استخدام كربيد السيليكون وتطبيقاته

كربيد السيليكون (SiC) مادة متينة للغاية تُستخدم لتصنيع مجموعة من المنتجات. وتتمثل إحدى خصائصها الرئيسية في مقاومتها لدرجات الحرارة العالية والترددات والجهود العالية - وهو أمر لا تستطيع المواد الأخرى القيام به.

قام إدوارد أتشيسون بتوليف هذا المركب صناعيًا لأول مرة في عام 1891. وقد أدى اكتشاف أتشيسون إلى تطبيقات صناعية، بما في ذلك المواد الكاشطة وعجلات الطحن؛ والطلاءات المقاومة للتآكل للمضخات ومحركات الصواريخ؛ وركائز أشباه الموصلات للصمامات الثنائية الباعثة للضوء (LEDs)؛ والطلاءات المقاومة للتآكل المستخدمة كحماية من التآكل، إلخ.

المواد الحرارية

كربيد السيليكون (SiC) مادة مفيدة للغاية تستخدم في المواد المقاومة للحرارة والأفران الصناعية والأجزاء المقاومة للتآكل. وتتمتع مادة SiC بالعديد من الخصائص الفريدة التي تجعلها مفيدة للغاية في تطبيقات متنوعة - فسطحها المقاوم للحرارة يتحمل البيئات ذات درجات الحرارة العالية دون أن يتحلل أو يتآكل؛ بالإضافة إلى ذلك، يمكن لقلبها القوي للغاية أن يتحمل التآكل والتآكل.

تشمل المواد الحرارية المصنوعة من كربيد السيليكون والمواد الكاشطة المستخدمة من كربيد السيليكون السيراميك الوظيفي والحراريات المتقدمة والمواد الكاشطة. يمكن العثور على كربيد السيليكون في الأفران وعناصر التسخين الصناعية وكذلك الطوب المستخدم في تبطين بطانات الأفران الحرارية بطانات الأفران الحرارية بطانات الأفران منتجات متينة طويلة الأمد مصنوعة من هذه المادة الحرارية مثل "ورق الصنفرة"، أحذية شفرات سكاكين العجلات وغيرها من المنتجات المصنوعة باستخدام هذه المادة الحرارية في المعادن غير الحديدية حيث يمكن العثور عليها أيضًا مستخدمة في عجلات الطحن وكذلك عناصر التسخين الموجودة داخل الأفران الصناعية الحراريات الحرارية المصنوعة باستخدام هذه المادة.

مواد أشباه الموصلات

كربيد السيليكون هو أحد أصعب المواد الطبيعية التي تم اكتشافها على الإطلاق، وقد تم تصنيعه لأول مرة على يد إدوارد أتشيسون في عام 1891 عندما ظهرت بلورات سوداء صغيرة في مصهور مسخن كهربائيًا من الكربون والألومينا. يمكن أيضًا العثور على كربيد السيليكون بشكل طبيعي في صورة معدن المويسانيت النادر؛ وبدأ الإنتاج الضخم لاستخدامه كمواد كاشطة صناعية في عام 1905.

تعتبر المواد الشبيهة بالمواد الكاشطة مثل ثاني أكسيد الزركونيوم مزيجًا ممتازًا من الصلابة والمتانة ومقاومة الحرارة ومقاومة التآكل ومقاومة التآكل - وهي مثالية لعجلات الطحن أو أدوات القطع أو البطانات المقاومة للحرارة.

تُستخدم الركائز المصنوعة من السيليكون على نطاق واسع في تطبيقات إلكترونيات أشباه الموصلات مثل أجهزة الطاقة ومكونات الترددات الراديوية بالموجات الدقيقة، حيث تعتمد موصلية أو شبه موصلتها على الشوائب (المعروفة باسم المنشطات) المضافة أثناء النمو الفوقي وعمليات تصنيع الأجهزة. يمكن العثور على الأشكال الموصلة المستخدمة في المقام الأول للأجهزة ذات درجات الحرارة/الجهد العالي مثل صمامات شوتكي الثنائية أو ترانزستورات الطاقة PiN المختلطة بينما قد تكون الإصدارات شبه الموصلة مناسبة للأجهزة ذات درجات الحرارة/الجهد المنخفضة مثل صمامات شوتكي الثنائية ذات حاجز الوصلة/ترانزستورات الطاقة PiN المختلطة/غيرها.

تطبيقات السيارات

برز كربيد السيليكون (SiC) مؤخرًا كمادة تكنولوجية لا غنى عنها في التطبيقات الميكانيكية والإلكترونية. يُعدّ كربيد السيليكون أحد أكثر المواد الخزفية صلابة على الأرض مع مقاومة ممتازة للتآكل والتآكل، بالإضافة إلى معدلات تمدد حراري منخفضة، ومقاومة للأحماض، وخصائص ممتازة للحماية من التآكل/التآكل.

نظراً لصلابتها، تُستخدم كتل السيراميك عادةً كسترات واقية من الرصاص. حيث ترتد الرصاصات منها دون ضرر.

SiC هي مادة شبه موصلة ذات فجوة نطاق عريضة، تتناوب بين الموصلات والعوازل، مما يجعلها خيارًا ممتازًا لإلكترونيات الطاقة نظرًا لقدرتها على تحمل الفولتية الأعلى من السيليكون شبه الموصل التقليدي. وهذه الميزة تجعله قابلاً للتطبيق بشكل خاص في إلكترونيات طاقة السيارات الكهربائية حيث يجب أن تكون محولات الجر ومحولات التيار المستمر/التناوب قادرة على التعامل مع مستويات أعلى من التيار من أجل إطالة أوقات شحن البطارية مع زيادة مدى القيادة بشحنة واحدة. ومع ذلك، يظل تبريد هذه الأجهزة أمرًا أساسيًا؛ وتساعد SiC على تجنب هذه المعضلة دون المساس بالخصائص الكهربائية أو الأداء الحرج.

تخزين الطاقة

يعتبر كربيد السيليكون مادة ممتازة للاستخدام في إلكترونيات الطاقة عالية الجهد في تطبيقات تخزين الطاقة مثل المحولات التي تدير الطاقة الشمسية المحصودة وتعيد توصيلها إلى الشبكة، وكذلك السيارات الكهربائية. ونظرًا لكثافة الطاقة الفائقة وتحسينات الكفاءة وزيادة ميزات الموثوقية التي يتمتع بها، فإنه يجعل الأجهزة أكثر فعالية من حيث التكلفة من أجهزة أشباه الموصلات السيليكونية.

كربيد السيليكون (SiC) هو مادة شديدة الصلابة والمتانة ذات فجوة نطاق كبيرة تجعلها متعددة الاستخدامات بما يكفي لاستخدامها إما كعازل أو موصل. تشير فجوة النطاق للمادة إلى الطاقة اللازمة لتمرير الإلكترونات من نطاق التكافؤ إلى نطاق التوصيل؛ وعادةً ما تمتلك الموصلات فجوات طاقة أقل بينما تمتلك العوازل فجوات طاقة أكبر.

شركة Wolfspeed هي شركة رائدة معترف بها في صناعة أجهزة SiC للتطبيقات عالية الجهد. يمكن لمرافق تصنيع أجهزة SiC مقاس 200 مم الخاصة بها المصنوعة من SiC Fab ومرافق تصنيع نمو epi تلبية الطلب على أجهزة كربيد السيليكون المتقدمة في نطاق 5-10 كيلوواط، مما يساعد على تحسين كفاءة البطارية وطول عمرها في السيارات الكهربائية.