Vad är kiselkarbid?

Kiselkarbid används i elektroniska enheter som förstärker, växlar eller omvandlar signaler inom en elektrisk krets. På grund av dess lägre spänningsresistans och temperaturkapacitet kan dessa enheter arbeta vid högre frekvenser med mindre effektförluster.

SiC produceras i en elektrisk ugn med hjälp av Acheson-processen och genom att värma kiselsand blandat med kol, vanligtvis från petroleumkoks, i en elektrisk ugn. Slutprodukten av detta är små kristallina korn med gröna eller svarta nyanser beroende på renhetsgrad.

Egenskaper

Kiselkarbid (sic) är ett kovalent bundet ljusgrått fast material med extremt hög smältpunkt och stark korrosionsbeständighet, och har utmärkt motståndskraft mot termisk chock och vibrationer samt är styvt, starkt och tätt. Dess kristallina struktur består av tätt packade primära koordinationstetraedrar som består av fyra kiselatomer förbundna med fyra kolatomer arrangerade hexagonalt arrangerade inom hexagonala enheter för enklare tillverkningsprocess; dessa primära koordinationstetraedrar ger intressanta elektriska egenskaper - såsom att fungera som en isolator i ren form medan dopade med andra element kan uppvisa halvledningsförmåga eller ledningsförmåga när de dopas med andra element.

På grund av sin hårda, slipande karaktär och slitstyrka har kiselkarbid sedan slutet av 1800-talet använts som slipmedel vid slipning, sandblästring, honing och vattenskärning samt inom metallurgi och ståltillverkning. Dessutom spelar kiselkarbid en viktig roll i tillverkningen av keramiska bromsskivor för bilar, vilket minskar friktionen och bullret.

Halvledare av kiselkarbid har betydande fördelar jämfört med halvledare av kisel i elektroniska applikationer, inklusive 10 gånger högre elektrisk fältstyrka vid genombrott, betydligt lägre driftlagerresistans per area och större tolerans för motståndsspänning (600 V till tusentals V). Kiselkarbidens tunna skikt gör det också möjligt för enheter att uppnå mindre storlekar och högre effekttäthet - vilket driver på dess användning i elbilars energihanteringssystem, vilket bidrar till ökad batteridrift.

Tillämpningar

Kiselkarbid har utmärkta tribologiska egenskaper, hög slitstyrka och korrosionsbeständighet och kan arbeta under höga temperaturer utan nedbrytning eller sprickbildning. Kiselkarbid används som en del av volframkarbidverktyg samt som slipmedel i blästerapplikationer.

Kiselkarbidskivor, som ofta används i elektroniska apparater, kräver mindre effekt än sina motsvarigheter i kisel för att fungera effektivt vid högre spänningar, temperaturer, frekvenser och värmeledningsförmåga; dessutom har de större motståndskraft mot värmeledningsförmåga och värmechocktolerans, vilket leder till mindre passiva komponenter med lägre vikt och kostnader totalt sett jämfört med kiselbaserade lösningar. Schottky-dioder och MOSFETs (i både diskreta och effektmodulförpackningar) är populära exempel på användningsområden för detta material.

SiC är ett imponerande material att arbeta med, men tillverkningen kräver en komplicerad process där råmaterial blandas, krossas och sintras innan det omvandlas till ett tätt svart eller grått pulver som sedan kan skäras eller malas till specifika storlekar för olika användningsområden.

Washington Mills erbjuder CARBOREX(r) kiselkarbid i olika kemier och storlekar för att betjäna en rad olika industrier såsom blästring, keramik isolering metallurgiska eldfasta material eldfasta material Trådsågning Slitstyrka. Vårt team av experter är här för att visa dig alla dess möjligheter!

Tillverkning

Sic kiselkarbid framställs genom sintring av en finmald blandning av råmaterial. Dessa råmaterial kan innehålla olika element som sand och petroleumkoks eller till och med två eller flera olika material som blandas enligt specifika förhållanden innan de placeras i en elektrisk ljusbågsugn och upphettas till höga temperaturer. Koks- eller sandpartiklar bränns av för att producera kol som sedan binds ihop med kisel för att bilda det vi känner som kiselkarbid.

Rå kiselkarbid förädlas genom sortering, malning och kemiska behandlingar för att producera färdiga korn och pulver som lämpar sig för olika användningsområden. Svartgrå kiselkarbid, där endast diamant och kubisk bornitrid är hårdare, används ofta för att skapa keramiska plattor som används i skottsäkra västar - de ger ett tillförlitligt ballistiskt skydd samtidigt som de är betydligt lättare än alternativ av pansarstål eller aluminiumoxid.

Ren kiselkarbid är ovanlig i naturen och måste framställas på konstgjord väg genom syntetiska metoder. Lely-metoden innebär att en granitdegel värms upp till höga temperaturer för att sublimera kiselkarbidpulver till kristaller som sedan deponeras på grafitsubstrat vid lägre temperaturer med hjälp av en annan process som kallas sublimering. När kristallerna är färdiga kan de trimmas till önskad storlek och form innan de dopas med föroreningar som bor för att ge SiC ledningsförmåga av P-typ.

Säkerhet

Kiselkarbidens motståndskraft mot höga temperaturer och strålning gör det till det idealiska materialet för elektronik på rymdfarkoster som arbetar i Venus brännande 460 grader varma yta och Jupiters intensiva atmosfäriska tryck. Strålningshärdig kiselkarbidelektronik gör det möjligt att bygga mindre rymdfarkoster, ta med fler vetenskapliga instrument på varje uppdrag och genomföra längre uppdrag - vilket leder till minskad storlek och vikt samtidigt som uppdragens varaktighet förlängs.

Kontinuerliga fiberförstärkta SiC-matriskompositer (SiCf/SiC) är lovande material för framtida fusionsreaktorers första väggar och blanketter, eftersom de har många önskvärda egenskaper, inklusive mekanisk prestanda vid höga temperaturer med överlägsen skadetolerans jämfört med monolitisk SiC [1,2], enastående värmeledningsförmåga och minskad aktivering av neutroninducerad radioaktivitet [3-6].

Figur 9a-c visar att enligt de strukturella analysresultat som presenteras här uppvisar både SS-310- och Zry-4-beklädnader liknande säkerhetsmarginaler under primära Tresca-spänningsintervall i en LBLOCA; SiC visar sig dock erbjuda större marginaler på grund av dess överlägsna primära Tresca-spänningsvärden och ultimata draghållfasthetsvärden än Zry-4.

Figur 11 illustrerar att de rumsliga självskärmningseffekterna varierar beroende på kapslingstyp, vilket framgår av figur 11. Som kan ses för varje modell (SiC eller SS-310) skiljer sig Pu-239-uppbyggnaden under LBLOCA-tester med bränslepellets från var och en av dem, vilket leder till större Pu-239-koncentration nära deras respektive kapslingsmodeller (SS-310-modellen är mer sannolik) under MOL och EOL än SiC-modellen.