Silisyum Karbür Haberleri

Silisyum karbür bilinen en sert maddelerden biridir, sentetik aşındırıcı olarak kullanılır ve göktaşlarında mozanit olarak doğal olarak bulunur; ayrıca çıkarılabilir.

SiC'nin geniş bant aralığı özellikleri, daha yüksek frekansları desteklerken anahtarlama kayıplarını en aza indirmesine olanak tanıyarak onu elektrikli araçlardaki (EV) invertörler gibi yüksek voltajlı güç yarı iletken cihazlarında kullanım için ideal hale getirir.

Silisyum Karbür nedir?

Silisyum karbür veya SiC, silisyum ve karbondan oluşan son derece sert bir kimyasal bileşiktir ve doğal olarak nadir bulunan mozanit mücevheri olarak ortaya çıkar; ancak 100 yılı aşkın bir süredir silisyum karbür tozu ve kristali, aşındırıcı olarak kullanılmak ve araba frenlerinde ve debriyajlarında ve hatta kurşun geçirmez yeleklerde kullanılan seramik bileşenler oluşturmak için seri olarak üretilmektedir. Nanokristallerden oluşan yoğun kristal yapısı ile silisyum karbür hem son derece sert, hem son derece dayanıklı hem de ısıya dayanıklı özelliklere sahiptir.

Aşındırıcılarda ve metalürji endüstrilerinde kullanılmak üzere modern silisyum karbür üreticileri, ince öğütülmüş kok ile karıştırılmış saf silika kumunun tuğla elektrik direnç tipi bir fırına yerleştirildiği ve elektriklendirildiği Acheson işlemini kullanır; elektrik bu direnç fırınından geçer. Kok kömüründen gelen karbon ve kumdan gelen silisyum kimyasal olarak reaksiyona girerek çekirdekte SiC ve yüzeyinde karbon monoksit gazı üretir. Bu işlem tipik olarak 1700-2500 degC arasında değişen çok yüksek sıcaklıklarda gerçekleşir. Bu işlem, iç kısmında grafitten, grafen bakımından zengin yüksek dereceli SiC'ye ve kaba kristal yapıdan metal işleme süreçlerinde kullanılmak üzere b-SiC gibi daha düşük derecelere kadar değişen katmanların yanı sıra dış kısmında gerektiğinde yeniden eritilebilen reaksiyona girmemiş malzeme içeren katı silindirik bir külçe üretir. SiC, işleme sırasında hangi hammaddelerin kullanıldığına bağlı olarak siyah veya yeşil renkte çıkabilir.

IPS Ceramics, tüm ana silisyum karbür türlerinin yanı sıra bu olağanüstü malzemeyle çalışmak için geniş bir fırın mobilyası ürünleri yelpazesi sunmaktadır. Uzman seramik profesyonellerinden oluşan ekibimiz, hangi SiC türünün uygulamanızı en iyi şekilde karşılayacağını seçmenize yardımcı olurken, istenen son ürünleri üretmek için uygun öğütme ortamı kullanımı için gerekli araçları ve makineleri sağlayabilir.

SiC, standart uygulamalara göre kullanıldığında ve hazırlandığında genellikle toksikolojik özellikleri olmayan ve düşük akut toksisiteye sahip inert olarak kabul edilir, ancak uzun süreli maruziyet hafif cilt tahrişine ve deney hayvanlarında inhalasyon tüberkülozunu değiştirerek potansiyel olarak geniş fibroz ve hastalık ilerlemesine neden olabilir. Daha fazla bilgi için lütfen bu bileşiğin İnsan Toksisitesi Veri Sayfasına bakınız.

Silisyum Karbür Nasıl Yapılır?

Daha yaygın olarak SiC kimyasal sembolü ile anılan silisyum karbür, aşındırıcı, seramik ve yarı iletken malzeme olarak çok sayıda uygulamaya sahiptir. Mevcut en sert malzemelerden biri olan ve gerilme mukavemeti açısından elmastan sonra ikinci sırada gelen güçlü ve dayanıklı silisyum karbür, yüksek sıcaklıklarda bile üstün ısı ve kimyasal inertliğe sahiptir ve bu da onu endüstriyel refrakterlerde vazgeçilmez bir malzeme haline getirir.

Edward Acheson ilk olarak 1891 yılında elektrikle ısıtılan karbon ve alümina eriyiğinde küçük siyah kristaller keşfettiğinde silisyum karbürü yapay olarak sentezledi ve sürece kendi adını verdi; bugün aşındırıcılarda, metalürjide, refrakterlerde ve doğal mozanit minerallerinin üretiminde kullanılan silisyum karbür üretimi için birincil yöntem olmaya devam etmektedir.

Günümüzde silisyum karbür, çeşitli özel uygulamalarda kullanılmak üzere yenilikçi süreçlerle üretilmektedir. Reaksiyona bağlı SiC (CB), toz silisyum ve karbonun plastikleştirici ile karıştırılması ve bir nesne haline getirilmesi; ardından fazla plastikleştiricinin yakılması; son olarak da ilave SiC parçacıkları oluşturmak için gaz veya sıvı silisyum ile daha fazla reaksiyona sokulmasıyla üretilir. Reaksiyona bağlı SiC, uygun maliyetli aşınmaya dayanıklı kaplamaların yanı sıra metalleri eritmek ve tutmak için kullanılan yüksek kaliteli potalar sağlar.

Silisyum karbür üretiminin kimyasal buhar biriktirme ve tek kristal büyütme yöntemleri diğer varyantları üretir. Bu, katı hal elektronik cihazlar için gofretlerin nasıl yapıldığına benzer şekilde, silikon ve karbonun bir vakumda veya yüksek sıcaklıkta bir boule halinde büyütülmesini içerir. Bir kez tamamlandıktan sonra, bu boule daha sonra n-tipi yarı iletken üretmek için azot veya fosfor veya p-tipi yarı iletkenler üretmek için berilyum, bor veya alüminyum ile katkılanabilir.

Silisyum karbür, tane boyutuna, bağlayıcı bileşimine, saflık seviyesine ve yoğunluğuna, parçacık şekline veya nasıl sinterlendiğine bağlı olarak birden fazla kategoriye ayrılabilir. Silisyum karbürün aşındırıcı sınıfları diğer bileşiklerle karıştırılabilir ve endüstriyel refrakterler için granüller halinde öğütülebilir; bu granüller daha sonra çimentolarda, tuğlalarda ve potalarda çimento ikamesi olarak kullanılır. Refrakterler, formülasyonlarının ne kadar hassas bir şekilde karıştırıldığına ve yüksek sıcaklığa ve kimyasal gerilime dayanma kabiliyetlerine göre farklılık gösterir - her uygulama kendi kalite değerlendirmesini gerektirir!

Silisyum Karbürün Başlıca Kullanım Alanları Nelerdir?

Silisyum karbürün birçok uygulaması vardır; mükemmel termal iletkenliğe sahip inert bir malzemedir, elektrik yalıtkanıdır ve yüzeyinde oluşan silisyum dioksit pasivasyon tabakası nedeniyle gökkuşağı benzeri bir parlaklığa sahiptir. Ayrıca, potansiyel olarak korozyon sorunlarına neden olabilecek hidroflorik asit hariç birçok organik ve inorganik asit, alkaliler ve tuzlara karşı mükemmel dirence sahiptir.

SiC, geniş bant aralığı ve silikon yarı iletkenlere göre daha yüksek voltaj toleransı, daha hızlı çalışma hızı ve azaltılmış bağlantı kayıpları gibi avantajları nedeniyle güç elektroniğinde kullanım için çekici bir yarı iletken malzemedir. Tek bir SiC kristali, köşelerinden bağlanmış ve polar yapılara istiflenmiş dört karbon ve dört silikon atomundan oluşan birincil koordinasyon tetrahedraları ile tetrahedral oluşum olarak biriktirilebilir; daha sonra n tipi veya p tipi yarı iletken üretimi için katkı maddeleri eklenebilir (Mantooth Zetterling Rusu).

Saf silisyum karbür, toz SiC'nin argon gazı atmosferinde 2500 degC'de silisyum, karbon, silisyum dikarbid ve disilisyum karbür gibi yüksek sıcaklık türlerine süblimleştirildiği Lely işlemi yoluyla oluşturulabilir. Kübik silisyum karbür kristalleri daha sonra kimyasal buhar biriktirme gibi CVD büyütme işlemleri yoluyla 2 cm boyuta kadar tek kristaller üretmek için öncü olarak silan, hidrojen ve nitrojen ile kimyasal buhar biriktirme kullanılarak büyütülebilir.

Silisyum karbürün aşınmaya karşı direnci bir diğer önemli özelliğidir. Bu özellik, işleme ve taşlama işlemlerinde aşındırıcı bir malzeme olarak ve ekleme öncesinde fiber optik tel parlatma içeren lapidary uygulamalarında popüler olarak kullanılmasını sağlar. Ayrıca, silisyum karbür takılarda da sıklıkla kullanılır.

Dünya üzerindeki en sert iki malzemeden biri olması nedeniyle, silisyum karbür parçaların sinterlenmiş silisyum karbür ürünlerin gerektirdiği hassas boyutlarda işlenmesi son derece zor olabilir. Sinterlenmiş silisyum karbür, belirli mekanik özellik gereksinimlerini karşılamak için bir dizi titiz test ve denetimden geçmelidir; solunması halinde insanlarda fibrozis dahil akciğer hasarına bile yol açabilir.

Silisyum Karbürün Geleceği Nedir?

Silisyum karbür dünyanın en sert maddelerinden biridir ve kesilebilmesi için elmas uçlu bıçaklarla kesilmesi gerekir. Ancak bu zorluğa rağmen, silisyum karbür milyarlarca dolarlık endüstrileri altüst etmeye adaydır; örneğin, silisyum karbür içeren elektrikli araç invertörleri ve şarj cihazları, silikon muadillerine göre daha yüksek sıcaklıklarda çalışırken, anahtarları yarı boyutta olabilir, bu da standart silikon cihazlara kıyasla ağırlık azaltma, maliyet azaltma, karmaşıklığı azaltma ve daha uzun pil menzilleri sağlar.

Daha fazla insan elektrikli araçlara (EV) geçtikçe, silisyum karbür güç elektroniğine olan talep katlanarak artacaktır. Bu hızlı genişleme, vakum ortamlarında kristal büyümesini sağlayan sofistike ekipmanlar kullanılarak özel tesislerde üretilen geniş alanlı, düşük maliyetli gofretler tarafından yönlendirilmektedir; daha sonra bu gofretler güç yarı iletkenleri ve diğer cihazların üretiminde kullanılabilir.

Güç yarı iletkenleri küresel silisyum karbür pazarının büyük bir kısmını oluşturmakta ve elektrikli araçlardan rüzgar türbinlerine, akıllı telefonlardan bilgisayarlara kadar bir dizi uygulamada kullanılmaktadır. Ayrıca, bu teknoloji son zamanlarda petrol ve gaz endüstrilerinde güvenlik ve verimliliği artırmanın bir yolu olarak yaygın bir şekilde benimsenmiştir.

Üreticiler, silisyum karbür cihazlara yönelik artan talebi karşılamak için, Bay City, Michigan'dan SK Siltron'un sunduğu gibi, Enerji Bakanlığı'ndan (DOE) alınan bir krediyle finanse edilen kaliteli SiC gofretlere olan bu ihtiyacı karşılamak için üretim kapasitesine yatırım yapıyor.

Diğer üreticiler yükselen talebe gelişmekte olan pazarlara girerek yanıt veriyor. Çin'in silisyum karbür ve galyum nitrür yarı iletken endüstrisi, elektrikli araçlar (EV'ler) ve endüstriyel uygulamalardan gelen güç yarı iletken talebindeki artış sayesinde hızlı bir büyüme yaşıyor.

Silisyum karbür, refrakter ve aşındırıcı özelliklerinin yanı sıra zorlu koşullar altında çalışma kabiliyeti ile uzun zamandır tanınmaktadır ve bu da onu robotik, üretim tesisleri, motor sürücüleri ve güç ve aşınma direnci gerektiren kesici takımlar ve taşlama taşları için ideal hale getirmektedir. Endüstriyel uygulamalar artık silisyum karbür için en büyük pazarlardan birini temsil etmektedir.