Silīcija karbīda lietošana un lietojumi

Silīcija karbīds (SiC) ir ārkārtīgi izturīgs materiāls, ko izmanto dažādu izstrādājumu ražošanā. Viena no tā galvenajām īpašībām ir izturība pret augstām temperatūrām, frekvencēm un spriegumiem — tas ir kaut kas, ko citi materiāli nespēj nodrošināt.

Edvards Ačesons šo savienojumu pirmo reizi sintēzēja mākslīgi 1891. gadā. Ačesona atklājums pavēra ceļu rūpnieciskai izmantošanai, tostarp abrazīvu materiālu un slīpēšanas disku ražošanā; nodilumizturīgu pārklājumu izgatavošanā sūkņiem un raķešu dzinējiem; gaismas diožu (LED) pusvadītāju substrātu ražošanā; kā arī nodilumizturīgu pārklājumu izmantošanā nodiluma aizsardzībai utt.

Ugunsizturīgie materiāli

Silīcija karbīds (SiC) ir ārkārtīgi noderīgs materiāls, ko izmanto ugunsizturīgo materiālu ražošanā, rūpnieciskajās krāsnīs un nodilumizturīgu detaļu izgatavošanā. SiC piemīt daudzas unikālas īpašības, kas to padara ļoti noderīgu dažādos pielietojumos — tā karstumizturīgā virsma iztur augstas temperatūras apstākļus, nesabojājoties un nekorodējot; turklāt tā ārkārtīgi izturīgais kodols spēj izturēt nodilumu.

Silīcija karbīda ugunsizturīgie materiāli un abrazīvie materiāli, kuros izmanto silīcija karbīdu, ietver funkcionālo keramiku, modernus ugunsizturīgos materiālus un abrazīvus materiālus. Silīcija karbīdu var atrast krāsnīs un rūpnieciskajos sildelementos, kā arī ķieģeļos, ko izmanto krāšņu apšuvumam — ugunsizturīgie ķieģeļi, krāšņu apšuvumi — izturīgi un ilgmūžīgi izstrādājumi, kas izgatavoti no šī ugunsizturīgā materiāla, piemēram, “smilšpapīrs”, diski, nažu asmeņi, apavi un citi izstrādājumi, kas izgatavoti, izmantojot šo ugunsizturīgo materiālu krāsnīs, kur tas tiek izmantots arī kā slīpēšanas diski, kā arī sildelementi, kas atrodami rūpnieciskajās krāsnīs, kuras izgatavotas, izmantojot šo materiālu.

Pusvadītāju materiāli

Silīcija karbīds ir viens no cietākajiem dabā sastopamajiem materiāliem, kāds jebkad atklāts; to pirmo reizi sintezēja Edvards Ačesons 1891. gadā, kad elektriski karsētā oglekļa un alumīnija oksīda kausējumā parādījās sīki melni kristāli. Silīcija karbīdu dabā var atrast arī kā retu minerālu moissanītu; masveida ražošana, lai to izmantotu kā rūpnieciskos abrazīvus, sākās 1905. gadā.

Abrazīviem līdzīgi materiāli, piemēram, cirkonija dioksīds, apvieno sevī izcilu cietību, izturību, siltumizturību, korozijas izturību un nodilumizturību – tie ir ideāli piemēroti slīpēšanas diskiem, griešanas instrumentiem vai ugunsizturīgiem pārklājumiem.

No silīcija izgatavotus substrātus plaši izmanto pusvadītāju elektronikas jomā, piemēram, jaudas ierīcēs un mikroviļņu radiofrekvences komponentos, kur to vadītspēja vai pusizolējošās īpašības ir atkarīgas no piemaisījumiem (t. s. leģētājiem), kas tiek pievienoti epitaksālās augšanas un ierīču ražošanas procesa laikā. Vadītājveida substrāti galvenokārt tiek izmantoti augstas temperatūras/sprieguma ierīcēs, piemēram, Šotkija diodēs vai jaukta tipa PiN jaudas tranzistoros, savukārt pusvadītājveida substrāti var būt piemēroti zemākas temperatūras/sprieguma ierīcēm, piemēram, savienojuma barjeras Šotkija diodēm, jaukta tipa PiN jaudas tranzistoros un nanotermiķiem.

Lietojumi automobiļu nozarē

Silīcija karbīds (SiC) pēdējā laikā ir kļuvis par neaizstājamu tehnoloģisko materiālu mehāniskajos un elektronikas pielietojumos. SiC ir viens no cietākajiem keramikas materiāliem uz Zemes, kam piemīt izcila izturība pret eroziju un nodilumu, kā arī zems siltuma izplešanās koeficients, izturība pret skābēm un izcilas aizsardzības īpašības pret eroziju un nodilumu.

Savas cietības dēļ keramiskos blokus bieži izmanto kā bruņu vestes. Lodes no tiem vienkārši atlec, neradot nekādu kaitējumu.

SiC ir pusvadītāju materiāls ar plašu enerģijas spraugu, kas pārmaiņus uzrāda gan vadītāja, gan izolatora īpašības, tādējādi padarot to par lielisku izvēli jaudas elektronikai, jo tas spēj izturēt augstākus spriegumus nekā tradicionālais pusvadītāju silīcijs. Šī īpašība padara to īpaši piemērotu elektromobiļu jaudas elektronikai, kur vilces invertoriem un DC/DC pārveidotājiem jāspēj pārvadīt lielākas strāvas, lai pagarinātu akumulatora uzlādes laiku, vienlaikus palielinot brauciena attālumu ar vienu uzlādi. Tomēr šo ierīču dzesēšana joprojām ir būtiska; SiC palīdz izvairīties no šīs dilemmas, neietekmējot kritiskās elektriskās īpašības vai veiktspēju.

Enerģijas uzglabāšana

Silīcija karbīds ir izcils materiāls, ko izmanto augstsprieguma jaudas elektronikas ierīcēs enerģijas uzglabāšanas risinājumos, piemēram, invertoros, kas pārvalda savākto saules enerģiju un pārsūta to atpakaļ elektrotīklā, kā arī elektriskajos transportlīdzekļos. Pateicoties tā izcilajai jaudas blīvumam, uzlabotajai efektivitātei un paaugstinātajai uzticamībai, ar to izgatavotās ierīces ir rentablākas nekā silīcija pusvadītāju ierīces.

Silīcija karbīds (SiC) ir ārkārtīgi izturīgs un ilgmūžīgs materiāls ar lielu enerģijas spraugu, kas to padara pietiekami universālu, lai to varētu izmantot gan kā izolatoru, gan kā vadītāju. Materiāla enerģijas sprauga ir enerģija, kas nepieciešama, lai elektroni no valences joslas pārietu uz vadības joslu; vadītājiem parasti ir mazāka enerģijas sprauga, bet izolatoriem — lielāka.

„Wolfspeed“ ir atzīts nozares līderis augstsprieguma lietojumiem paredzētu SiC ierīču jomā. Uzņēmuma 200 mm SiC ierīču ražotne un epitaksijas augšanas iekārtas spēj apmierināt pieprasījumu pēc modernām silīcija karbīda ierīcēm 5–10 kW jaudas diapazonā, tādējādi palīdzot uzlabot elektromobiļu akumulatoru efektivitāti un kalpošanas ilgumu.