Sedan kiselkarbidens födelse har dess höga styvhet och högtemperaturstabilitet bottnat i dess "NDA"; det används som ett slipande och eldfast material i stora mängder inom olika industrier. Med SiC-syntesteknologins genombrott har den använts inom området för LED-halvledare med hög ljusstyrka sedan slutet av 1900-talet. Under det senaste decenniet, drivet av den starka tillväxten av framväxande industrier som nya energifordon, solcellsenergilagring och 5G-kommunikation, har kiselkarbid upplevt en ökning i efterfrågan.
Följande artikel kommer att berätta egenskaperna, kvaliteten, syntesen och användningarna av kiselkarbid för att hjälpa dig att få en djupare förståelse av det.
Materialegenskaper
● Högtemperaturbeständighet: Även vid en temperatur på 1600-1650 ℃ kan de mekaniska egenskaperna och formen hos SiC-keramiska delar förbli väl.
● Hög värmeledningsförmåga: Den kan nå 120~200 W/km, näst efter aluminiumnitrid (AlN) och berylliumoxid (BeO)
● Låg termisk expansionskoefficient (CTE): SiC (4,0~4,5-6/K) är en av de industriella keramerna med termisk expansivitet närmast den för Si-chips (2,5 ~4,2 x 10-6/K).
● Hårdhet/nötningsbeständighet: Dess Mohs-hårdhet är 9,5, bara något lägre än för diamant (10).
● Korrosionsbeständighet: Det är en av de mest kemiskt inerta produkterna bland all avancerad keramik. I olika tuffa miljöer kan den motstå åldrande.
● Övrigt: Lätt (3,1~3,2g/cm 3 ), hög elasticitetsmodul (400~450GPa), utmärkt termisk chock, inte fuktad eller eroderad av de flesta smälta metaller, halvledaregenskaper, bra elektrisk isolering och giftfri.
Betyg & syntes
Kiselkarbid är ett grundläggande material för keramiska strukturkomponenter. Dess kvalitet är huvudsakligen uppdelad enligt sintringsprocessen och graden av förtätning enligt följande:
1. Trycklös sintrad typ (SSiC)
● Syntesmetod:
Förtätning uppnås genom sintring i fast fas vid hög temperatur och atmosfärstryck genom tillsats av sintringshjälpmedel som bor och kol. Detta är den vanligaste och mest ekonomiska processen.
● Prestanda:
Hög densitet (≥98% teoretisk densitet), utmärkt hållfasthet, hårdhet, slitstyrka och korrosionsbeständighet.
● Applikationer:
Tätningsringar, lager, munstycken, slitstarka foder, ugnsmöbler (saggers, rullar) etc.
2. Reaktionsbunden typ (RBSiC)
● Syntesmetod:
Efter att α-SiC-pulver och kolpulver har blandats och formas reagerar de med smält kisel eller kiselånga vid hög temperatur för att generera β-SiC, som fyller porerna och uppnår förtätning.
● Prestanda:
Hög densitet, idealisk sintringsdeformation, hög dimensionsnoggrannhet, kort förberedelsecykel och låg kostnad. Men materialet innehåller vanligtvis en liten mängd fritt kisel, vilket begränsar dess maximala driftstemperatur (cirka 1350°C) eftersom kisel kommer att smälta.
● Applikationer:
Komponenter med högdimensionella noggrannhetskrav, såsom mekaniska precisionstätningar, värmefästen inom solcellsindustrin, rullar m.m.
3. Omkristalliserad typ (R-SiC)
● Syntesmetod:
En trycklös sintringsprocess som använder SiC-avdunstning-kondensationsmassöverföring vid höga temperaturer för att uppnå korntillväxt och bindning, utan tillsats av några sintringshjälpmedel.
● Prestanda:
Extremt ren och fri från glas, den erbjuder utmärkt motståndskraft mot höga temperaturer (kan användas under lång tid över 1600°C) och utmärkt motståndskraft mot oxidation och termisk stöt. Den har dock en hög porositet (ungefär 15%-20%) och relativt låg mekanisk hållfasthet.
● Applikationer:
High-end ugnsmöbler (som stöd och balkar), brännarmunstycken, värmeväxlarrör och andra applikationer som involverar högtemperatur, syrerika miljöer.
4. Varmisostatisk pressningstyp (HIPSiC)
● Syntesmetod:
Sintring utförs vid höga temperaturer med extremt högt tryck (varmpressning) eller isotrop högtrycksgas (varm isostatisk pressning). Sintringshjälpmedel tillsätts vanligtvis.
● Prestanda:
Att uppnå nästan 100 % teoretisk densitet, med fina och enhetliga korn, resulterar i de högsta mekaniska egenskaperna (hållfasthet och seghet) av alla kvaliteter.
● Applikationer:
Används i applikationer med extremt krävande prestandakrav, såsom pansarplätering, kritiska rymdkomponenter och avancerade skärverktyg. På grund av dess höga kostnad är dess användningsområde begränsat.
Kiselkarbidkeramiska användningsområden
Eftersom olika kvaliteter av kiselkarbid erbjuder olika kombinationer av egenskaper, kan de skräddarsys exakt för specifika branscher och omvandlas till dina affärslösningar. Följande tabell listar motsvarande applikationer baserat på prestanda, som vi hoppas kommer att vara till hjälp.
Kärnegenskaper | Måla branscher | Verkliga delar i användningsområden |
Utmärkt slitstyrka | Gruvdrift, energi, kemikalier | ● Munstycke: Sandblästring, vattenstråleskärning
|
Tillverkning av bilar och maskiner | ● Tätningar: Axeltätningar för svåra miljöer. ● Slitplåtar | |
Utmärkt mekanisk styrka och styvhet | Pumpar, ventiler och vätskemaskineri | ● Mekaniska tätningar: Används i kemikaliepumpar och flerstegspumpar. ● Lagerkulor och rullar: Används i höghastighetsspindlar och precisionsmaskiner. ● Pumphylsor och tryckkragar: Kärnkomponenter i magnetiska drivpumpar. |
Försvar och flyg | Lättviktigt pansarmaterial: använder sin höga hårdhet och höga hållfasthet för att motstå stötar | |
Utmärkt motstånd mot höga temperaturer och termisk hantering | Metallurgi, glas, keramik | ● Ugnstillbehör: Ugnsmöbler (stöd, tvärbalkar, tryckplattor), ugn. ● Brännarmunstycken: Mycket effektiva och energibesparande brännarkomponenter. |
halvledartillverkning | ● Komponenter för bearbetning av skivor: slipskivor, fixturer, glödgningsspadar och epitaxiella brickor. De säkerställer planheten och låg kontaminering av kiselskivor under högtemperaturprocesser. | |
Utmärkt kemisk tröghet | Kemisk industri, olja och gas | ● Tätningsringar och mekaniska tätningar: Används i pumpar som hanterar starka syror (svavelsyra, saltsyra) och starka alkalier. ● Ventilkulor och ventilsäten: Kontrollera flödet av frätande media. ● Värmeväxlare: Används för värmeöverföring i mycket korrosiva miljöer. |
Hög värmeledningsförmåga och elektriska egenskaper | Kraftelektronik och halvledare | ● Substrat för elektroniska enheter: Kylflänsar för högeffekts-LED och IGBT-moduler. ● Utrustning för tillverkning av wafer: Elektrostatiska chuckar och värmare. |
Industriell avkänning och kontroll | ● Värmare och sensorenheter: Utrustning för högtemperaturvärmebehandling. |
Slutsatser
Kort sagt är kiselkarbid ett mångsidigt avancerat keramiskt material, särskilt när det gäller slitstyrka, termisk prestanda och kemisk tröghet, som vida överträffar annan teknisk keramik. Den har en mängd olika syntesmetoder, vilket resulterar i olika kvaliteter av produkter med unika egenskaper. Kiselkarbiddelar möjliggör många utmanande applikationsscenarier, vilket gör att de kan bryta igenom högre gränser och ge bättre totalkostnadslösningar.
JingHui Industry är en professionell leverantör av högkvalitativa kiselnitridkomponenter gjorda av material av olika kvalitet. Skicka oss en förfrågan om du är intresserad.