Industrija silicijevega karbida

Silicijev karbid je zaradi svoje togosti, trdote in toplotne prevodnosti odličen material za uporabo kot zrcala v astronomskih teleskopih. Poleg tega so njegovi laporni filmi idealen premazni material za poliranje koncev optičnih vlaken pred spajanjem.

Vendar omejena ponudba visokokakovostnih rezin SiC omejuje rast trga. Ti so dovzetni za napake, kot so dislokacije, prototipni vključki in napake pri zlaganju, ki zmanjšujejo učinkovitost pripomočkov in vodijo do manjše učinkovitosti pripomočkov.

Visoko zmogljivi zavorni kolut

Visokozmogljivi zavorni diski so sestavni del zmogljivosti, varnosti in učinkovitosti avtomobila. Njihova naloga je, da hitro razpršijo kinetično energijo vozila brez deformacij ali poškodb; za to potrebujejo napredne materiale, ki brez deformacij prenesejo temperaturne spremembe in spremembe tlaka. Trenutno proizvajalci uporabljajo keramične komponente, komponente iz ogljikovih vlaken ali sintrane kovine, izdelane iz teh vrst materialov, saj imajo te vrste materialov odlično odpornost proti obrabi pri trenju med zavornimi ploščicami in diski ter dobro toplotno odpornost in odpornost proti oksidaciji - lastnosti, ki jih pri drugih uporabljenih materialih ni mogoče najti.

Izbira idealnega zavornega koluta zahteva temeljit premislek, pri čemer je treba upoštevati dejavnike, kot sta masa vozila in vrsta vožnje (cesta, steza ali teren). Eden ključnih dejavnikov pri izbiri zavornega diska je odvajanje toplote - pri močni vožnji lahko hitro pride do ekstremnih temperatur, ki povzročijo pojemanje zavor, če jih ne hladimo ustrezno z uporabo posebnih vzorcev, kot so izvrtane luknje ali žlebovi na zavornih diskih, oblikovanih s posebnimi vzorci, ki povečujejo pretok zraka in pospešujejo procese hlajenja.

Ogljikovo-keramični kompoziti od leta 2002 vse bolj nadomeščajo litino pri proizvodnji zavornih kolutov za visokozmogljive avtomobile zaradi kombinacije prahov, smol in vlaken, ki so jim dodane kovinske sestavine za toplotno difuzijo, mehansko trdnost in torne lastnosti.

Ti zavorni diski zagotavljajo številne prednosti za vozila. Njihova glavna prednost je, da so odporni proti oksidaciji in obrabi, s čimer izboljšujejo učinkovitost zaviranja in življenjsko dobo, hkrati pa so dovolj lahki za zmanjšanje mase vozila. Poleg tega se ti diski v primerjavi s tradicionalnimi ponašajo z večjo odpornostjo proti obrabi in temperaturno stabilnostjo.

S povečevanjem povpraševanja po električnih in hibridnih električnih vozilih se povečuje tudi potreba po visokozmogljivih zavornih sistemih. Kombinacija teh tehnologij zahteva nove avtomobilske komponente, ki lahko zagotovijo enakovredno zavorno zmogljivost ob bistveno nižjih stroških in manjši masi; te morajo biti sposobne prenesti navor elektromotorja in regenerativno zaviranje ter hkrati izpolnjevati cilje glede energetske učinkovitosti in emisij ter hkrati izpolnjevati tudi cilje glede visoke učinkovitosti.

Napajalni MOSFET-i

Trg silicijevega karbida bo med letoma 2024 in 2022 rasel s 4,5% CAGR! To hitro rast spodbuja vse večje povpraševanje po potrošniški elektroniki, električnih vozilih in sistemih za obnovljive vire energije, medtem ko inženirji neutrudno delajo na zmanjševanju izgub pri vklopu in preklopu močnostnih MOSFET-ov, kar bo sčasoma izboljšalo učinkovitost.

MOSFET-i so kovinsko-oksidno-polprevodniški poljski tranzistorji, zasnovani za upravljanje velikih tokov pri visoki napetosti, ki se uporabljajo za regulacijo in nadzor pretoka električne energije v napravah, kot so električni motorji. Njihova glavna priključka sta odvod in izvor. Napetost na vratih uravnava ta tok; ko je izklopljen, ni nobene napetosti; nasprotna napetost na vratih preprečuje pretok toka s priključka na priključek, medtem ko negativna napetost na vratih popolnoma blokira njegovo pot; poleg tega ta funkcija omogoča tudi nadzor smeri toka skozi napravo.

MOSFET-i se na pozitivno vhodno napetost odzovejo tako, da prevajajo tok skozi odvodnik in v izvor, kar je znano kot napetost vrat-izvor (VGS). Prevelika VGS mora ostati v mejah varnega delovanja, sicer lahko povzroči okvaro naprave ali poškodbe drugih elementov vezja zaradi prevelike razpršitve energije; v podatkovnih listih so običajno navedene največje vrednosti napetosti od odtoka do vira.

Kot močnostni polprevodnik se MOSFET-i ponašajo z nizkimi preklopnimi izgubami in zagotavljajo učinkovito pretvorbo energije v številnih aplikacijah. Zaradi nizke upornosti v stanju vklopa so primerni za visoko zmogljive pretvornike DC-DC v električnih vozilih, brezpilotnih letalih in drugih aplikacijah, ki zahtevajo učinkovito pretvorbo energije.

Proizvajalci so razvili visokozmogljive MOSFET-e, da bi izpolnili vse večje zahteve teh zapletenih aplikacij, hkrati pa so ustvarili inovativne tehnike hlajenja, da bi še bolj optimizirali njihovo delovanje. Inženirji so ugotovili, da jim te tehnologije hlajenja omogočajo zmanjšanje izgub v stanju vklopa in preklopa za večjo učinkovitost ter podaljšanje življenjske dobe z delovanjem pri višjih temperaturah.

Dodatki za olje

Maziva na osnovi silicijevega karbida Na trgu so različna maziva na osnovi silicijevega karbida, na primer tekoči silicijev dioksid in maziva iz silicijevega karbida. Silikonske tekočine se lahko zaradi višjega plamenišča in samougasljivih lastnosti uporabljajo za mazanje zobnikov in vreten pri visokih hitrostih; te silikonske tekočine zaradi višjega plamenišča in samougasljivih lastnosti predstavljajo alternativo mazivom na osnovi nafte; nekatere vrste silikonskih tekočin se pogosto bolje obnesejo pri Ryder Gear Test Scuff Loading, medtem ko so mešanice fluoro in nitril-siloksanov odlična izbira, kadar so sestavljene v formulacije maziv s stikom z aluminijem;

Korozija je lahko velika nevarnost za materiale iz silicijevega karbida in silicijevega nitrida, zlasti kadar so izpostavljeni visokim temperaturam. Korozija pogosto skrajša življenjsko dobo materiala, saj povečuje površinske napake, ki bi lahko razpokale pod toplotno ali mehansko povzročeno obremenitvijo.

Eden od načinov za povečanje korozijske odpornosti teh materialov je prekrivanje z oksidnimi premazi, vendar lahko to zanje pomeni dodatne kemične in toplotne zahteve - na primer, da se njihovi koeficienti toplotnega raztezanja ujemajo za pravilno delovanje, da se preprečijo toplotno povzročene napetosti in razpoke.

Druga metoda za spreminjanje površin materialov je kemično jedkanje. To se lahko izvede neposredno in situ, z vročim stiskanjem ali s postopki reakcijskega lepljenja, pri katerih se ogljikovi, borovi, silicijevi kovinski praški, praški silicijevega nitrida ali drugi praški zmešajo z izhodnimi praški iz silicijevega karbida in se pustijo reagirati pri visokih temperaturah.

Sintrani alfa silicijev karbid se pogosto uporablja za izdelavo orodij in delov, ki se uporabljajo v različnih aplikacijah. Oblikujemo ga lahko s suhim stiskanjem, izostatičnim stiskanjem, brizganjem ali drugimi postopki; zaradi svoje gostote je pogosto izbrani material, kadar je potreben strog nadzor dimenzij.

Rhein Chemie Additives je razvil inovativno spojino dodatkov za učinkovitejše mazanje sintranega alfa silicijevega karbida. Njeno aktivno žveplo kemično reagira s prahom za lapiranje in tvori plasti kovinskega sulfida, ki pospešijo hitrost odstranjevanja kovin za 105% in hkrati izboljšajo hrapavost površine. Pri testiranju se je hitrost odstranjevanja kovin povečala za impresivnih 100% in znatno zmanjšala hrapavost površine.

Druge aplikacije

Silicijev karbid se že dolgo uporablja za aplikacije, ki zahtevajo toplotno odpornost in mehansko trdnost. Njegova trdota ga na Mohsovi lestvici uvršča med aluminijev oksid in diamant; poleg tega se uporablja v delih, odpornih proti obrabi, kot so rezalna orodja in brusilna kolesa; uporablja se kot abraziv z odpornostjo proti obrabi za dele, odporne proti obrabi, kot so rezalna orodja in brusilna kolesa; uporablja se kot ognjevzdržni material in keramika zaradi odpornosti proti vročini, nizke stopnje toplotnega raztezka, dobre kemijske stabilnosti ter v elektroniki zaradi lastnosti polprevodnikov.

Ključni dejavniki rasti trga silicijevega karbida sta tudi energetika in energetika. Napajalne naprave na osnovi silicijevega karbida imajo manjše preklopne izgube kot njihove silicijeve kolegice, kar povečuje učinkovitost in uspešnost, hkrati pa so lažje in manjše, kar omogoča njihovo uporabo v različnih aplikacijah.

Več prodajalcev v industriji silicijevega karbida širi svoje proizvodne zmogljivosti kot odziv na naraščajoče povpraševanje, kar dokazuje tudi odprtje razširjenega obrata za proizvodnjo silicijevega karbida družbe ON SEMICONDUCTOR CORPORATION na Češkem leta 2022, da bi podprli širitev lokalne industrije čipov. Prodajalci se osredotočajo tudi na strategije organske in anorganske rasti, kot je na primer obrat za proizvodnjo silicijevega karbida družbe WOLFSPEED v dolini Mohawk v New Yorku, ki je začel delovati aprila 2022 - ta obrat bo imel ključno vlogo pri prehodu s silicijevih napajalnih naprav v avtomobilskih, industrijskih in transportnih aplikacijah.

Proizvodnja SiC je lahko zapletena in zelo raznolika glede na njegovo uporabo, saj je Acheson leta 1891 kot prvi uporabil metodo za proizvodnjo čistih kristalov SiC z uporabo čistega kremenčevega peska, pomešanega z ogljikovimi materiali, kot je naftni koks, da nastane aglomerat, ki se nato segreje v električni peči. Ogljikov vodnik deluje kot elektroda, ki obdaja to mešanico in povzroča kemične reakcije med silicijem v pesku in ogljikom iz naftnega koksa, pri čemer nastanejo kristali SiC.

Elkem Processing Services (EPS), del oddelka za silicijev karbid družbe Elkem Chemical, izdeluje rezine in sintre, prilagojene specifikacijam strank za elektronske komponente. Njihova predana ekipa nudi popolno podporo strankam in tehnično svetovanje v zvezi z razvojem izdelkov.