Kể từ khi ra đời cacbua silic, độ cứng cao và độ ổn định ở nhiệt độ cao của nó đã bắt nguồn từ “NDA” của nó; nó được sử dụng làm vật liệu mài mòn và chịu lửa với số lượng lớn trong các ngành công nghiệp khác nhau. Với sự đột phá của công nghệ tổng hợp SiC, nó đã được sử dụng trong lĩnh vực bán dẫn LED độ sáng cao từ cuối thế kỷ 20. Trong thập kỷ qua, được thúc đẩy bởi sự tăng trưởng mạnh mẽ của các ngành công nghiệp mới nổi như phương tiện sử dụng năng lượng mới, bộ lưu trữ năng lượng quang điện và truyền thông 5G, silicon Carbide đã có nhu cầu tăng đột biến.
Bài viết sau đây sẽ cho biết đặc điểm, cấp độ, tổng hợp và công dụng của silicon Carbide để giúp bạn hiểu sâu hơn về nó.
Đặc tính vật liệu
● Khả năng chịu nhiệt độ cao: Ngay cả ở nhiệt độ 1600-1650oC, các tính chất cơ học và hình dạng của các bộ phận gốm SiC vẫn có thể được duy trì tốt.
● Độ dẫn nhiệt cao: Nó có thể đạt 120~200 W/km, chỉ đứng sau nhôm nitrit (AlN) và oxit berili (BeO)
● Hệ số giãn nở nhiệt (CTE) thấp: SiC (4,0~4,5-6/K) là một trong những loại gốm công nghiệp có độ giãn nở nhiệt gần nhất với chip Si (2,5 ~4,2 x 10-6/K).
● Độ cứng/khả năng chống mài mòn: Độ cứng Mohs của nó là 9,5, chỉ thấp hơn một chút so với kim cương (10).
● Chống ăn mòn: Đây là một trong những sản phẩm trơ về mặt hóa học nhất trong số tất cả các loại gốm sứ tiên tiến. Trong nhiều môi trường khắc nghiệt khác nhau, nó có thể chống lão hóa.
● Khác: Nhẹ (3,1~3,2g/cm 3 ), mô đun đàn hồi cao (400 ~ 450GPa), sốc nhiệt tốt, không bị ướt hoặc ăn mòn bởi hầu hết các kim loại nóng chảy, tính chất bán dẫn, cách điện tốt và không độc hại.
Lớp & Tổng hợp
Cacbua silic là vật liệu cơ bản cho các thành phần kết cấu gốm. Loại của nó chủ yếu được chia theo quá trình thiêu kết và mức độ đậm đặc như sau:
1. Loại thiêu kết không áp suất (SSiC)
● Phương pháp tổng hợp:
Quá trình cô đặc đạt được thông qua quá trình thiêu kết pha rắn ở nhiệt độ cao và áp suất khí quyển bằng cách thêm các chất hỗ trợ thiêu kết như boron và carbon. Đây là quá trình phổ biến và kinh tế nhất.
● Hiệu suất:
Mật độ cao (mật độ lý thuyết ≥98%), độ bền, độ cứng, khả năng chống mài mòn và chống ăn mòn tuyệt vời.
● Ứng dụng:
Vòng đệm, vòng bi, vòi phun, lớp lót chống mài mòn, đồ nội thất trong lò nung (con lăn, con lăn), v.v.
2. Loại liên kết phản ứng (RBSiC)
● Phương pháp tổng hợp:
Sau khi bột α-SiC và bột carbon được trộn và tạo hình, chúng phản ứng với silicon nóng chảy hoặc hơi silicon ở nhiệt độ cao để tạo ra β-SiC, lấp đầy các lỗ chân lông và đạt được mật độ dày đặc.
● Hiệu suất:
Mật độ cao, biến dạng thiêu kết lý tưởng, độ chính xác kích thước cao, chu trình chuẩn bị ngắn và chi phí thấp. Nhưng vật liệu này thường chứa một lượng nhỏ silicon tự do, điều này làm hạn chế nhiệt độ hoạt động tối đa của nó (khoảng 1350°C) vì silicon sẽ tan chảy.
● Ứng dụng:
Các thành phần có yêu cầu độ chính xác cao, chẳng hạn như phốt cơ khí chính xác, khung gia nhiệt trong ngành quang điện, con lăn, v.v.
3. Loại kết tinh lại (R-SiC)
● Phương pháp tổng hợp:
Một quy trình thiêu kết không áp suất sử dụng quá trình truyền khối ngưng tụ-bay hơi SiC ở nhiệt độ cao để đạt được sự phát triển và liên kết của hạt mà không cần bổ sung bất kỳ chất hỗ trợ thiêu kết nào.
● Hiệu suất:
Cực kỳ tinh khiết và không chứa thủy tinh, nó có khả năng chịu nhiệt độ cao tuyệt vời (có khả năng sử dụng lâu dài trên 1600°C) cũng như khả năng chống oxy hóa và sốc nhiệt tuyệt vời. Tuy nhiên, nó có độ xốp cao (khoảng 15% -20%) và độ bền cơ học tương đối thấp.
● Ứng dụng:
Đồ nội thất lò nung cao cấp (chẳng hạn như giá đỡ và dầm), vòi đốt, ống trao đổi nhiệt và các ứng dụng khác liên quan đến môi trường nhiệt độ cao, giàu oxy.
4. Loại ép đẳng nhiệt nóng (HIPSiC)
● Phương pháp tổng hợp:
Quá trình thiêu kết được thực hiện ở nhiệt độ cao sử dụng áp suất cực cao (ép nóng) hoặc khí áp suất cao đẳng hướng (ép nóng đẳng tĩnh). Hỗ trợ thiêu kết thường được thêm vào.
● Hiệu suất:
Đạt gần 100% mật độ lý thuyết, với các hạt mịn và đồng đều, mang lại cơ tính (độ bền và độ dẻo dai) cao nhất trong tất cả các loại.
● Ứng dụng:
Được sử dụng trong các ứng dụng có yêu cầu hiệu suất cực kỳ khắt khe, chẳng hạn như mạ áo giáp, các bộ phận hàng không vũ trụ quan trọng và các công cụ cắt cao cấp. Do giá thành cao nên phạm vi ứng dụng của nó bị hạn chế.
Công dụng gốm silic cacbua
Bởi vì các loại cacbua silic khác nhau cung cấp các kết hợp đặc tính khác nhau nên chúng có thể được điều chỉnh chính xác cho các ngành cụ thể và chuyển thành giải pháp kinh doanh của bạn. Bảng sau liệt kê các ứng dụng tương ứng dựa trên hiệu suất mà chúng tôi hy vọng sẽ hữu ích.
Thuộc tính cốt lõi | Các ngành mục tiêu | Các bộ phận thực sự được sử dụng |
Khả năng chống mài mòn tuyệt vời | Khai thác mỏ, năng lượng, hóa chất | ● Đầu phun: Phun cát, cắt tia nước
|
Sản xuất ô tô và máy móc | ● Phốt: Phốt trục dành cho môi trường khắc nghiệt. ● Tấm đeo | |
Độ bền và độ cứng cơ học tuyệt vời | Máy bơm, van và máy móc chất lỏng | ● Phốt cơ khí: Dùng trong máy bơm hóa chất và máy bơm nhiều tầng. ● Bi & con lăn vòng bi: Được sử dụng trong trục quay tốc độ cao và máy công cụ chính xác. ● Ống bọc bơm & vòng chặn: Thành phần cốt lõi của máy bơm dẫn động từ. |
Quốc phòng và hàng không vũ trụ | Chất liệu áo giáp nhẹ: sử dụng độ cứng cao và độ bền cao để chống va đập | |
Khả năng chịu nhiệt độ cao và quản lý nhiệt tuyệt vời | Luyện kim, thủy tinh, gốm sứ | ● Phụ kiện lò nung: Đồ nội thất lò nung (giá đỡ, xà ngang, tấm đẩy), lò nung. ● Đầu đốt: Các bộ phận đầu đốt có hiệu suất cao và tiết kiệm năng lượng. |
sản xuất chất bán dẫn | ● Các bộ phận xử lý wafer: đĩa mài, đồ gá, cánh ủ và khay epiticular. Chúng đảm bảo độ phẳng và độ nhiễm bẩn thấp của tấm silicon trong quá trình xử lý ở nhiệt độ cao. | |
Độ trơ hóa học tuyệt vời | Công nghiệp hóa chất, Dầu khí | ● Vòng đệm & phốt cơ khí: Được sử dụng trong máy bơm xử lý axit mạnh (axit sunfuric, axit clohydric) và kiềm mạnh. ● Bi van & đế van: Kiểm soát dòng chảy của chất ăn mòn. ● Bộ trao đổi nhiệt: Được sử dụng để truyền nhiệt trong môi trường có tính ăn mòn cao. |
Tính dẫn nhiệt và tính chất điện cao | Điện tử công suất và chất bán dẫn | ● Đế thiết bị điện tử: Tản nhiệt cho đèn LED công suất cao và mô-đun IGBT. ● Thiết bị sản xuất wafer: Mâm cặp tĩnh điện và bộ gia nhiệt. |
Cảm biến và điều khiển công nghiệp | ● Bộ gia nhiệt & cảm biến: Thiết bị xử lý nhiệt ở nhiệt độ cao. |
Kết luận
Nói tóm lại, cacbua silic là một vật liệu gốm tiên tiến đa năng, đặc biệt là về khả năng chống mài mòn, hiệu suất nhiệt và độ trơ hóa học, vượt xa các loại gốm kỹ thuật khác. Nó có nhiều phương pháp tổng hợp khác nhau, tạo ra các loại sản phẩm khác nhau với các đặc tính độc đáo. Các bộ phận cacbua silic cho phép nhiều tình huống ứng dụng đầy thử thách, cho phép chúng vượt qua các giới hạn cao hơn và cung cấp các giải pháp tổng chi phí tốt hơn.
JingHui Industry là nhà cung cấp chuyên nghiệp các thành phần silicon nitride chất lượng cao được làm từ nhiều loại vật liệu khác nhau. Xin vui lòng gửi cho chúng tôi một cuộc điều tra nếu bạn quan tâm.