Definicja węglika krzemu

Węglik krzemu (SiC) to ultratwarda ceramika nietlenkowa o wyjątkowych właściwościach i zastosowaniach, odkryta po raz pierwszy w 1891 roku przez amerykańskiego wynalazcę Edwarda G. Achesona podczas próby wyprodukowania sztucznych diamentów.

SiC jest zazwyczaj izolatorem w stanie czystym, ale może wykazywać półprzewodnictwo poprzez kontrolowane domieszkowanie. Materiał o szerokim paśmie przenoszenia, taki jak SiC, może przenosić energię elektryczną bardziej efektywnie niż tradycyjne półprzewodniki.

Pochodzenie

Węglik krzemu (SiC) to twardy, kruchy związek węgla i krzemu o wzorze chemicznym SiC. Materiał ten występuje naturalnie jako minerał moissanit, ale jest produkowany masowo jako materiał ścierny od 1893 roku. Ziarna tego materiału mogą być stapiane ze sobą za pomocą spiekania w celu wytworzenia bardzo twardej ceramiki, która ma takie zastosowania, jak hamulce samochodowe / sprzęgła / płytki sprzęgła osadzone w kamizelkach kuloodpornych, a także półprzewodnikowe urządzenia elektroniczne działające w wysokich temperaturach i / lub napięciach.

Nowoczesne metody produkcji węglika krzemu do użytku w przemyśle materiałów ściernych, metalurgicznym i materiałów ogniotrwałych obejmują podgrzewanie mieszaniny czystego piasku krzemionkowego i koksu węglowego w elektrycznym piecu oporowym z prądem elektrycznym przepływającym przez przewodniki węglowe w celu wywołania reakcji chemicznych, które wytwarzają SiC. Jest to intensywny proces, który może trwać kilka dni, ponieważ oba elementy spalają się w nicość, zanim ostatecznie rozproszą się ponownie w nicość.

SiC jest wyjątkowo stabilnym materiałem o niskiej rozszerzalności cieplnej. Te cechy w połączeniu z twardością, sztywnością i przewodnością cieplną sprawiają, że jest to doskonały wybór dla luster stosowanych w dużych teleskopach optycznych. SiC staje się również atrakcyjnym zamiennikiem tradycyjnych półprzewodników krzemowych w wymagających zastosowaniach, takich jak elektronika mocy dla naziemnych pojazdów elektrycznych i sieci komórkowych 5G, ponieważ może wytrzymać wyższe gęstości mocy przy temperaturach roboczych, oferując jednocześnie większą niezawodność niż te tradycyjne materiały.

Właściwości

Węglik krzemu (SiC), wytwarzany z połączenia krzemu i węgla, jest intrygującym materiałem o wielu pożądanych właściwościach. SiC jest twardy, wytrzymały i odporny na wysokie temperatury, nie utlenia się i jest odporny na korozję, a także jest niezwykle mocną i odporną na ścieranie ceramiką, dzięki czemu nadaje się do zastosowań obejmujących hamulce i sprzęgła, a także materiały konstrukcyjne, takie jak kamizelki kuloodporne.

Węglik krzemu w stanie czystym jest izolatorem elektrycznym, jednak poddany kontrolowanemu domieszkowaniu może wykazywać właściwości półprzewodnikowe. W przeciwieństwie do przewodników, które zawsze pozwalają na swobodny przepływ energii elektrycznej, półprzewodniki mogą wzmacniać, przełączać lub przekształcać prądy elektryczne poprzez stymulację polami elektrycznymi lub falami elektromagnetycznymi, takimi jak światło. Zdolność ta stanowi podstawę dla urządzeń elektronicznych, takich jak diody Schottky'ego, tranzystory MOSFET i FET, które mają znacznie niższą rezystancję włączenia niż tranzystory bipolarne w zastosowaniach wysokonapięciowych.

Szczelina pasmowa węglika krzemu jest znacznie większa niż krzemu, co wymaga znacznie więcej energii dla elektronów do przejścia z pasma walencyjnego do pasma przewodnictwa - pozwala to wytrzymać znacznie większe pola elektryczne bez utraty mocy w urządzeniach elektronicznych.

Zastosowania

Węglik krzemu (SiC) niedawno powrócił jako przemysłowy materiał ceramiczny, stając się jedną z najtwardszych znanych substancji, rywalizując pod względem twardości z diamentem i węglikiem boru. SiC jest również stosowany w pancerzach kuloodpornych - jego twarde bloki ceramiczne zapobiegają przenikaniu przez nie pocisków.

Węglik krzemu może również stać się półprzewodnikiem po dodaniu kontrolowanych zanieczyszczeń. Domieszkowanie może obejmować dodanie domieszek boru i aluminium w celu uzyskania półprzewodników typu p lub azotu i fosforu w celu uzyskania półprzewodników typu n - daje to wiele zastosowań w produkcji urządzeń elektronicznych, takich jak półprzewodniki mocy.

SiC jest najczęściej stosowany jako materiał ścierny, wykorzystujący swoją twardość lub działanie szlifujące do czyszczenia metali, szkła i powierzchni ceramicznych, takich jak płytki. Co więcej, topienie SiC i nakładanie go jako powłoki na narzędzia stalowe zwiększa ich trwałość, a jednocześnie działa jako stabilizator w produkcji wysokiej jakości ceramiki.

Chociaż SiC występuje naturalnie jako kamienie szlachetne moissanit, większość produkcji SiC odbywa się syntetycznie. SiC jest wytwarzany poprzez redukcję piasku krzemionkowego węglem w elektrycznych piecach oporowych w wysokich temperaturach; następnie mieszany z koksem w celu uzyskania czarnych lub zielonych odmian znanych jako a-SiC i b-SiC, które są następnie przetwarzane zgodnie z ich przeznaczeniem.

Rynek

Węglik krzemu jest jednym z najbardziej korzystnych związków chemicznych znanych człowiekowi, a także jedną z najtwardszych znanych substancji. Choć węglik krzemu występuje rzadko w naturze, musi on zostać zsyntetyzowany przed jego komercyjnym wykorzystaniem. Węglik krzemu znajduje zastosowanie w różnych aplikacjach przemysłowych, w tym w robotyce, zakładach produkcyjnych i napędach silnikowych, gdzie jego trwałość zapewnia odporność na ścieranie; narzędzia tnące i ściernice również wykorzystują go w szerokim zakresie.

Szerokie pasmo przenoszenia węglika krzemu pozwala mu pracować przy wyższych częstotliwościach i temperaturach, jednocześnie minimalizując straty energii, co prowadzi do większej wydajności i dłuższej żywotności baterii w pojazdach elektrycznych (EV). Popyt ten spowodował gwałtowny wzrost sprzedaży elektroniki mocy SiC.

Członkowie branży SiC czerpią również korzyści z silnego wsparcia rządowego w Ameryce Północnej, takiego jak granty badawcze, zachęty finansowe i nagrody za innowacje i rozwój technologii.

SkyQuest's Advanced Business Intelligence, Research & Analysis Wing (ABIRAW) zapewnia szczegółowe informacje rynkowe na temat węglika krzemu (SiC). Gromadzą, zestawiają i korelują dane pierwotne i wtórne, aby uzyskać jasny obraz tego rynku, a następnie przeprowadzają dogłębne analizy identyfikujące czynniki napędzające, wyzwania i możliwości w jego obrębie - ostatecznie oferując strategicznym decyzjom biznesowym mapę drogową, którą mogą podążać, aby odnieść sukces. Raporty są dostępne zarówno na ich stronie internetowej, jak i do zakupu za pośrednictwem Amazon przez ograniczony czas.