Применение карбида кремния

Карбид кремния - это современная керамика, которая известна своей прочностью, легкостью, химической инертностью и широко используется в автомобильной промышленности и пуленепробиваемых жилетах.

Эдвард Гудрич Ачесон впервые успешно синтезировал его искусственным путем в 1891 году, используя в качестве сырья порошкообразный кокс и углерод, а в качестве исходного материала - порошок углерода. Муассанит встречается в природе в виде непрозрачного минерала, известного как муассанитит, который был обнаружен лауреатом Нобелевской премии химиком Анри Муассаном в Каньоне Дьябло в Аризоне.

Автомобили

Карбид кремния может стать решением проблемы, связанной с необходимостью создания более энергоэффективных, надежных и экологичных автомобилей. Карбид кремния обладает потенциалом для решения этих задач путем улучшения управления питанием в электромобилях (EV). Карбид кремния имеет более высокую критическую напряженность электрического поля, чем традиционные приборы на основе кремния, что приводит к снижению потерь мощности и стоимости производства силовых МОП-транзисторов/МГБТ.

Карбид кремния (химическая формула: SiC) - промышленно производимый синтетический материал, обладающий самой высокой твердостью среди природных и синтетических материалов - он занимает 9 место по шкале Мооса, уступая лишь алмазу. Впервые его производство было начато в 1891 году Эдвардом Ачесоном при попытке получить искусственные алмазы, когда он обнаружил небольшие черные кристаллы в нагретом электричеством расплаве углерода и кремния, которые он измельчил в порошок для использования в качестве промышленных абразивов и керамики. Карбид кремния обладает такими превосходными качествами, как высокая твердость, низкая плотность, низкий коэффициент теплового расширения и устойчивость к химическому воздействию кислой среды по сравнению с аналогами - особенно кислотными химическими веществами, такими как коррозия.

Характеристики материала, которые делают керамику очень полезной, включают в себя то, что она является одним из самых прочных и абразивных материалов, что делает ее идеальным абразивным материалом и компонентом для пуленепробиваемых жилетов. Кроме того, ее твердость, прочность и жесткость были улучшены благодаря спеканию, которое предполагает прессование порошка при высоких температурах для получения плотных керамических материалов, используемых в производстве автомобильных тормозов, сцеплений и пластин пуленепробиваемых жилетов.

Карбид кремния нашел самое широкое применение в полупроводниковой электронике, где его способность выдерживать более высокие температуры, напряжения и частоты, чем у устройств на основе кремния, позволила ему получить прозвище "следующий кремний". От других полупроводниковых материалов карбид кремния отличает квантово-механическое явление, известное как широкая полосовая щель.

Широкая полоса пропускания карбида кремния позволяет ему проводить электричество более эффективно, чем кремний, что дает возможность работать при гораздо более высоких температурах без потери эффективности и надежности. Так, некоторые чипы на основе кремния не могут работать при температуре выше 300 градусов Цельсия, что снижает стоимость, сложность и вес систем активного охлаждения.

Аэрокосмическая промышленность

Карбид кремния широко используется в аэрокосмической промышленности благодаря своей твердости, термостойкости, химической инертности и устойчивости к тепловым ударам. Кроме того, химическая инертность карбида кремния позволяет избежать проблем с коррозией, а его твердость делает его идеально подходящим для использования в диодах с барьером Шоттки и МОП-транзисторах, которые создают высокое напряжение пробоя при минимальном сопротивлении включения в электронных устройствах, таких как силовые приборы, например диоды с барьером Шоттки или МОП-транзисторы, которые создают более высокое напряжение пробоя при меньшем сопротивлении включения, чем используемые материалы-конкуренты.

Поскольку его плотность вдвое меньше, чем у титана или стали, его легкий и в то же время жесткий состав делает его привлекательным материалом для деталей самолетов. Кроме того, устойчивость к космическому излучению делает его пригодным для изготовления зеркал и конструктивных элементов космических аппаратов.

Карбид кремния обладает впечатляющей прочностью, износостойкостью, термостойкостью и электропроводностью, что делает его ключевым компонентом полупроводниковых приборов, обеспечивающих высокие частоты и скорость переключения. Прогнозируется быстрый рост рынка карбида кремния благодаря растущему спросу на этот материал в различных отраслях экономики.

Карбид кремния получил одно из самых распространенных автомобильных применений в керамико-матричных композитных (КМК) тормозных дисках, устанавливаемых на многих мощных автомобилях. Карбид кремния повышает прочность и термическую стабильность, обеспечивая максимальную долговечность и работоспособность при высоких температурах.

В производстве карбида кремния используется множество передовых технологий. Например, реакционно-связанный карбид кремния (RB-SiC) образуется путем смешивания порошкообразного кремния и углерода с пластификатором, формования в нужные формы, а затем сжигания остатков пластификатора и обжига. Реакционно-связанный SiC отличается превосходной обрабатываемостью, а также тепловыми свойствами.

Микрообработка поверхности (SMM) уже давно используется как процесс быстрой обработки металлических деталей с помощью обычных инструментов, таких как пилы, сверла и шлифовальные машины. Однако его производство может быть трудоемким и дорогостоящим для крупных деталей из-за трудоемкого и дорогостоящего процесса спекания, а также сложных операций травления и шлифования, что значительно замедляет производство. Поэтому для ускорения производственного цикла был разработан новый метод, известный как микрообработка поверхности.

Компания Washington Mills производит карбид кремния CARBOREX(r) различных химикатов и размеров для различных отраслей промышленности, а наши специалисты готовы продемонстрировать вам все его возможности.

Электроника

Карбид кремния (SiC) - это чрезвычайно прочный керамический материал с самыми высокими показателями прочности на разрыв и температуры плавления среди всех современных керамических материалов, что делает его пригодным для использования в высокопроизводительных инженерных системах, работающих в экстремальных условиях. SiC можно найти в таких областях применения, как подшипники насосов, пескоструйные форсунки, клапаны и нагревательные элементы - в условиях высокого давления/высокой температуры, например, при бурении нефтяных и газовых скважин, он даже обладает коррозионной стойкостью, превосходящей металлические аналоги!

SiC быстро превращается в важный базовый материал для электроники. Широкозонный материал SiC имеет электронную полосу пропускания в диапазоне от 2,4 до 3,3 эВ (по сравнению с полосой пропускания кремния в 1,1 эВ). Каждый кристаллический политип SiC обладает различными физическими свойствами, однако только три (3C и 4H) подходят для электронных устройств благодаря своей стабильности при высоких температурах.

SiC быстро становится одной из самых интересных областей применения электроники в электромобилях (EV). В системах управления аккумуляторами используются высокочувствительные компоненты, которые преобразуют и распределяют различные напряжения, необходимые для питания стеклоподъемников, осветительных приборов и силовых двигателей - для достижения оптимальных результатов эта сложная задача требует быстрой, эффективной и надежной технологии SiC.

Поскольку электродвигатели выделяют значительное количество тепла, работа при повышенных температурах может стать дополнительной проблемой для систем управления батареями. Полупроводники SiC - идеальный выбор для высоковольтной силовой электроники, поскольку они способны выдерживать гораздо более высокие температуры, чем их кремниевые собратья, и при этом легко справляются со скачками напряжения.

SiC также идеально подходит для использования в зарядных устройствах и инверторах электромобилей благодаря своей способности выдерживать высокочастотные скачки напряжения, что делает этот материал идеальным для эффективного и быстрого управления потоками энергии. Эти устройства играют решающую роль в общей эффективности аккумуляторов, поскольку они влияют на скорость и эффективность их зарядки, а также определяют продолжительность межзарядного периода.

По мере роста спроса на электромобили (EV) будет расти и спрос на передовые технологии управления батареями. Конструкции EV на основе карбида кремния могут стать серьезным шагом вперед; Silicon Labs уже использует SiC в таких изолированных решениях для своих собственных разработок EV.

Энергия

Технология карбида кремния (SiC) широко используется в энергетических приложениях благодаря своей энергоэффективности, высокому напряжению и теплопроводности. SiC широко применяется в электронике, например, в силовых электронных инверторах для электромобилей (EV), системах управления батареями (BMS), солнечных фотоэлектрических модулях и фотоэлектрических панелях; многочисленные преимущества SiC способствуют усилиям по декарбонизации и снижению зависимости от угля и ископаемого топлива.

Широкая полоса пропускания карбида кремния позволяет ему выдерживать более высокие температуры и токи, чем устройства на основе кремния, и работать на более высоких частотах и напряжениях, чем другие сравниваемые с ним материалы. В результате этот материал является отличным выбором для таких приложений, как инверторы для электромобилей/зарядные станции/системы питания для возобновляемых источников энергии, таких как ветряные/солнечные фотоэлектрические панели, а также для железнодорожного транспорта.

Карбид кремния (SiC) - это кристаллический материал, который встречается в различных формах или политипах, каждый из которых обладает уникальными физическими и электрическими характеристиками. Состоящий из атомов кремния, ковалентно соединенных с атомами углерода в тетраэдрическую структуру связи, SiC является одним из самых твердых веществ, известных науке, конкурируя с алмазом и карбидом бора как одно из самых твердых известных веществ.

Возможно бесконечное число последовательностей укладки, что приводит к появлению политипов с кубической, гексагональной и ромбоэдрической кристаллической структурой. Обычно они выращиваются эпитаксиально методом химического осаждения из паровой фазы, что позволяет точно контролировать толщину эпитаксиального слоя, а также легирование примесями.

Карбид кремния в чистом виде ведет себя как электрический изолятор, однако контролируемое легирование примесями может изменить его электрическое поведение и превратить в полупроводник. При легировании карбида кремния алюминием получается полупроводник p-типа, а при легировании фосфором или азотом - полупроводник N-типа.

Особые физические свойства карбида кремния делают его востребованным материалом для зеркал астрономических телескопов. Твердый и жесткий, с низкими показателями теплового расширения, он выдерживает перепады температур без значительного расширения или сжатия. Кроме того, его жесткость препятствует дифракции света, что делает его идеальным материалом для отражающих зеркал телескопов, впервые использованных в космическом телескопе Гершеля, а затем принятых на вооружение несколькими обсерваториями.