Piikarbidi ja sen sovellukset

Piikarbidi (jota kutsutaan myös karborundiksi) on yksi maailman hyödyllisimmistä kemiallisista yhdisteistä, jota esiintyy luonnossa vain pieniä määriä meteoriiteissa tai korundiesiintymissä olevana moissaniittina; suurin osa siitä valmistetaan synteettisesti.

SiC-laitteet tarjoavat merkittäviä suorituskykyetuja perinteisiin piipuolijohteisiin verrattuna, kuten pienemmät tehohäviöt ja pienemmät komponenttikoot, jotka auttavat alentamaan järjestelmäkustannuksia ja lisäämään tuottavuutta eri teollisuudenaloilla. Niiden tehokkuus mahdollistaa uudet suunnittelumahdollisuudet ja tuottavuuden kasvun eri aloilla.

Hionta-aine

Mustaa piikarbidihiontaa käytetään useissa eri sovelluksissa tasoittamiseen, muotoiluun ja materiaalien esikäsittelyyn pinnoitusta varten. Mustan piikarbidin terävät, itsestään teroittuvat reunat tekevät siitä erinomaisen työstettäessä metallia (erityisesti terästä) sekä ei-metallisia materiaaleja, kuten keramiikkaa ja lasia.

Pitkä käyttöikä ja kestävyys tekevät alumiinioksidista erinomaisen hioma-aineen teolliseen käyttöön, erityisesti kun käsitellään kovia ja kestävämpiä materiaaleja. Se selviytyy raskaista hiontatehtävistä tarkasti ja suojaa samalla materiaaleja lämpövaurioilta ja on samalla lämmönkestävä - ihanteelliset ominaisuudet, kun käsitellään kovempia ja sitkeämpiä materiaaleja.

Hioma-aine alkaa karbotermisen pelkistyksen avulla tuotettuina kiteinä, jotka myöhemmin jäähdytetään ja jähmettyvät hiekaksi, joka esiseulotaan ja luokitellaan hiukkaskoon mukaan alan standardien ja asiakkaiden vaatimusten mukaisesti. Magneettierotus, happopesu ja tarkka lajittelu varmistavat lisäksi tuotteen laadun. Näiden prosessien ansiosta se on kestävyydeltään yksi kovimmista saatavilla olevista kulutuskestävyyksistä; uskomattoman kovuusluokituksen 9,5 ansiosta se pysyy erittäin kestävänä jopa toistuvassa teollisessa käytössä.

Sähköajoneuvot

Sähköajoneuvoilla on tärkeä rooli, kun maailma jatkaa siirtymistään kohti kestävää tulevaisuutta. Piikarbidisirut ovat olennainen osa näiden ajoneuvojen sähköjärjestelmiä, mukaan lukien ajoneuvon sisäiset laturit, DC-DC-muuntimet ja akunhallintajärjestelmät (BMS).

Piikarbidipuolijohteet pystyvät käsittelemään suurempia jännitteitä ja taajuuksia kuin perinteiset puolijohteet, kuten pii, mikä minimoi energiahäviöt ja parantaa tehokkuutta keskeisissä komponenteissa, jotka mahdollistavat pienemmät ja kevyemmät järjestelmät, jotka pienentävät akkujen kokoa ja toimintasädettä samalla kun ne tarjoavat tasaisemman suorituskyvyn.

Yritykset, kuten Wolfspeed, lisäävät tuotantoa 8-tuumaisissa piikarbiditehtaissaan vastatakseen sähköajoneuvojen (EV) suorituskykyisten piikarbiditehomOSFETien ja Schottky-diodien kasvavaan kysyntään, mikä auttaa EV-omistajia alentamaan kustannuksia ja samalla lisäämään kantamaa parantamalla energiamuunnoksen tehokkuutta ajoneuvon latureiden, DC-DC-muuntimien ja BMS-järjestelmien avulla. Ne auttavat myös akkuja säilyttämään kapasiteettinsa pidempään ja yksinkertaistavat samalla jäähdytysjärjestelmiä, jotka säästävät vielä enemmän energiaa.

Puolijohde

Piikarbidi on nopeasti noussut keskeiseksi ainesosaksi lukuisissa sovelluksissa, kuten sähköajoneuvoissa, aurinkoinverttereissä ja energian varastointijärjestelmissä. Se tarjoaa monia etuja vaihtoehtoihinsa verrattuna, kuten alhaisemmat kustannukset, parempi tehokkuus ja pidempi käyttöikä.

Laajan kaistanleveyden ja suuren elektroniliikkuvuuden ansiosta elektronit voivat liikkua vapaammin koko materiaalissa, jolloin kytkentähäviöt pienenevät huomattavasti ja tehon muuntaminen tehostuu.

Lisäksi sen korkea lämmönjohtavuus mahdollistaa sen, että se kestää hyvin korkeita lämpötiloja sulamatta tai hajoamatta, joten se soveltuu erinomaisesti käytettäväksi ilmailu- ja avaruusteollisuudessa ja autoteollisuudessa, joissa yli 1000 F:n käyttölämpötilat ovat rutiinia.

EAG Laboratoriesilla on laaja kokemus SiC:n analysoinnista bulkki- ja spatiaalisesti erotettujen analyysitekniikoiden avulla, minkä ansiosta voimme tarkistaa dopingaineiden pitoisuuden ja jakautumisen sekä kemiallisen puhtauden; nämä kaikki ovat olennaisia tekijöitä, jotta siitä voidaan valmistaa laadukkaita puolijohdetuotteita.

Energian varastointi

Hyödyntämällä akkuvarastoja sähkönkysynnän äkillisten nousujen ja laskujen hallitsemiseksi yleishyödylliset laitokset voivat välttää kalliit investoinnit siirto- ja jakeluinfrastruktuuriin. Akkuvarastointiteknologia voi aloittaa sähkön purkautumisen millisekunneissa, jotta energiantarpeet voidaan täyttää ja samalla lieventää verkon ruuhkia - näin asiakkaat säästävät rahaa ja saavat samalla lisää toimitusvarmuutta.

Piikarbidipuolijohteiden läpilyöntijännite on korkeampi kuin piistä valmistetuilla puolijohteilla, joten ne soveltuvat erinomaisesti korkeajännitteisiin teholaitteisiin, kuten MOSFETeihin ja IGBT:iin. Lisäksi sen leveä kaistanväli mahdollistaa sen käytön paljon korkeammissa käyttölämpötiloissa pienemmillä kytkentähäviöillä, mikä lisää laitteen tehokkuutta.

Piikarbidia (jota yleisesti kutsutaan nimellä moissanite) esiintyy sekä luonnossa meteoriiteissa että synteettisesti korkean lämpötilan prosesseissa, joissa piihiekka yhdistyy uudelleen hiilen kanssa korkeissa lämpötiloissa. SiC-sovellusten kannalta on tärkeää saada aikaan suuren tiheyden omaavia materiaaleja. Frage et al. osoittivat hiljattain ympäristöystävällisen valmistusmenetelmän toteutettavuuden, jolla tuotetaan täystiheää polykiteistä RBSC-komposiittia ilman pyrolyysiä, mikä saattaa helpottaa SiC-tuotteiden kehitystyötä sovelluksissa.