Sinds de geboorte van siliciumcarbide zijn de hoge stijfheid en stabiliteit bij hoge temperaturen geworteld in de “NDA”; het wordt in grote hoeveelheden in verschillende industrieën gebruikt als schurend en vuurvast materiaal. Met de doorbraak van de SiC-synthesetechnologie wordt het sinds het einde van de 20e eeuw gebruikt op het gebied van LED-halfgeleiders met hoge helderheid. De afgelopen tien jaar heeft de vraag naar siliciumcarbide, aangedreven door de sterke groei van opkomende industrieën zoals nieuwe energievoertuigen, fotovoltaïsche energieopslag en 5G-communicatie, een sterke stijging van de vraag gekend.
In het volgende artikel worden de kenmerken, kwaliteit, synthese en toepassingen van siliciumcarbide beschreven, zodat u er een dieper inzicht in kunt krijgen.
Materiaalkenmerken
● Bestand tegen hoge temperaturen: Zelfs bij een temperatuur van 1600-1650℃ kunnen de mechanische eigenschappen en vorm van SiC-keramische onderdelen goed blijven.
● Hoge thermische geleidbaarheid: kan 120~200 W/km bereiken, na aluminiumnitride (AlN) en berylliumoxide (BeO)
● Lage thermische uitzettingscoëfficiënt (CTE): SiC (4,0~4,5-6/K) is een van de industriële keramieksoorten met een thermische uitzettingsgraad die het dichtst bij die van Si-chips ligt (2,5 ~4,2 x 10-6/K).
● Hardheid / slijtvastheid: De Mohs-hardheid is 9,5, net iets lager dan die van diamant (10).
● Corrosiebestendigheid: Het is een van de chemisch meest inerte producten van alle geavanceerde keramieksoorten. In verschillende ruwe omgevingen is het bestand tegen veroudering.
● Andere: lichtgewicht (3,1~3,2 g/cm 3 ), hoge elastische modulus (400~450 GPa), uitstekende thermische schok, niet bevochtigd of geërodeerd door de meeste gesmolten metalen, halfgeleidereigenschappen, goede elektrische isolatie en niet-giftig.
Cijfers en synthese
Siliciumcarbide is een fundamenteel materiaal voor keramische structurele componenten. De kwaliteit ervan wordt hoofdzakelijk als volgt verdeeld op basis van het sinterproces en de mate van verdichting:
1. Drukloos gesinterd type (SSiC)
● Synthesemethode:
Verdichting wordt bereikt door sinteren in de vaste fase bij hoge temperatuur en atmosferische druk door toevoeging van sinterhulpmiddelen zoals boor en koolstof. Dit is het meest gebruikelijke en economische proces.
● Prestaties:
Hoge dichtheid (≥98% theoretische dichtheid), uitstekende sterkte, hardheid, slijtvastheid en corrosieweerstand.
● Toepassingen:
Afdichtringen, lagers, sproeiers, slijtvaste liners, ovenmeubilair (zakkers, rollen), etc.
2. Reactiegebonden type (RBSiC)
● Synthesemethode:
Nadat α-SiC-poeder en koolstofpoeder zijn gemengd en gevormd, reageren ze bij hoge temperatuur met gesmolten silicium of siliciumdamp om β-SiC te genereren, dat de poriën vult en verdichting tot stand brengt.
● Prestaties:
Hoge dichtheid, ideale sintervervorming, hoge maatnauwkeurigheid, korte voorbereidingscyclus en lage kosten. Maar het materiaal bevat meestal een kleine hoeveelheid vrij silicium, waardoor de maximale bedrijfstemperatuur (ongeveer 1350°C) wordt beperkt omdat silicium zal smelten.
● Toepassingen:
Componenten met hoge maatnauwkeurigheidseisen, zoals mechanische precisieafdichtingen, verwarmingsbeugels in de fotovoltaïsche industrie, rollen, enz.
3. Opnieuw gekristalliseerd type (R-SiC)
● Synthesemethode:
Een drukloos sinterproces dat gebruik maakt van SiC-verdampings-condensatie-massaoverdracht bij hoge temperaturen om korrelgroei en binding te bereiken, zonder toevoeging van sinterhulpmiddelen.
● Prestaties:
Extreem zuiver en glasvrij, biedt uitstekende weerstand tegen hoge temperaturen (geschikt voor langdurig gebruik boven 1600°C) en uitstekende weerstand tegen oxidatie en thermische schokken. Het heeft echter een hoge porositeit (ongeveer 15%-20%) en een relatief lage mechanische sterkte.
● Toepassingen:
Hoogwaardig ovenmeubilair (zoals steunen en balken), brandermondstukken, warmtewisselaarbuizen en andere toepassingen in zuurstofrijke omgevingen met hoge temperaturen.
4. Heet isostatisch perstype (HIPSiC)
● Synthesemethode:
Het sinteren wordt uitgevoerd bij hoge temperaturen met behulp van extreem hoge druk (heetpersen) of isotroop hogedrukgas (heet isostatisch persen). Meestal worden sinterhulpmiddelen toegevoegd.
● Prestaties:
Het bereiken van een theoretische dichtheid van bijna 100%, met fijne en uniforme korrels, resulteert in de hoogste mechanische eigenschappen (sterkte en taaiheid) van alle kwaliteiten.
● Toepassingen:
Gebruikt in toepassingen met extreem veeleisende prestatie-eisen, zoals bepantsering, kritische lucht- en ruimtevaartcomponenten en hoogwaardige snijgereedschappen. Vanwege de hoge kosten is het toepassingsbereik beperkt.
Siliciumcarbide keramische toepassingen
Omdat verschillende soorten siliciumcarbide verschillende combinaties van eigenschappen bieden, kunnen ze nauwkeurig worden afgestemd op specifieke industrieën en worden omgezet in uw bedrijfsoplossingen. De volgende tabel bevat overeenkomstige applicaties op basis van prestaties, waarvan we hopen dat ze nuttig zullen zijn.
Kerneigenschappen | Doelsectoren | Echte onderdelen in gebruik |
Uitstekende slijtvastheid | Mijnbouw, energie, chemicaliën | ● Mondstuk: zandstralen, waterstraalsnijden
|
Auto- en machinebouw | ● Afdichtingen: asafdichtingen voor zware omstandigheden. ● Slijtplaten | |
Uitstekende mechanische sterkte en stijfheid | Pompen, kleppen en vloeistofmachines | ● Mechanische afdichtingen: gebruikt in chemicaliënpompen en meertrapspompen. ● Lagerkogels en -rollen: gebruikt in hogesnelheidsspindels en precisiewerktuigmachines. ● Pomphulzen en drukkragen: kerncomponenten van magnetische aandrijfpompen. |
Defensie en ruimtevaart | Lichtgewicht pantsermateriaal: gebruikt zijn hoge hardheid en hoge sterkte om impact te weerstaan | |
Uitstekende weerstand tegen hoge temperaturen en thermische beheermogelijkheden | Metallurgie, glas, keramiek | ● Ovenaccessoires: ovenmeubilair (steunen, dwarsbalken, duwplaten), oven. ● Brandersproeiers: Zeer efficiënte en energiebesparende brandercomponenten. |
halfgeleider productie | ● Componenten voor wafelverwerking: slijpschijven, armaturen, gloeipeddels en epitaxiale bakken. Ze zorgen voor de vlakheid en lage vervuiling van siliciumwafels tijdens processen bij hoge temperaturen. | |
Uitstekende chemische inertie | Chemische industrie, olie en gas | ● Afdichtingsringen en mechanische afdichtingen: Gebruikt in pompen die sterke zuren (zwavelzuur, zoutzuur) en sterke basen verpompen. ● Klepkogels en klepzittingen: Regel de stroom van corrosieve media. ● Warmtewisselaars: gebruikt voor warmteoverdracht in zeer corrosieve omgevingen. |
Hoge thermische geleidbaarheid en elektrische eigenschappen | Vermogenselektronica en halfgeleiders | ● Substraten voor elektronische apparaten: koellichamen voor krachtige LED's en IGBT-modules. ● Apparatuur voor de productie van wafels: elektrostatische klauwplaten en verwarmingselementen. |
Industriële detectie en controle | ● Verwarmings- en sensorconstructies: apparatuur voor warmtebehandeling bij hoge temperaturen. |
Conclusies
Kortom, siliciumcarbide is een veelzijdig geavanceerd keramisch materiaal, vooral in termen van slijtvastheid, thermische prestaties en chemische inertheid, dat andere technische keramiek ver overtreft. Het beschikt over een verscheidenheid aan synthesemethoden, wat resulteert in producten van verschillende kwaliteit met unieke eigenschappen. Onderdelen van siliciumcarbide maken tal van uitdagende toepassingsscenario's mogelijk, waardoor ze hogere limieten kunnen doorbreken en betere totaalkostenoplossingen kunnen bieden.
JingHui Industry is een professionele leverancier van hoogwaardige siliciumnitridecomponenten gemaakt van verschillende kwaliteitsmaterialen. Stuur ons een aanvraag als u geïnteresseerd bent.