Silisyum karbürün doğuşundan bu yana, yüksek sertliği ve yüksek sıcaklık stabilitesi onun "NDA"sına dayanmaktadır; çeşitli endüstrilerde büyük miktarlarda aşındırıcı ve refrakter malzeme olarak kullanılır. SiC sentez teknolojisinin atılımı ile 20. yüzyılın sonlarından itibaren yüksek parlaklıktaki LED yarı iletkenler alanında kullanılmaktadır. Geçtiğimiz on yılda, yeni enerji araçları, fotovoltaik enerji depolama ve 5G iletişimi gibi gelişmekte olan endüstrilerdeki güçlü büyümenin etkisiyle silisyum karbüre olan talepte bir artış yaşandı.
Aşağıdaki makale, silisyum karbürün özelliklerini, derecesini, sentezini ve kullanımlarını daha derinlemesine anlamanıza yardımcı olacak şekilde anlatacaktır.
Malzeme Özellikleri
● Yüksek sıcaklık dayanımı: 1600-1650°C sıcaklıkta bile SiC seramik parçaların mekanik özellikleri ve şekli iyi kalabilir.
● Yüksek termal iletkenlik: 120~200 W/km'ye ulaşabilir, alüminyum nitrür (AlN) ve berilyum oksitten (BeO) sonra ikinci sıradadır.
● Düşük termal genleşme katsayısı (CTE): SiC (4.0~4.5-6/K), Si yongalarına (2.5 ~4.2 x 10-6/K) en yakın termal genleşme katsayısına sahip endüstriyel seramiklerden biridir.
● Sertlik / aşınma direnci: Mohs sertliği 9,5 olup elmasın sertliğinden (10) biraz daha düşüktür.
● Korozyon direnci: Tüm gelişmiş seramikler arasında kimyasal olarak en inert ürünlerden biridir. Çeşitli zorlu ortamlarda yaşlanmaya karşı koyabilir.
● Diğerleri: Hafif (3,1~3,2g/ cm3 ), yüksek elastik modül (400~450GPa), mükemmel termal şok, çoğu erimiş metal tarafından ıslanmaz veya aşınmaz, yarı iletken özellikler, iyi elektrik yalıtımı ve toksik değildir.
Notlar ve Sentez
Silisyum karbür, seramik yapı bileşenleri için temel bir malzemedir. Derecesi esas olarak sinterleme işlemine ve yoğunlaşma derecesine göre aşağıdaki şekilde bölünmüştür:
1. Basınçsız Sinterlenmiş tip (SSiC)
● Sentez yöntemi:
Yoğunlaştırma, bor ve karbon gibi sinterleme yardımcılarının eklenmesiyle yüksek sıcaklıkta ve atmosferik basınçta katı faz sinterlemesi yoluyla sağlanır. Bu en yaygın ve ekonomik süreçtir.
● Performans:
Yüksek yoğunluk (≥%98 teorik yoğunluk), mükemmel mukavemet, sertlik, aşınma direnci ve korozyon direnci.
● Uygulamalar:
Sızdırmazlık halkaları, yataklar, nozullar, aşınmaya dayanıklı astarlar, fırın mobilyaları (sarkıklar, silindirler) vb.
2. Reaksiyona bağlı tip (RBSiC)
● Sentez yöntemi:
α-SiC tozu ve karbon tozu karıştırılıp kalıplandıktan sonra, gözenekleri dolduran ve yoğunlaşmayı sağlayan β-SiC'yi üretmek için yüksek sıcaklıkta erimiş silikon veya silikon buharı ile reaksiyona girerler.
● Performans:
Yüksek yoğunluk, ideal sinterleme deformasyonu, yüksek boyutsal doğruluk, kısa hazırlık döngüsü ve düşük maliyet. Ancak malzeme genellikle az miktarda serbest silikon içerir ve bu da silikonun erimesi nedeniyle maksimum çalışma sıcaklığını (yaklaşık 1350°C) sınırlar.
● Uygulamalar:
Hassas mekanik salmastralar, fotovoltaik endüstrisindeki ısıtıcı braketler, silindirler vb. gibi yüksek boyutsal doğruluk gereksinimleri olan bileşenler.
3. Yeniden kristalize edilmiş tip (R-SiC)
● Sentez yöntemi:
Herhangi bir sinterleme yardımcı maddesi eklenmeden tane büyümesini ve bağlanmayı sağlamak için yüksek sıcaklıklarda SiC buharlaşma-yoğunlaşma kütle transferini kullanan basınçsız bir sinterleme işlemidir.
● Performans:
Son derece saf ve cam içermeyen bu ürün, mükemmel yüksek sıcaklık direnci (1600°C'nin üzerinde uzun süreli kullanım olanağı) ve mükemmel oksidasyon ve termal şok direnci sunar. Ancak yüksek gözenekliliğe (yaklaşık %15-20) ve nispeten düşük mekanik dayanıma sahiptir.
● Uygulamalar:
Yüksek kaliteli fırın mobilyaları (destekler ve kirişler gibi), brülör nozulları, ısı eşanjör boruları ve yüksek sıcaklık, oksijen açısından zengin ortamları içeren diğer uygulamalar.
4. Sıcak İzostatik presleme tipi (HIPSiC)
● Sentez yöntemi:
Sinterleme, son derece yüksek basınç (sıcak presleme) veya izotropik yüksek basınçlı gaz (sıcak izostatik presleme) kullanılarak yüksek sıcaklıklarda gerçekleştirilir. Sinterleme yardımcıları genellikle eklenir.
● Performans:
İnce ve tek tip taneciklerle neredeyse %100 teorik yoğunluğa ulaşmak, tüm kaliteler arasında en yüksek mekanik özelliklerin (mukavemet ve tokluk) elde edilmesini sağlar.
● Uygulamalar:
Zırh kaplama, kritik havacılık bileşenleri ve üst düzey kesici takımlar gibi son derece zorlu performans gereksinimlerine sahip uygulamalarda kullanılır. Maliyetinin yüksek olması nedeniyle uygulama alanı sınırlıdır.
Silisyum Karbür Seramik Kullanım Alanları
Farklı derecelerdeki silisyum karbür, farklı özellik kombinasyonları sunduğundan, belirli endüstrilere göre hassas bir şekilde uyarlanabilir ve iş çözümlerinize dönüştürülebilir. Aşağıdaki tablo, yardımcı olacağını umduğumuz performansa dayalı ilgili uygulamaları listelemektedir.
Temel Özellikler | Hedef endüstriler | Kullanımlarda Gerçek Parçalar |
Mükemmel aşınma direnci | Madencilik, enerji, kimya | ● Nozül: Kumlama, su jeti ile kesme
|
Otomobil ve makine imalatı | ● Contalar: Zorlu ortamlar için şaft contaları. ● Aşınma plakaları | |
Mükemmel mekanik mukavemet ve sertlik | Pompalar, valfler ve akışkan makineleri | ● Mekanik salmastralar: Kimyasal pompalarda ve çok kademeli pompalarda kullanılır. ● Rulman bilyaları ve makaraları: Yüksek hızlı iş millerinde ve hassas takım tezgahlarında kullanılır. ● Pompa manşonları ve baskı manşonları: Manyetik tahrikli pompaların temel bileşenleri. |
Savunma ve havacılık | Hafif zırh malzemesi: darbeye karşı koymak için yüksek sertliğini ve yüksek mukavemetini kullanır | |
Mükemmel yüksek sıcaklık dayanımı ve termal yönetim özellikleri | Metalurji, cam, seramik | ● Fırın aksesuarları: Fırın mobilyaları (destekler, kirişler, itme plakaları), fırın. ● Brülör memeleri: Yüksek verimli ve enerji tasarruflu brülör bileşenleri. |
yarı iletken imalat | ● Gofret işleme bileşenleri: taşlama diskleri, aparatlar, tavlama kürekleri ve epitaksiyel tepsiler. Yüksek sıcaklıktaki işlemler sırasında silikon levhaların düzlüğünü ve düşük kirlenmesini sağlarlar. | |
Mükemmel kimyasal inertlik | Kimya endüstrisi, Petrol ve gaz | ● Sızdırmazlık halkaları ve mekanik salmastralar: Güçlü asitler (sülfürik asit, hidroklorik asit) ve güçlü alkalilerle çalışan pompalarda kullanılır. ● Valf topları ve valf yuvaları: Aşındırıcı ortamın akışını kontrol edin. ● Isı eşanjörleri: Yüksek korozif ortamlarda ısı transferi için kullanılır. |
Yüksek ısı iletkenliği ve elektriksel özellikler | Güç Elektroniği ve Yarı İletkenler | ● Elektronik cihaz alt katmanları: Yüksek güçlü LED'ler ve IGBT modülleri için ısı emiciler. ● Gofret üretim ekipmanı: Elektrostatik aynalar ve ısıtıcılar. |
Endüstriyel Algılama ve Kontrol | ● Isıtıcı ve Sensör Düzenekleri: Yüksek sıcaklıkta ısıl işlem ekipmanı. |
Sonuçlar
Kısacası silisyum karbür, özellikle aşınma direnci, termal performans ve kimyasal eylemsizlik açısından diğer mühendislik seramiklerini çok geride bırakan, çok yönlü, gelişmiş bir seramik malzemedir. Benzersiz özelliklere sahip farklı derecelerde ürünlerle sonuçlanan çeşitli sentez yöntemlerine sahiptir. Silisyum karbür parçalar çok sayıda zorlu uygulama senaryosunu mümkün kılarak daha yüksek sınırları aşmalarına ve daha iyi toplam maliyet çözümleri sunmalarına olanak tanır.
JingHui Industry, çeşitli dereceli malzemelerden yapılmış yüksek kaliteli silikon nitrür bileşenlerinin profesyonel bir tedarikçisidir. Eğer ilgileniyorsanız lütfen bize bir soruşturma gönderin.