Sejak lahirnya silikon karbida, kekakuan tinggi dan stabilitas suhu tinggi telah berakar pada “NDA”-nya; ini digunakan sebagai bahan abrasif dan tahan api dalam jumlah besar di berbagai industri. Dengan terobosan teknologi sintesis SiC, teknologi ini telah digunakan di bidang semikonduktor LED kecerahan tinggi sejak akhir abad ke-20. Selama dekade terakhir, didorong oleh pertumbuhan pesat industri-industri baru seperti kendaraan energi baru, penyimpanan energi fotovoltaik, dan komunikasi 5G, silikon karbida mengalami lonjakan permintaan.
Artikel berikut akan menjelaskan karakteristik, kadar, sintesis, dan kegunaan silikon karbida untuk membantu Anda memahaminya lebih dalam.
Karakteristik Bahan
● Ketahanan suhu tinggi: Bahkan pada suhu 1600-1650℃, sifat mekanik dan bentuk bagian keramik SiC dapat tetap baik.
● Konduktivitas termal yang tinggi: Dapat mencapai 120~200 W/km, nomor dua setelah aluminium nitrida (AlN) dan berilium oksida (BeO)
● Koefisien ekspansi termal rendah (CTE): SiC (4,0~4,5-6/K) adalah salah satu keramik industri dengan ekspansi termal paling dekat dengan chip Si (2,5 ~4,2 x 10-6/K).
● Kekerasan / ketahanan abrasi: Kekerasan Mohsnya adalah 9,5, hanya sedikit lebih rendah dibandingkan berlian (10).
● Ketahanan korosi: Ini adalah salah satu produk yang paling lembam secara kimia di antara semua keramik canggih. Di berbagai lingkungan yang keras, ia dapat melawan penuaan.
● Lainnya: Ringan (3,1~3,2g/cm 3 ), modulus elastisitas tinggi (400~450GPa), kejutan termal yang sangat baik, tidak dibasahi atau terkikis oleh sebagian besar logam cair, sifat semikonduktor, isolasi listrik yang baik, dan tidak beracun.
Nilai & Sintesis
Silikon karbida merupakan bahan dasar komponen struktur keramik. Nilainya terutama dibagi menurut proses sintering dan tingkat pemadatan sebagai berikut:
1. Tipe Sinter Tanpa Tekanan (SSiC)
● Metode sintesis:
Densifikasi dicapai melalui sintering fase padat pada suhu tinggi dan tekanan atmosfer dengan menambahkan bahan bantu sintering seperti boron dan karbon. Ini adalah proses yang paling umum dan ekonomis.
● Kinerja:
Kepadatan tinggi (kepadatan teoritis ≥98%), kekuatan, kekerasan, ketahanan aus, dan ketahanan korosi yang sangat baik.
● Aplikasi:
Cincin penyegel, bantalan, nozel, pelapis tahan aus, furnitur tungku pembakaran (saggers, roller), dll.
2. Tipe terikat reaksi (RBSiC)
● Metode sintesis:
Setelah bubuk α-SiC dan bubuk karbon dicampur dan dicetak, keduanya bereaksi dengan silikon cair atau uap silikon pada suhu tinggi untuk menghasilkan β-SiC, yang mengisi pori-pori dan mencapai pemadatan.
● Kinerja:
Kepadatan tinggi, deformasi sintering ideal, akurasi dimensi tinggi, siklus persiapan pendek, dan biaya rendah. Namun bahan tersebut biasanya mengandung sejumlah kecil silikon bebas, yang membatasi suhu operasi maksimumnya (sekitar 1350°C) karena silikon akan meleleh.
● Aplikasi:
Komponen dengan persyaratan akurasi dimensi tinggi, seperti segel mekanis presisi, braket pemanas di industri fotovoltaik, roller, dll.
3. Tipe yang dikristalisasi ulang (R-SiC)
● Metode sintesis:
Proses sintering tanpa tekanan yang menggunakan perpindahan massa evaporasi-kondensasi SiC pada suhu tinggi untuk mencapai pertumbuhan dan pengikatan butiran, tanpa penambahan bantuan sintering apa pun.
● Kinerja:
Sangat murni dan bebas kaca, ia menawarkan ketahanan suhu tinggi yang sangat baik (mampu digunakan jangka panjang di atas 1600°C) dan ketahanan oksidasi dan guncangan termal yang sangat baik. Namun, ia memiliki porositas yang tinggi (sekitar 15%-20%) dan kekuatan mekanik yang relatif rendah.
● Aplikasi:
Furnitur kiln kelas atas (seperti penyangga dan balok), nozel pembakar, tabung penukar panas, dan aplikasi lain yang melibatkan lingkungan bersuhu tinggi dan kaya oksigen.
4. Tipe pengepresan isostatik panas (HIPSiC)
● Metode sintesis:
Sintering dilakukan pada suhu tinggi menggunakan tekanan yang sangat tinggi (pengepresan panas) atau gas bertekanan tinggi isotropik (pengepresan isostatik panas). Alat bantu sintering biasanya ditambahkan.
● Kinerja:
Mencapai kepadatan teoretis hampir 100%, dengan butiran halus dan seragam, menghasilkan sifat mekanik (kekuatan dan ketangguhan) tertinggi di antara semua tingkatan.
● Aplikasi:
Digunakan dalam aplikasi dengan persyaratan kinerja yang sangat menuntut, seperti pelapisan baja, komponen luar angkasa yang penting, dan alat pemotong kelas atas. Karena biayanya yang tinggi, jangkauan penerapannya terbatas.
Penggunaan Keramik Silikon Karbida
Karena kadar silikon karbida yang berbeda menawarkan kombinasi sifat yang berbeda-beda, silikon karbida dapat disesuaikan secara tepat untuk industri tertentu dan diubah menjadi solusi bisnis Anda. Tabel berikut mencantumkan aplikasi terkait berdasarkan kinerja, yang kami harap dapat membantu.
Properti Inti | Industri sasaran | Bagian Nyata dalam Kegunaan |
Ketahanan aus yang sangat baik | Penambangan, energi, bahan kimia | ● Nozel: Peledakan pasir, pemotongan jet air
|
Manufaktur mobil dan mesin | ● Segel: Segel poros untuk lingkungan yang berat. ● Kenakan pelat | |
Kekuatan dan kekakuan mekanik yang sangat baik | Pompa, katup, dan mesin fluida | ● Segel mekanis: Digunakan pada pompa kimia dan pompa multi-tahap. ● Bantalan bola & rol: Digunakan pada spindel berkecepatan tinggi dan peralatan mesin presisi. ● Selongsong pompa & kerah dorong: Komponen inti pompa penggerak magnetis. |
Pertahanan dan luar angkasa | Bahan pelindung ringan: menggunakan kekerasan tinggi dan kekuatan tinggi untuk menahan benturan | |
Ketahanan suhu tinggi dan kemampuan manajemen termal yang luar biasa | Metalurgi, kaca, keramik | ● Aksesori kiln: Furnitur kiln (penyangga, palang melintang, pelat dorong), tungku. ● Nozel pembakar: Komponen pembakar yang sangat efisien dan hemat energi. |
manufaktur semikonduktor | ● Komponen pemrosesan wafer: cakram gerinda, perlengkapan, dayung anil, dan baki epitaksi. Mereka memastikan kerataan dan kontaminasi wafer silikon yang rendah selama proses suhu tinggi. | |
Kelambanan kimia yang sangat baik | Industri kimia, Minyak dan gas | ● Cincin segel & segel mekanis: Digunakan pada pompa yang menangani asam kuat (asam sulfat, asam klorida) dan alkali kuat. ● Bola katup & dudukan katup: Mengontrol aliran media korosif. ● Penukar panas: Digunakan untuk perpindahan panas di lingkungan yang sangat korosif. |
Konduktivitas termal dan sifat listrik yang tinggi | Elektronika Daya dan Semikonduktor | ● Substrat perangkat elektronik: Unit pendingin untuk LED berdaya tinggi dan modul IGBT. ● Peralatan pembuatan wafer: Chuck dan pemanas elektrostatis. |
Penginderaan dan Pengendalian Industri | ● Rakitan Pemanas & Sensor: Peralatan perlakuan panas suhu tinggi. |
Kesimpulan
Singkatnya, silikon karbida adalah bahan keramik canggih yang serbaguna, terutama dalam hal ketahanan aus, kinerja termal, dan kelembaman kimia, yang jauh melampaui keramik rekayasa lainnya. Ini memiliki berbagai metode sintesis, menghasilkan berbagai tingkatan produk dengan sifat unik. Suku cadang silikon karbida memungkinkan berbagai skenario aplikasi yang menantang, memungkinkannya menembus batasan yang lebih tinggi dan memberikan solusi total biaya yang lebih baik.
JingHui Industry adalah pemasok profesional komponen silikon nitrida berkualitas tinggi yang terbuat dari berbagai bahan kelas. Silakan kirimkan pertanyaan kepada kami jika Anda tertarik.