Od narodzin węglika krzemu jego wysoka sztywność i stabilność w wysokich temperaturach są zakorzenione w jego „NDA”; jest stosowany jako materiał ścierny i ogniotrwały w dużych ilościach w różnych gałęziach przemysłu. Wraz z przełomem w technologii syntezy SiC, od końca XX wieku zaczęto go stosować w dziedzinie półprzewodników LED o wysokiej jasności. W ciągu ostatniej dekady, napędzany silnym rozwojem wschodzących gałęzi przemysłu, takich jak nowe pojazdy energetyczne, magazynowanie energii fotowoltaicznej i komunikacja 5G, węglik krzemu odnotował gwałtowny wzrost popytu.
Poniższy artykuł opisuje charakterystykę, klasę, syntezę i zastosowanie węglika krzemu, co pomoże Ci lepiej go zrozumieć.
Charakterystyka materiału
● Odporność na wysoką temperaturę: Nawet w temperaturze 1600-1650℃ właściwości mechaniczne i kształt części ceramicznych SiC mogą pozostać dobre.
● Wysoka przewodność cieplna: może osiągnąć 120 ~ 200 W/km, ustępując jedynie azotkowi glinu (AlN) i tlenkowi berylu (BeO)
● Niski współczynnik rozszerzalności cieplnej (CTE): SiC (4,0 ~ 4,5-6/K) to jedna z ceramiki przemysłowej o rozszerzalności cieplnej najbliższej chipom Si (2,5 ~ 4,2 x 10-6/K).
● Twardość/odporność na ścieranie: Twardość w skali Mohsa wynosi 9,5, czyli jest nieco niższa niż diamentu (10).
● Odporność na korozję: Jest to jeden z najbardziej obojętnych chemicznie produktów spośród wszystkich zaawansowanych wyrobów ceramicznych. W różnych trudnych warunkach może wytrzymać starzenie.
● Inne: Lekki (3,1 ~ 3,2 g/cm 3 ), wysoki moduł sprężystości (400 ~ 450 GPa), doskonały szok termiczny, brak zwilżania i erozji przez większość stopionych metali, właściwości półprzewodnikowe, dobra izolacja elektryczna i nietoksyczny.
Oceny i synteza
Węglik krzemu jest podstawowym materiałem ceramicznych elementów konstrukcyjnych. Jego gatunek dzieli się głównie ze względu na proces spiekania i stopień zagęszczenia w następujący sposób:
1. Bezciśnieniowy typ spiekany (SSiC)
● Metoda syntezy:
Zagęszczenie osiąga się poprzez spiekanie w fazie stałej w wysokiej temperaturze i pod ciśnieniem atmosferycznym poprzez dodanie środków wspomagających spiekanie, takich jak bor i węgiel. Jest to najbardziej powszechny i ekonomiczny proces.
● Wydajność:
Wysoka gęstość (≥98% gęstości teoretycznej), doskonała wytrzymałość, twardość, odporność na zużycie i odporność na korozję.
● Aplikacje:
Pierścienie uszczelniające, łożyska, dysze, wykładziny odporne na zużycie, elementy wyposażenia pieca (zwisy, rolki) itp.
2. Typ ze wiązaniem reakcyjnym (RBSiC)
● Metoda syntezy:
Po zmieszaniu i uformowaniu proszku α-SiC i proszku węglowego reagują one ze stopionym krzemem lub parami krzemu w wysokiej temperaturze, tworząc β-SiC, który wypełnia pory i osiąga zagęszczenie.
● Wydajność:
Wysoka gęstość, idealne odkształcenie spiekania, wysoka dokładność wymiarowa, krótki cykl przygotowawczy i niski koszt. Jednak materiał zazwyczaj zawiera niewielką ilość wolnego krzemu, co ogranicza jego maksymalną temperaturę roboczą (około 1350°C), ponieważ krzem się topi.
● Aplikacje:
Komponenty wymagające dużej dokładności wymiarowej, takie jak precyzyjne uszczelnienia mechaniczne, wsporniki grzejników w przemyśle fotowoltaicznym, rolki itp.
3. Typ rekrystalizowany (R-SiC)
● Metoda syntezy:
Bezciśnieniowy proces spiekania, w którym wykorzystuje się transfer masy przez odparowanie i kondensację SiC w wysokich temperaturach w celu uzyskania wzrostu ziaren i wiązania, bez dodatku jakichkolwiek środków spiekających.
● Wydajność:
Niezwykle czysty i niezawierający szkła, oferuje doskonałą odporność na wysokie temperatury (możliwość długotrwałego użytkowania powyżej 1600°C) oraz doskonałą odporność na utlenianie i szok termiczny. Ma jednak dużą porowatość (około 15% -20%) i stosunkowo niską wytrzymałość mechaniczną.
● Aplikacje:
Wysokiej klasy meble do pieców (takie jak podpory i belki), dysze palników, rury wymienników ciepła i inne zastosowania obejmujące środowiska o wysokiej temperaturze i bogate w tlen.
4. Typ prasowania izostatycznego na gorąco (HIPSiC)
● Metoda syntezy:
Spiekanie odbywa się w wysokich temperaturach przy użyciu bardzo wysokiego ciśnienia (prasowanie na gorąco) lub izotropowego gazu pod wysokim ciśnieniem (prasowanie izostatyczne na gorąco). Zazwyczaj dodaje się środki ułatwiające spiekanie.
● Wydajność:
Osiągnięcie prawie 100% gęstości teoretycznej, przy drobnych i jednolitych ziarnach, skutkuje najwyższymi właściwościami mechanicznymi (wytrzymałością i udarnością) ze wszystkich gatunków.
● Aplikacje:
Stosowane w zastosowaniach o niezwykle wysokich wymaganiach eksploatacyjnych, takich jak poszycie pancerne, krytyczne komponenty lotnicze i wysokiej klasy narzędzia skrawające. Ze względu na wysoką cenę zakres jego zastosowań jest ograniczony.
Zastosowania ceramiki z węglika krzemu
Ponieważ różne gatunki węglika krzemu oferują różne kombinacje właściwości, można je precyzyjnie dostosować do konkretnych branż i przekształcić w rozwiązania biznesowe. Poniższa tabela zawiera listę odpowiednich aplikacji pod względem wydajności. Mamy nadzieję, że będzie ona pomocna.
Podstawowe właściwości | Docelowe branże | Prawdziwe części w zastosowaniach |
Doskonała odporność na zużycie | Górnictwo, energetyka, chemia | ● Dysza: Piaskowanie, cięcie strumieniem wody
|
Produkcja samochodów i maszyn | ● Uszczelnienia: Uszczelnienia wału do trudnych warunków. ● Płytki ścieralne | |
Doskonała wytrzymałość mechaniczna i sztywność | Pompy, zawory i maszyny do płynów | ● Uszczelnienia mechaniczne: Stosowane w pompach chemicznych i pompach wielostopniowych. ● Kulki i rolki łożyskowe: stosowane w szybkoobrotowych wrzecionach i precyzyjnych obrabiarkach. ● Tuleje i pierścienie oporowe pomp: Podstawowe elementy pomp z napędem magnetycznym. |
Obronność i lotnictwo | Lekki materiał pancerza: wykorzystuje swoją wysoką twardość i wysoką wytrzymałość, aby wytrzymać uderzenia | |
Doskonała odporność na wysoką temperaturę i możliwości zarządzania temperaturą | Metalurgia, szkło, ceramika | ● Akcesoria do pieca: Meble do pieca (wsporniki, belki poprzeczne, płyty dociskowe), piec. ● Dysze palników: Wysoce wydajne i energooszczędne elementy palników. |
produkcja półprzewodników | ● Elementy do obróbki płytek: tarcze szlifierskie, osprzęt, łopatki do wyżarzania i tace epitaksjalne. Zapewniają płaskość i niskie zanieczyszczenie płytek krzemowych podczas procesów wysokotemperaturowych. | |
Doskonała obojętność chemiczna | Przemysł chemiczny, ropa i gaz | ● Pierścienie uszczelniające i uszczelnienia mechaniczne: Stosowane w pompach pracujących z mocnymi kwasami (kwas siarkowy, kwas solny) i mocnymi zasadami. ● Kulki zaworów i gniazda zaworów: kontrolują przepływ mediów korozyjnych. ● Wymienniki ciepła: Używane do przenoszenia ciepła w środowiskach silnie korozyjnych. |
Wysoka przewodność cieplna i właściwości elektryczne | Energoelektronika i półprzewodniki | ● Podłoża urządzeń elektronicznych: Radiatory dla diod LED dużej mocy i modułów IGBT. ● Sprzęt do produkcji płytek: Uchwyty elektrostatyczne i podgrzewacze. |
Przemysłowe wykrywanie i kontrola | ● Zespoły grzejników i czujników: Sprzęt do obróbki cieplnej w wysokiej temperaturze. |
Wnioski
Krótko mówiąc, węglik krzemu jest wszechstronnym, zaawansowanym materiałem ceramicznym, szczególnie pod względem odporności na zużycie, parametrów cieplnych i obojętności chemicznej, który znacznie przewyższa inne materiały ceramiczne. Posiada różnorodne metody syntezy, w wyniku czego powstają różne gatunki produktów o unikalnych właściwościach. Części z węglika krzemu umożliwiają realizację wielu trudnych scenariuszy zastosowań, umożliwiając im przełamanie wyższych limitów i zapewnienie lepszych rozwiązań w zakresie całkowitych kosztów.
JingHui Industry jest profesjonalnym dostawcą wysokiej jakości komponentów z azotku krzemu wykonanych z różnych materiałów. Jeśli jesteś zainteresowany, prześlij nam zapytanie.