Промишлеността на силициевия карбид

Твърдостта, твърдостта и топлопроводимостта на силициевия карбид го правят отличен избор на материал за използване като огледала в астрономически телескопи. Освен това неговите лапиращи филми са идеален материал за покритие, който полира краищата на оптичните влакна преди сплитане.

Но ограниченото предлагане на висококачествени SiC пластини ограничава растежа на пазара. Те са податливи на дефекти като дислокации, прототипни включвания и дефекти при подреждането, които намаляват ефективността на устройствата и водят до намалена ефективност на устройствата.

Високоефективни спирачни дискове

Високоефективните спирачни дискове играят важна роля за производителността, безопасността и ефективността на автомобила. Тяхната задача е бързо да разсейват кинетичната енергия на автомобила, без да се деформират или повреждат; за тази цел те изискват усъвършенствани материали, които могат да издържат на температурни промени и промени в налягането, без да се деформират. Понастоящем производителите използват компоненти от керамика, въглеродни влакна или синтеровани метали, изработени от тези видове материали, тъй като тези видове материали имат отлична устойчивост на износване при триене между спирачните накладки и дисковете, както и добра устойчивост на топлина и окисляване - качества, които не се срещат при други използвани материали.

Изборът на идеалния спирачен диск изисква внимателно обмисляне, като се вземат предвид фактори като теглото на автомобила и вида на шофиране (път, писта или офроуд). Едно от ключовите съображения при избора на диск е разсейването на топлината - при интензивно шофиране може бързо да се стигне до екстремни температури, които да предизвикат избледняване на спирачките, ако те не се охлаждат адекватно чрез използване на специфични модели, като пробити отвори или жлебове на спирачни дискове, проектирани със специфични модели, които подобряват въздушния поток и ускоряват процесите на охлаждане.

От 2002 г. насам въглеродно-керамичните композитни материали все повече заместват чугуна при производството на спирачни дискове за високопроизводителни автомобили, благодарение на комбинацията от прахове, смоли и влакна, към които се добавят метални съставки за постигане на топлинна дифузия, механична здравина и свойства на триене.

Тези спирачни дискове осигуряват многобройни предимства на автомобилите. Основното им предимство се състои в способността им да устояват на окисляване и износване, като по този начин подобряват спирачната ефективност и продължителността на живота, като същевременно са достатъчно леки за намаляване на теглото на автомобила. Освен това тези дискове се отличават с по-висока устойчивост на износване и температурна стабилност в сравнение с традиционните дискове.

С нарастването на търсенето на електрически и хибридни електрически превозни средства нараства и необходимостта от високоефективни спирачни системи. Комбинирането на тези технологии изисква нови автомобилни компоненти, способни да осигурят еквивалентна спирачна ефективност при значително намалени разходи и тегло; те трябва да могат да издържат на въртящия момент на електромотора и регенеративното спиране, като същевременно отговарят на целите за енергийна ефективност и емисии, като същевременно отговарят и на целите за висока ефективност.

Мощностни MOSFET-и

Пазарът на силициев карбид ще нарасне с 4.5% CAGR между 2024-2022 г.! Нарастващото търсене на потребителска електроника, електрически превозни средства и системи за възобновяема енергия е двигател на това бързо разрастване, докато инженерите работят неуморно за намаляване на загубите при включване и превключване на мощните MOSFET, което ще подобри ефективността с течение на времето.

Силовите MOSFET са металооксидно-полупроводникови полеви транзистори, предназначени за управление на голям ток при високи нива на напрежение и използвани за регулиране и контрол на потока на електрическа енергия през устройства като електрически двигатели. Основните им изводи са дрейна и източника. Напрежението на гейта регулира този поток; когато е изключен, не се прилага никакво напрежение; противоположното напрежение на гейта предотвратява преминаването на ток от терминал към терминал, докато отрицателното напрежение на гейта ще блокира изцяло пътя му; освен това тази функция позволява да се контролира и посоката на тока през устройството.

MOSFET реагират на положително входно напрежение, като провеждат ток през дрейна и в източника, известен като напрежение гейт-сорс (VGS). Прекомерното VGS трябва да остане в рамките на безопасните работни граници, в противен случай то може да доведе до повреда на устройството или на други елементи от веригата поради прекомерното разсейване на енергия; в таблиците с данни обикновено се посочват максималните стойности на напрежението от дрейна към източника.

Като силов полупроводник MOSFET се отличават с ниски загуби при превключване и осигуряват ефективно преобразуване на енергия в много приложения. Ниското им съпротивление при включване ги прави подходящи за високопроизводителни DC-DC преобразуватели, които се използват в електромобили, безпилотни летателни апарати и други приложения, изискващи ефективно преобразуване на енергия.

Производителите са разработили високопроизводителни MOSFET, за да отговорят на нарастващите изисквания на тези сложни приложения, като същевременно са създали иновативни техники за охлаждане, за да оптимизират допълнително тяхната производителност. Инженерите са установили, че тези технологии за охлаждане им позволяват да намалят загубите при включване и превключване за подобряване на ефективността, както и да увеличат живота чрез работа при по-високи температурни диапазони.

Добавки за масла

Смазочни материали на базата на силициев карбид На пазара има различни смазочни материали на базата на силициев карбид, като например течност от силициев диоксид и смазочни материали, изработени от силициев карбид. Силиконовите течности могат да се използват за смазване на високоскоростни зъбни колела и шпиндели поради по-високата си температура на възпламеняване и самозагасяващи се свойства; тези силиконови течности предлагат алтернатива на смазочните материали на петролна основа поради по-високата си температура на възпламеняване и самозагасяващи се свойства; някои видове силиконови течности често се представят по-добре при Ryder Gear Test Scuff Loading, докато флуоро- и нитрил-силоксановите смеси са чудесен избор, когато са съставени в смазочни състави с контакт с алуминий;

Корозията може да бъде значителна заплаха за материалите от силициев карбид и силициев нитрид, особено когато са изложени на високи температури. Корозията често съкращава жизнения цикъл на материалите, като увеличава повърхностните дефекти, които потенциално могат да се напукат при термично или механично предизвикано напрежение.

Един от начините за повишаване на корозионната устойчивост на тези материали е покриването им с оксидни покрития, но това може да доведе до допълнителни химични и термични изисквания към тях - например коефициентите им на термично разширение трябва да съвпадат, за да функционират правилно и да се избегнат термично предизвикани напрежения и пукнатини.

Друг метод за промяна на материални повърхности е химическото ецване. То може да се извърши или директно на място, чрез гореща преса, или чрез процеси на реакционно свързване, при които въглеродни, борни, силициеви метални прахове, прахове от силициев нитрид или други прахове се смесват с изходни прахове от керамика от силициев карбид и се оставят да реагират при високи температури.

Синтезираният алфа силициев карбид се използва широко за производство на инструменти и части за различни приложения. Той може да се формира чрез сухо пресоване, изостатично пресоване, шприцване или други процеси; поради плътния си характер той често е предпочитан материал, когато е необходим строг контрол на размерите.

Rhein Chemie Additives е разработила иновативно добавъчно съединение за по-ефективно смазване на синтерован алфа силициев карбид. Неговата активна сяра химически реагира с лапиращия прах, за да образува метални сулфидни слоеве, които ускоряват скоростта на отстраняване на метала с 105%, като същевременно подобряват грапавостта на повърхността. При изпитванията това увеличава скоростта на отстраняване на метала с впечатляващите 100% и значително намалява грапавостта на повърхността.

Други приложения

Силициевият карбид отдавна се използва за приложения, изискващи термична устойчивост и механична якост. Твърдостта му го нарежда между алуминиевия оксид и диаманта по скалата на Моос; освен това той се използва в износоустойчиви части като режещи инструменти и шлифовъчни дискове; използва се като абразиви с износоустойчиви свойства за износоустойчиви части като режещи инструменти и шлифовъчни дискове; използва се като огнеупорен материал и керамика поради устойчивостта си на топлина, ниската степен на термично разширение, добрата химическа стабилност, както и в електрониката поради полупроводниковите си свойства.

Енергетиката и електропроизводството също са ключови фактори за растежа на пазара на силициев карбид. Енергийните устройства, базирани на силициев карбид, се отличават с по-ниски загуби при превключване от силициевите си аналози, което повишава ефективността и ефикасността им, като същевременно остават по-леки и по-малки, което позволява използването им в редица приложения.

Множество доставчици в производството на силициев карбид разширяват производствения си капацитет в отговор на нарастващото търсене, както показва откриването на разширено съоръжение за производство на силициев карбид в Чешката република през 2022 г. от ON SEMICONDUCTOR CORPORATION, за да подкрепи разширяването на местната индустрия за чипове. Доставчиците също така се фокусират върху органични и неорганични стратегии за растеж, като например съоръжението за производство на силициев карбид в долината Мохок на WOLFSPEED в Ню Йорк, което стартира през април 2022 г. - това съоръжение ще играе важна роля в прехода от силициеви захранващи устройства в автомобилни, индустриални и транспортни приложения.

Производството на SiC може да бъде сложно и силно променливо в зависимост от приложението му, като през 1891 г. Ачесън е пионер в метода за производство на чисти SiC кристали, като използва чист кварцов пясък, смесен с въглеродни материали, като например петролен кокс, за да се образува агломерация, която след това се нагрява в електрическа пещ. Въглероден проводник действа като електрод, обграждащ тази смес, който предизвиква химични реакции между силиция в пясъка и въглерода от петролния кокс, при които се получават SiC кристали.

Elkem Processing Services (EPS), част от подразделението за силициев карбид на Elkem Chemical, произвежда пластини и агломерати, съобразени със спецификациите на клиентите, за електронни компоненти. Техният специализиран екип предлага пълно обслужване на клиентите, както и технически съвети по отношение на разработването на продукти.