Použití a aplikace karbidu křemíku

Karbid křemíku (SiC) je mimořádně odolný materiál, který se používá k výrobě řady výrobků. Jednou z jeho klíčových vlastností je odolnost vůči vysokým teplotám, frekvencím a napětím - což jiné materiály nedokážou.

Edward Acheson tuto sloučeninu poprvé uměle syntetizoval v roce 1891. Achesonův objev vedl k průmyslovým aplikacím, včetně brusných materiálů a brusných kotoučů, nátěrů odolných proti opotřebení pro čerpadla a raketové motory, polovodičových substrátů světelných diod (LED), nátěrů odolných proti opotřebení používaných jako ochrana proti opotřebení atd.

Žáruvzdorné materiály

Karbid křemíku (SiC) je mimořádně užitečný materiál používaný pro žáruvzdorné materiály, průmyslové pece a díly odolné proti opotřebení. SiC má mnoho jedinečných vlastností, díky nimž je velmi užitečný v různých aplikacích - jeho žáruvzdorný povrch odolává prostředí s vysokou teplotou bez degradace nebo koroze; jeho extrémně pevné jádro navíc odolává opotřebení a trhání.

Žáruvzdorné a brusné materiály z karbidu křemíku Mezi materiály používané karbidem křemíku patří funkční keramika, pokročilé žáruvzdorné materiály a brusiva. Karbid křemíku lze nalézt v pecích a průmyslových topných tělesech, jakož i v cihlách používaných k vyzdívání pecí žáruvzdorné cihly vyzdívky pecí trvanlivé výrobky s dlouhou životností vyrobené z tohoto žáruvzdorného materiálu, jako je "smirkový papír", kotouče nože čepele boty mimo jiné vyrobené s použitím tohoto žáruvzdorného materiálu v neželezné metalurgii, kde jej lze nalézt také použitý v brusných kotoučích, jakož i v topných tělesech, které se nacházejí v průmyslových pecích žáruvzdorné materiály vyrobené s použitím tohoto materiálu.

Polovodičové materiály

Karbid křemíku je jedním z nejtvrdších přírodních materiálů, které kdy byly objeveny.Poprvé ho syntetizoval Edward Acheson v roce 1891, když se v elektricky zahřáté tavenině uhlíku a oxidu hlinitého objevily malé černé krystalky. Karbid křemíku se v přírodě vyskytuje také jako vzácný minerál moissanit; jeho masová výroba byla zahájena v roce 1905 pro použití jako průmyslové brusivo.

Materiály podobné brusivům, jako je oxid zirkoničitý, jsou vynikající kombinací tvrdosti, trvanlivosti, tepelné odolnosti, odolnosti proti korozi a otěru - ideální pro brusné kotouče, řezné nástroje nebo žáruvzdorné obložení.

Substráty vyrobené z křemíku se široce používají v polovodičové elektronice, například ve výkonových zařízeních a mikrovlnných radiofrekvenčních součástkách, kde jeho vodivost nebo poloizolační schopnost závisí na příměsích (tzv. dopantech) přidávaných během epitaxního růstu a výrobních procesů zařízení. Vodivé formy se používají především pro vysokoteplotní/napěťová zařízení, jako jsou Schottkyho diody nebo směsné výkonové tranzistory PiN, zatímco polovodivé verze mohou být vhodné pro zařízení s nižšími teplotami/napětím, jako jsou Schottkyho diody s přechodovou bariérou/směsné výkonové tranzistory PiN.

Aplikace v automobilovém průmyslu

Karbid křemíku (SiC) se v poslední době stal nepostradatelným technologickým materiálem v mechanických a elektronických aplikacích. SiC je jednou z nejtvrdších keramických látek na Zemi s vynikající odolností proti erozi a otěru a také s nízkou tepelnou roztažností, odolností vůči kyselinám a vynikajícími vlastnostmi ochrany proti erozi/oděru.

Keramické bloky se díky své tvrdosti běžně používají jako neprůstřelné vesty. Kulky se od nich neškodně odrážejí.

SiC je polovodičový materiál se širokým pásmem, který se střídavě řadí mezi vodiče a izolanty, takže je díky své schopnosti odolávat vyšším napětím než tradiční křemíkové polovodiče vynikající volbou pro výkonovou elektroniku. Díky této vlastnosti je použitelný zejména v silové elektronice elektrických vozidel, kde trakční měniče a DC/DC měniče musí být schopny zvládat vyšší úrovně proudu, aby se prodloužila doba nabíjení baterií a zároveň se zvýšil dojezd na jedno nabití. Nicméně chlazení těchto zařízení zůstává klíčové; SiC pomáhá tomuto dilematu předejít, aniž by došlo ke zhoršení kritických elektrických vlastností nebo výkonu.

Ukládání energie

Karbid křemíku je vynikajícím materiálem pro použití ve vysokonapěťové výkonové elektronice v aplikacích skladování energie, jako jsou střídače, které řídí získanou solární energii a dodávají ji zpět do sítě, a také v elektrických vozidlech. Díky své vyšší hustotě výkonu, lepší účinnosti a vyšší spolehlivosti umožňuje vyrábět cenově výhodnější zařízení než křemíkové polovodiče.

Karbid křemíku (SiC) je extrémně pevný a odolný materiál s velkou pásmovou mezerou, díky níž může sloužit jako izolant nebo vodič. Pásová mezera materiálu označuje energii potřebnou k přechodu elektronů z valenčního do vodivostního pásu; vodiče mají obvykle menší energetické mezery, zatímco izolanty větší.

Společnost Wolfspeed je uznávaným lídrem v oboru SiC zařízení pro vysokonapěťové aplikace. Její 200mm továrna na výrobu SiC zařízení a výrobní zařízení pro epi růst mohou uspokojit poptávku po pokročilých zařízeních z karbidu křemíku v rozsahu 5-10 kW, a tím přispět ke zlepšení účinnosti a životnosti baterií v elektrických vozidlech.