Silicio karbido naujienos

Silicio karbidas yra viena kiečiausių žinomų medžiagų, naudojama kaip sintetinis abrazyvas ir natūraliai randama kaip moisanitas meteorituose; jį taip pat galima išgauti.

Dėl plataus pralaidumo juostos tarpo SiC savybės leidžia sumažinti perjungimo nuostolius ir palaikyti aukštesnius dažnius, todėl jis idealiai tinka naudoti aukštos įtampos galios puslaidininkiniuose įtaisuose, pavyzdžiui, elektrinių transporto priemonių keitikliuose.

Kas yra silicio karbidas?

Silicio karbidas, arba SiC, yra itin kietas cheminis junginys, sudarytas iš silicio ir anglies, natūraliai randamas kaip retas brangakmenis moisanitas; tačiau jau daugiau kaip 100 metų silicio karbido milteliai ir kristalai masiškai gaminami kaip abrazyvas ir keramikos komponentams, naudojamiems automobilių stabdžiuose ir sankabose ar net neperšaunamose liemenėse, gaminti. Dėl savo tankios kristalinės struktūros, sudarytos iš nanokristalų, silicio karbidas yra ir labai kietas, ir labai patvarus, ir atsparus karščiui.

Šiuolaikiniai silicio karbido, naudojamo abrazyvams ir metalurgijos pramonėje, gamintojai naudoja Achesono procesą, kurio metu grynas kvarcinis smėlis, sumaišytas su smulkiai sumaltu koksu, dedamas į mūrinę elektrinę varžos tipo krosnį ir įelektrinamas; per šią varžos krosnį teka elektra. Anglis iš kokso ir silicis iš smėlio chemiškai reaguoja, todėl šerdyje susidaro SiC, o jo paviršiuje - anglies monoksido dujos. Šis procesas paprastai vyksta labai aukštoje 1700-2500 laipsnių temperatūroje. Šio proceso metu gaunamas kietas cilindro formos luitas su įvairiais sluoksniais - nuo grafito viduje, grafeno turtingo aukštos kokybės SiC ir stambios kristalinės struktūros iki žemesnių klasių, pavyzdžiui, b-SiC, naudojamo metalo apdirbimo procesuose, taip pat nesureagavusios medžiagos išorėje, kurią prireikus galima perlydyti. SiC gali būti juodas arba žalias, priklausomai nuo to, kokios žaliavos buvo naudojamos perdirbant.

"IPS Ceramics" tiekia visų pagrindinių rūšių silicio karbidą, taip pat platų krosnių baldų, skirtų darbui su šia nuostabia medžiaga, pasirinkimą. Mūsų keramikos specialistų komanda gali padėti išsirinkti, kuris SiC tipas geriausiai atitiks jūsų taikomąją programą, taip pat suteikti įrankius ir įrenginius, reikalingus tinkamam šlifavimo medžiagos naudojimui, kad būtų galima pagaminti norimus galutinius gaminius.

SiC paprastai laikomas inertišku, neturinčiu toksikologinių savybių ir pasižyminčiu mažu ūmiu toksiškumu, kai su juo elgiamasi ir jis ruošiamas pagal standartinę praktiką, nors ilgalaikis poveikis gali sukelti lengvą odos sudirginimą, taip pat pakeisti eksperimentinių gyvūnų įkvepiamąją tuberkuliozę, galinčią sukelti didelę fibrozę ir ligos progresavimą. Daugiau informacijos rasite šio junginio toksiškumo žmogui duomenų lape.

Kaip gaminamas silicio karbidas?

Silicio karbidas, dažniau vadinamas cheminiu simboliu SiC, plačiai naudojamas kaip abrazyvas, keramika ir puslaidininkinė medžiaga. Silicio karbidas yra viena iš kiečiausių medžiagų, stiprus ir patvarus (pagal tempimo stiprumą nusileidžia tik deimantui), pasižymi ypatingu karščio ir cheminiu inertiškumu net esant aukštai temperatūrai, todėl yra nepakeičiama pramoninių ugniai atsparių medžiagų medžiaga.

Edvardas Achesonas pirmą kartą dirbtinai susintetino silicio karbidą 1891 m., kai elektra įkaitintame anglies ir aliuminio oksido lydale aptiko mažyčius juodus jo kristalus ir pavadino šį procesą savo vardu; šiandien tai tebėra pagrindinis silicio karbido, naudojamo abrazyvuose, metalurgijoje, ugniai atspariose medžiagose, gamybos būdas, taip pat natūralių moisanito mineralų gamyba.

Šiandien silicio karbidas gaminamas taikant naujoviškus procesus, skirtus naudoti įvairiose specialiose srityse. Reakcijos būdu surištas SiC (CB) gaminamas sumaišant silicio ir anglies miltelius su plastifikatoriumi ir formuojant iš jų objektą, tada sudeginant plastifikatoriaus perteklių ir galiausiai toliau reaguojant su dujiniu arba skystu siliciu, kad susidarytų papildomos SiC dalelės. Iš reakcijos būdu surišto SiC gaminamos ekonomiškos dilimui atsparios dangos ir aukštos kokybės tigliai, naudojami metalams lydyti ir laikyti.

Cheminio nusodinimo iš garų ir monokristalų augimo metodais gaminant silicio karbidą gaunami kiti variantai. Tai apima silicio ir anglies auginimą vakuume arba aukštoje temperatūroje į luitą, panašiai kaip gaminamos plokštelės kietojo kūno elektroniniams prietaisams. Baigtą plokštelę galima legiruoti azotu arba fosforu, kad būtų galima pagaminti n tipo puslaidininkį, arba beriliu, boru arba aliuminiu, kad būtų galima pagaminti p tipo puslaidininkį.

Silicio karbidą galima suskirstyti į kelias kategorijas, atsižvelgiant į jo grūdelių dydį, rišiklio sudėtį, grynumo lygį ir tankį, dalelių formą arba sukepinimo būdą. Abrazyvinės silicio karbido rūšys gali būti sumaišytos su kitais junginiais ir sumaltos į granules, skirtas pramoninėms ugniai atsparioms medžiagoms; tokios granulės vėliau naudojamos cementuose, plytose ir tigliuose kaip cemento pakaitalas. Ugniai atsparios medžiagos skiriasi priklausomai nuo to, kaip tiksliai buvo sumaišyta jų sudėtis, ir nuo jų gebėjimo atlaikyti aukštą temperatūrą bei atsparumo cheminiam poveikiui - kiekvienai paskirčiai reikia savito kokybės vertinimo!

Kokios yra pagrindinės silicio karbido naudojimo sritys?

Silicio karbidas turi daugybę pritaikymo sričių; tai inertiška medžiaga, pasižyminti puikiu šiluminiu laidumu, elektros izoliatorius ir vaivorykštiniu blizgesiu dėl silicio dioksido pasyvacinio sluoksnio, susidarančio ant jo paviršiaus. Be to, jis puikiai atsparus daugeliui organinių ir neorganinių rūgščių, šarmų ir druskų, išskyrus fluoro vandenilio rūgštį, kuri gali sukelti koroziją.

SiC yra patraukli puslaidininkinė medžiaga, tinkama naudoti galios elektronikoje dėl plataus juostinio tarpo ir pranašumų, palyginti su silicio puslaidininkiais, pavyzdžiui, didesnės įtampos tolerancijos, didesnio veikimo greičio ir mažesnių sandūros nuostolių. SiC monokristalą galima nusodinti kaip tetraedrinį darinį su pirminiais koordinaciniais tetraedrais, sudarytais iš keturių anglies ir keturių silicio atomų, sujungtų kampuose ir sudėliotų į polines struktūras; tada galima pridėti legiruojančių medžiagų, kad būtų galima gaminti n arba p tipo puslaidininkius (Mantooth Zetterling Rusu).

Gryną silicio karbidą galima sukurti taikant Lely procesą, kai SiC milteliai sublimuojami į aukštos temperatūros rūšis, tokias kaip silicis, anglis, silicio dikarbidas ir disilicio karbidas, 2500 laipsnių C temperatūroje argono dujų atmosferoje. Tada kubiniai silicio karbido kristalai gali būti auginami naudojant cheminį nusodinimą iš garų su silanu, vandeniliu ir azotu kaip pirmtakais, siekiant gauti iki 2 cm dydžio pavienius kristalus, naudojant CVD augimo procesus, pvz.

Silicio karbido atsparumas dilimui yra dar viena svarbi savybė. Dėl šios savybės jis plačiai naudojamas kaip abrazyvinė medžiaga apdirbimo ir šlifavimo procesuose, taip pat lapidariniuose darbuose, kai prieš sujungimą poliruojamos šviesolaidžio gijos. Be to, silicio karbidas dažnai naudojamas juvelyriniuose dirbiniuose.

Kadangi silicio karbidas yra viena iš dviejų kiečiausių medžiagų Žemėje, silicio karbido detales gali būti labai sudėtinga apdirbti tiksliais matmenimis, kurių reikia sukepinto silicio karbido gaminiams. Kad sukepintas silicio karbidas atitiktų tam tikrus mechaninių savybių reikalavimus, jis turi praeiti daugybę griežtų bandymų ir patikrinimų; dėl sukepto silicio karbido poveikio įkvėpus žmonėms gali net atsirasti plaučių pažeidimų, įskaitant fibrozę.

Kokia silicio karbido ateitis?

Silicio karbidas yra viena kiečiausių medžiagų pasaulyje, todėl, norint jį pjauti, reikia pjauti deimantiniais ašmenimis. Pavyzdžiui, elektrinių transporto priemonių keitikliai ir įkrovikliai, kuriuose naudojamas silicio karbidas, veikia aukštesnėje temperatūroje nei jų silicio analogai, o jų jungikliai gali būti perpus mažesni, todėl sumažėja svoris, sąnaudos, sudėtingumas ir akumuliatorių veikimo trukmė, palyginti su standartiniais silicio prietaisais.

Kadangi vis daugiau žmonių pereina prie elektromobilių, silicio karbido galios elektronikos paklausa eksponentiškai augs. Šią sparčią plėtrą lemia didelio ploto ir pigios plokštelės, gaminamos specializuotose gamyklose, naudojant sudėtingą įrangą, leidžiančią auginti kristalus vakuumo aplinkoje; vėliau šios plokštelės gali būti naudojamos gaminant galios puslaidininkius ir kitus prietaisus.

Didžiąją dalį pasaulinės silicio karbido rinkos sudaro galios puslaidininkiai, kurie naudojami įvairiose srityse - nuo elektrinių transporto priemonių ir vėjo turbinų iki išmaniųjų telefonų ir kompiuterių. Be to, ši technologija pastaruoju metu plačiai taikoma naftos ir dujų pramonėje kaip saugos ir efektyvumo didinimo priemonė.

Gamintojai investuoja į gamybos pajėgumus, kad patenkintų didėjančią silicio karbido prietaisų paklausą, pavyzdžiui, tokius, kokius siūlo "SK Siltron" iš Bėjaus miesto (Mičiganas), kad patenkintų šį kokybiškų SiC plokštelių poreikį, finansuojamą iš Energetikos departamento (DOE) paskolos.

Kiti gamintojai, reaguodami į didėjančią paklausą, žengia į besivystančias rinkas. Kinijos silicio karbido ir galio nitrido puslaidininkių pramonė sparčiai plečiasi dėl išaugusios galios puslaidininkių paklausos, susijusios su elektra varomomis transporto priemonėmis (EV) ir pramoninėmis programomis.

Silicio karbidas jau seniai pripažintas dėl savo ugniai atsparių ir abrazyvinių savybių bei gebėjimo veikti atšiauriomis sąlygomis, todėl idealiai tinka robotams, gamybos įrenginiams, variklių pavaroms ir pjovimo įrankiams bei šlifavimo diskams, kuriems reikia tvirtumo ir atsparumo dilimui. Pramoniniai taikymai dabar yra viena didžiausių silicio karbido rinkų.