουν διαφορετικούς συνδυασμούς ιδιοτήτων, μπορούν να προσαρμοστούν με ακρίβεια σε συγκεκριμένες βιομηχανίες και να μετατραπούν σε επιχειρηματικές λύσεις. Ο παρακάτω πίνακας παραθέτει τις αντίστοιχες εφαρμογές με βάση την απόδοση, οι οποίες ελπίζουμε να είναι χρήσιμες.
Βασικές Ιδιότητες | Βιομηχανίες-στόχοι | Πραγματικά ανταλλακτικά σε χρήσεις |
Εξαιρετική αντοχή στη φθορά | Εξόρυξη, ενέργεια, χημικά | ● Ακροφύσιο: Αμμοβολή, κοπή με πίδακα νερού
|
Κατασκευή αυτοκινήτων και μηχανημάτων | ● Τσιμούχες: Τσιμούχες άξονα για δύσκολα περιβάλλοντα. ● Φοράτε πιάτα | |
Εξαιρετική μηχανική αντοχή και ακαμψία | Αντλίες, βαλβίδες και μηχανήματα υγρών | ● Μηχανικές στεγανοποιήσεις: Χρησιμοποιούνται σε χημικές αντλίες και αντλίες πολλαπλών σταδίων. ● Μπάλες και κυλίνδρους ρουλεμάν: Χρησιμοποιούνται σε άξονες υψηλής ταχύτητας και εργαλειομηχανές ακριβείας. ● Μανίκια αντλίας & κολάρα ώθησης: Βασικά στοιχεία των αντλιών μαγνητικής κίνησης. |
Άμυνα και αεροδιαστημική | Ελαφρύ υλικό θωράκισης: χρησιμοποιεί την υψηλή σκληρότητα και την υψηλή αντοχή του για να αντισταθεί στην κρούση | |
Εξαιρετική αντοχή σε υψηλές θερμοκρασίες και δυνατότητες θερμικής διαχείρισης | Μεταλλουργία, γυαλί, κεραμική | ● Εξαρτήματα κλιβάνου: Έπιπλα κλιβάνου (στηρίγματα, εγκάρσιες δοκοί, πλάκες ώθησης), φούρνος. ● Ακροφύσια καυστήρα: Εξαρτήματα καυστήρα υψηλής απόδοσης και εξοικονόμησης ενέργειας. |
κατασκευή ημιαγωγών | ● Συστατικά επεξεργασίας γκοφρέτας: δίσκοι λείανσης, εξαρτήματα, κουπιά ανόπτησης και επιταξικοί δίσκοι. Εξασφαλίζουν την επιπεδότητα και τη χαμηλή μόλυνση των πλακών πυριτίου κατά τη διάρκεια διεργασιών σε υψηλή θερμοκρασία. | |
Εξαιρετική χημική αδράνεια | Χημική βιομηχανία, Πετρέλαιο και φυσικό αέριο | ● Δακτύλιοι στεγανοποίησης & μηχανικές στεγανοποιήσεις: Χρησιμοποιούνται σε αντλίες που χειρίζονται ισχυρά οξέα (θειικό οξύ, υδροχλωρικό οξύ) και ισχυρά αλκάλια. ● Μπάλες βαλβίδας & έδρες βαλβίδων: Ελέγξτε τη ροή των διαβρωτικών μέσων. ● Εναλλάκτες θερμότητας: Χρησιμοποιούνται για μεταφορά θερμότητας σε εξαιρετικά διαβρωτικά περιβάλλοντα. |
Υψηλή θερμική αγωγιμότητα και ηλεκτρικές ιδιότητες | Ηλεκτρονικά Ισχύος και Ημιαγωγοί | ● Υποστρώματα ηλεκτρονικών συσκευών: Ψύκτες θερμότητας για LED υψηλής ισχύος και μονάδες IGBT. ● Εξοπλισμός κατασκευής γκοφρέτας: Ηλεκτροστατικοί τσοκ και θερμαντήρες. |
Βιομηχανική Ανίχνευση και Έλεγχος | ● Συγκροτήματα θερμαντήρα & αισθητήρων: Εξοπλισμός θερμικής επεξεργασίας υψηλής θερμοκρασίας. |
συμπεράσματα
Εν ολίγοις, το καρβίδιο του πυριτίου είναι ένα ευέλικτο προηγμένο κεραμικό υλικό, ειδικά όσον αφορά την αντοχή στη φθορά, τη θερμική απόδοση και τη χημική αδράνεια, που ξεπερνά κατά πολύ άλλα κατασκευασμένα κεραμικά. Έχει μια ποικιλία μεθόδων σύνθεσης, με αποτέλεσμα διαφορετικές ποιότητες προϊόντων με μοναδικές ιδιότητες. Τα εξαρτήματα καρβιδίου του πυριτίου επιτρέπουν πολλά δύσκολα σενάρια εφαρμογής, επιτρέποντάς τους να ξεπεράσουν τα υψηλότερα όρια και να παρέχουν καλύτερες λύσεις συνολικού κόστους.
Η JingHui Industry είναι επαγγελματίας προμηθευτής εξαρτημάτων νιτριδίου του πυριτίου υψηλής ποιότητας κατασκευασμένων από υλικά διαφόρων ποιοτήτων. Στείλτε μας μια ερώτηση εάν ενδιαφέρεστε.