Silīcija karbīds un tā lietojumi

Silīcija karbīds (saukts arī par karborundu) ir viens no pasaulē visnoderīgākajiem ķīmiskajiem savienojumiem, kas dabā sastopams tikai nelielos daudzumos kā moisanīts meteorītu vai korunda atradnēs; lielākā daļa tiek radīta sintētiski.

SiC ierīces nodrošina ievērojamas veiktspējas priekšrocības salīdzinājumā ar parastajiem silīcija pusvadītājiem, tostarp mazākus enerģijas zudumus un mazākus komponentu izmērus, kas palīdz samazināt sistēmu izmaksas un palielināt produktivitāti dažādās nozarēs. To efektivitāte paver jaunas projektēšanas iespējas un palielina produktivitāti visās nozarēs.

Abrazīvs

Melno silīcija karbīda abrazīvu var izmantot dažādos veidos, lai izlīdzinātu, veidotu un sagatavotu materiālus pārklājumu uzklāšanai. Melnais silīcija karbīds ar savām asajām pašslīpējošajām malām ir lieliski piemērots metāla (īpaši tērauda), kā arī nemetālisku materiālu, piemēram, keramikas un stikla, apstrādei.

Ilgs kalpošanas laiks un izturība padara alumīnija oksīdu par lielisku abrazīvu rūpnieciskai izmantošanai, jo īpaši, strādājot ar cietiem un izturīgākiem materiāliem. Tas var precīzi veikt smagas slīpēšanas uzdevumus, vienlaikus aizsargājot materiālus pret karstuma bojājumiem un esot termiski izturīgs - ideālas īpašības, strādājot ar cietākiem un izturīgākiem materiāliem.

Abrazīvs sākas kā kristāli, kas iegūti karbotermiskās reducēšanas procesā, un vēlāk tiek atdzesēts un sacietināts smilšu veidā, iepriekš sijāts un klasificēts pēc daļiņu lieluma, lai atbilstu nozares standartiem un klientu prasībām. Magnētiskā atdalīšana, skābes mazgāšana un precīza šķirošana vēl vairāk nodrošina produkta kvalitāti. Pateicoties šiem procesiem, tā izturība padara to par vienu no vissmagāk nodilstošajiem; ar neticamo cietības rādītāju 9,5 tas ir ļoti izturīgs pat vairākkārtējas rūpnieciskās lietošanas gadījumā.

Elektriskie transportlīdzekļi

Mūsu pasaulei turpinot pāreju uz ilgtspējīgu nākotni, būtiska nozīme ir elektriskajiem transportlīdzekļiem (EV). Silīcija karbīda mikroshēmas ir neatņemama šo transportlīdzekļu barošanas sistēmu, tostarp borta lādētāju, DC-DC pārveidotāju un akumulatoru vadības sistēmu (BMS), sastāvdaļa.

Silīcija karbīda pusvadītāji spēj izturēt augstāku spriegumu un frekvences nekā tradicionālie pusvadītāji, piemēram, silīcijs, tādējādi samazinot enerģijas zudumus un uzlabojot efektivitāti galvenajos komponentos, kas ļauj izveidot mazākas un vieglākas sistēmas, kas samazina akumulatora izmēru un piedziņas diapazonu, vienlaikus nodrošinot vienmērīgāku darbību.

Tādi uzņēmumi kā Wolfspeed palielina ražošanu savās 8 collu silīcija karbīda rūpnīcās, lai apmierinātu augošo pieprasījumu pēc augstas veiktspējas elektromobiļu (EV) silīcija karbīda jaudas MOSFET un Šotkija diodēm, palīdzot EV īpašniekiem samazināt izmaksas un vienlaikus palielināt darbības diapazonu, uzlabojot enerģijas pārveidošanas efektivitāti, izmantojot borta lādētājus, DC-DC pārveidotājus un BMS sistēmas. Tie arī palīdz akumulatoriem ilgāk saglabāt jaudu, vienlaikus vienkāršojot dzesēšanas sistēmas, kas ietaupa vēl vairāk enerģijas.

Pusvadītāju

Silīcija karbīds ir strauji kļuvis par galveno sastāvdaļu daudzos lietojumos, piemēram, elektriskajos transportlīdzekļos, saules inverteros un enerģijas uzglabāšanas sistēmās. Tas piedāvā dažādas priekšrocības salīdzinājumā ar alternatīvām, tostarp zemākas izmaksas, lielāku efektivitāti un ilgāku kalpošanas laiku.

Pateicoties tā plašajam joslas spraugas laukumam un augstajai elektronu kustīgumam, elektroni var brīvi pārvietoties visā materiālā, tādējādi ievērojami samazinot pārslēgšanās zudumus un tādējādi panākot efektīvāku enerģijas pārveidi.

Turklāt tā augstā siltumvadītspēja ļauj tam izturēt ļoti augstas temperatūras, nesadaloties un nesadaloties, tāpēc tas ir ideāli piemērots izmantošanai kosmiskās aviācijas un automobiļu rūpniecībā, kur darba temperatūra pārsniedz 1000 F.

EAG Laboratories ir plaša pieredze SiC analīzē, izmantojot masveida un telpiskās analīzes metodes, kas ļauj pārbaudīt leģējošo vielu koncentrāciju un sadalījumu, kā arī ķīmisko tīrību; visi šie aspekti ir būtiski, lai no SiC ražotu kvalitatīvus pusvadītāju produktus.

Enerģijas uzglabāšana

Izmantojot akumulatoru krātuves, lai risinātu pēkšņu elektroenerģijas pieprasījuma kāpumu un kritumu problēmu, komunālo pakalpojumu sniedzēji var izvairīties no dārgiem ieguldījumiem pārvades un sadales infrastruktūrā. Akumulatoru uzglabāšanas tehnoloģija var sākt izlādēt elektroenerģiju milisekundes laikā, lai apmierinātu enerģijas pieprasījumu, vienlaikus mazinot tīkla pārslodzi - ietaupot klientu naudu un nodrošinot lielāku piegādes drošību.

Silīcija karbīda pusvadītājiem ir augstāks sadalīšanās spriegums nekā to silīcija analogiem, tāpēc tie ir ideāli piemēroti izmantošanai augstsprieguma strāvas ierīcēs, piemēram, MOSFET un IGBT. Turklāt tā plašā joslas sprauga ļauj tam darboties daudz augstākās darba temperatūrās ar samazinātiem komutācijas zudumiem, tādējādi palielinot ierīces efektivitāti.

Silīcija karbīdu (parasti saukts par moisanītu) var atrast gan dabā meteorītos, gan sintētiski, izmantojot augstas temperatūras procesus, kuros silīcija smiltis augstā temperatūrā rekombinējas ar oglekli. SiC lietojumiem ir svarīgi iegūt augsta blīvuma materiālus. Nesen Frage et al. demonstrēja videi draudzīgas ražošanas metodes iespējamību, ar kuru iegūst pilna blīvuma polikristālisku RBSC kompozītu, neizmantojot pirolīzi, kas potenciāli atvieglo SiC produktu izstrādi lietojumos.