Що таке карбід кремнію?

Карбід кремнію використовується в електронних пристроях, які підсилюють, перемикають або перетворюють сигнали в електричному ланцюзі. Завдяки меншій стійкості до напруги та температури, ці пристрої здатні працювати на вищих частотах з меншими втратами потужності.

SiC виробляється в електричній печі за допомогою процесу Ачесона і шляхом нагрівання в електричній печі кварцового піску, змішаного з вуглецем, який зазвичай отримують з нафтового коксу. Кінцевим продуктом є дрібні кристалічні зерна з зеленими або чорними відтінками залежно від рівня чистоти.

Характеристики

Карбід кремнію (sic) - це ковалентно зв'язаний світло-сірий твердий матеріал з надзвичайно високою температурою плавлення і сильною корозійною стійкістю, а також відмінною стійкістю до термічних ударів і вібрацій, а також жорсткістю, міцністю і щільністю. Його кристалічна структура складається з тісно упакованих первинних координаційних тетраедрів, що складаються з чотирьох атомів кремнію, з'єднаних чотирма атомами вуглецю, розташованими гексагонально всередині гексагональних блоків для полегшення процесу виробництва; ці первинні координаційні тетраедри забезпечують цікаві електричні властивості - наприклад, діють як ізолятор в чистому вигляді, а при допінгуванні іншими елементами можуть проявляти напівпровідність або провідність.

Завдяки своїй твердості, абразивності та зносостійкості карбід кремнію з кінця 19-го століття використовується як абразив для шліфування, піскоструминної обробки, хонінгування та гідроабразивного різання, а також у металургії та виробництві сталі. Крім того, карбід кремнію відіграє невід'ємну роль у виробництві керамічних гальмівних дисків для автомобілів, зменшуючи тертя та рівень шуму.

Напівпровідники карбіду кремнію мають значні переваги над кремнієвими напівпровідниками в електронних пристроях, зокрема в 10 разів більшу пробивну напруженість електричного поля, значно менший опір дрейфового шару на одиницю площі та більшу витривалість до напруги (від 600 В до тисяч В). Тонкі шари карбіду кремнію також дозволяють пристроям досягати менших розмірів і більшої питомої потужності, що сприяє його застосуванню в системах керування живленням електромобілів, які підтримують збільшену відстань пробігу від акумулятора.

Додатки

Карбід кремнію має відмінні трибологічні властивості, високу міцність і корозійну стійкість, а також може працювати за високих температур без деградації або розтріскування. Карбід кремнію використовується як частина інструментів з карбіду вольфраму, а також у дробеструйній обробці як абразивний матеріал.

Пластини карбіду кремнію, які широко використовуються в електронних пристроях, потребують менше енергії, ніж їхні кремнієві аналоги, щоб ефективно працювати при вищих напругах, температурах, частотах і теплопровідності; крім того, вони мають більший опір теплопровідності і стійкість до теплових ударів, що призводить до створення менших пасивних компонентів зі зменшеною вагою і загальною вартістю в порівнянні з рішеннями на основі кремнію. Діоди Шотткі та MOSFET (як в дискретному, так і в силовому корпусі) є популярними прикладами використання цього матеріалу.

SiC - вражаючий матеріал для роботи, проте його виробництво вимагає складного процесу, що включає змішування, дроблення та спікання сировини до перетворення на щільний чорний або сірий порошок, який потім можна різати або подрібнювати до певних розмірів для різних застосувань.

Washington Mills пропонує карбід кремнію CARBOREX(r) різних хімічних складів і розмірів для різних галузей промисловості, таких як абразивоструминна обробка, ізоляція кераміки, металургійні вогнетриви, вогнетриви, пиляння дроту, зносостійкість. Наша команда експертів тут, щоб показати вам всі його можливості!

Виробництво

Карбід кремнію Sic виробляється шляхом спікання тонко подрібненої суміші сировини. Ця сировина може включати різні елементи, такі як пісок і нафтовий кокс, або навіть два чи більше різних матеріалів, які змішуються відповідно до певних співвідношень перед тим, як їх поміщають в електродугову піч і нагрівають до високих температур. Частинки коксу або піску випалюються, утворюючи вуглець, який потім з'єднується з кремнієм, утворюючи те, що ми знаємо як карбід кремнію.

Сирий карбід кремнію очищують шляхом сортування, подрібнення та хімічної обробки для отримання готових зерен і порошків, придатних для різних застосувань. Чорно-сірий карбід кремнію, твердішим за який є лише алмаз і кубічний нітрид бору, зазвичай використовується для створення керамічних пластин, що застосовуються в бронежилетах, забезпечуючи надійний балістичний захист і водночас будучи значно легшим, ніж броньована сталь або оксид алюмінію.

Чистий карбід кремнію рідко зустрічається в природі, і його доводиться виробляти штучно за допомогою синтетичних засобів. Метод Lely передбачає нагрівання гранітного тигля при високих температурах для сублімації порошку карбіду кремнію в кристали, які потім наносяться на графітові підкладки при більш низьких температурах за допомогою іншого процесу, відомого як сублімація. Після завершення кристали можна обрізати до потрібних розмірів і форм, перш ніж легувати домішками, такими як бор, для отримання провідності P-типу в SiC.

Безпека

Стійкість карбіду кремнію до високих температур і радіації робить його ідеальним матеріалом для електроніки космічних апаратів, що працюють в умовах палючої поверхні Венери (460 градусів) та інтенсивного атмосферного тиску Юпітера. Радіаційно стійка електроніка з карбіду кремнію дозволить створювати менші космічні апарати, включати більше наукових приладів у кожну місію і збільшувати тривалість операцій, що призведе до зменшення розмірів і ваги, а також до збільшення тривалості місій.

Композити на основі матриці SiC, армовані безперервним волокном (SiCf/SiC), є перспективними матеріалами для перших стінок і оболонок майбутніх термоядерних реакторів, оскільки вони мають багато бажаних властивостей, включаючи високотемпературні механічні характеристики з вищою стійкістю до пошкоджень, ніж у монолітного SiC [1,2], видатну теплопровідність і знижену активацію до нейтронно-індукованої радіоактивності [3-6].

На рис. 9a-c показано, що згідно з результатами структурного аналізу, представленими тут, обидві оболонки SS-310 і Zry-4 демонструють подібні запаси міцності під час первинних інтервалів напружень Треска в LBLOCA; однак SiC має більші запаси міцності завдяки своїм вищим значенням первинних напружень Треска і межам міцності на розрив, ніж Zry-4.

Як показано на рисунку 11, просторові ефекти самозахисту змінюються залежно від типу оболонки. Як видно для кожної моделі (SiC або SS-310), накопичення Pu-239 відрізняється під час випробувань LBLOCA з паливними таблетками з кожної з них, що призводить до більшої концентрації Pu-239 біля відповідних моделей оболонок (модель SS-310 є більш вірогідною) під час МОЛ і ЗЗП, ніж модель SiC.