Karbid kremíka a jeho aplikácie

Karbid kremíka (označovaný aj ako karborundum) je jednou z najužitočnejších chemických zlúčenín na svete, pričom len malé množstvo sa vyskytuje v prírode ako moissanit v meteoritoch alebo v ložiskách korundu; väčšina sa vytvára synteticky.

Zariadenia SiC prinášajú oproti konvenčným kremíkovým polovodičom významné výkonnostné výhody vrátane nižších výkonových strát a menších rozmerov komponentov, ktoré pomáhajú znižovať náklady na systémy a zvyšovať produktivitu v rôznych odvetviach. Ich účinnosť umožňuje nové konštrukčné možnosti a zvýšenie produktivity v rôznych odvetviach.

Abrazívne

Čierne brúsivo z karbidu kremíka možno nájsť v rôznych aplikáciách na vyhladzovanie, tvarovanie a prípravu materiálov na povrchovú úpravu. Vďaka svojim ostrým samoostriacim sa hranám vyniká čierny karbid kremíka pri opracovávaní kovov (najmä ocele), ako aj nekovových materiálov, ako je keramika a sklo.

Dlhá životnosť a odolnosť robia z oxidu hlinitého vynikajúce brúsivo na priemyselné použitie, najmä pri práci s tvrdými a odolnejšími materiálmi. Dokáže precízne zvládnuť ťažké brúsne úlohy a zároveň chráni materiály pred poškodením teplom, pričom je tepelne odolný - ideálne vlastnosti pri práci s tvrdšími a odolnejšími materiálmi.

Brúsivo sa začína ako kryštály vyrobené karbotermickou redukciou a neskôr sa ochladzuje a tuhne na zrno, ktoré sa vopred triedi a klasifikuje podľa veľkosti častíc, aby spĺňalo priemyselné normy a požiadavky zákazníkov. Magnetická separácia, pranie kyselinou a presné triedenie ďalej zabezpečujú kvalitu výrobku. Vďaka týmto procesom je jeho odolnosť jednou z najtvrdších dostupných materiálov; s neuveriteľnou tvrdosťou 9,5 zostáva veľmi odolný aj pri opakovanom priemyselnom používaní.

Elektrické vozidlá

Keďže náš svet pokračuje v prechode na udržateľnú budúcnosť, elektrické vozidlá (EV) zohrávajú dôležitú úlohu. Čipy z karbidu kremíka sú neoddeliteľnou súčasťou energetických systémov týchto vozidiel - vrátane palubných nabíjačiek, DC-DC meničov a systémov riadenia batérií (BMS).

Polovodiče z karbidu kremíka zvládajú vyššie napätia a frekvencie ako tradičné polovodiče, ako je kremík, čím sa minimalizujú energetické straty a zvyšuje účinnosť kľúčových komponentov, ktoré umožňujú menšie a ľahšie systémy, ktoré znižujú veľkosť batérie a dosah pohonu a zároveň ponúkajú plynulejší výkon.

Spoločnosti ako Wolfspeed zvyšujú výrobu vo svojich 8-palcových továrňach na karbid kremíka, aby uspokojili rastúci dopyt po vysoko výkonných výkonových MOSFEToch a Schottkyho diódach pre elektrické vozidlá (EV), ktoré pomáhajú majiteľom EV znižovať náklady a zároveň zvyšovať dojazd zlepšením účinnosti konverzie energie prostredníctvom palubných nabíjačiek, DC-DC konvertorov a systémov BMS. Pomáhajú tiež batériám udržať si dlhšie kapacitu a zároveň zjednodušujú chladiace systémy, ktoré šetria ešte viac energie.

Polovodičové

Karbid kremíka sa rýchlo stal kľúčovou zložkou v mnohých aplikáciách, ako sú elektrické vozidlá, solárne meniče a systémy skladovania energie. Oproti svojim alternatívam ponúka rôzne výhody vrátane nižších nákladov, vyššej účinnosti a dlhšej životnosti.

Vďaka širokému pásmovému rozhraniu a vysokej pohyblivosti elektrónov sa elektróny môžu voľnejšie pohybovať po celom materiáli, čo vedie k oveľa menším stratám pri spínaní, a tým aj k účinnejšej konverzii energie.

Okrem toho jeho vysoká tepelná vodivosť mu umožňuje odolávať veľmi vysokým teplotám bez toho, aby sa roztavil alebo degradoval, čo ho robí ideálnym na použitie v leteckom a automobilovom priemysle, kde sú prevádzkové teploty nad 1000 F bežné.

Laboratóriá EAG majú rozsiahle skúsenosti s analýzou SiC pomocou objemových a priestorovo rozlíšených analytických techník, čo nám umožňuje overiť koncentráciu a distribúciu dopantov, ako aj chemickú čistotu; všetky tieto aspekty sú nevyhnutné na výrobu kvalitných polovodičových výrobkov z tohto materiálu.

Ukladanie energie

Využitím batériového úložiska na riešenie náhlych nárastov a poklesov dopytu po elektrickej energii sa energetické spoločnosti môžu vyhnúť nákladným investíciám do prenosovej a distribučnej infraštruktúry. Technológia batériového skladovania dokáže začať vybíjať energiu v priebehu milisekúnd, aby splnila požiadavky na energiu a zároveň zmiernila preťaženie siete - šetrí peniaze zákazníkov a zároveň poskytuje väčšiu bezpečnosť dodávok.

Polovodiče z karbidu kremíka majú vyššie prierazné napätie ako ich kremíkové náprotivky, takže sú ideálne na použitie vo vysokonapäťových výkonových zariadeniach, ako sú MOSFETy a IGBT. Okrem toho jeho široká pásmová medzera umožňuje pracovať pri oveľa vyšších prevádzkových teplotách so zníženými spínacími stratami, čo zvyšuje účinnosť zariadenia.

Karbid kremíka (bežne označovaný ako moissanit) sa prirodzene vyskytuje v meteoritoch a synteticky pri vysokoteplotných procesoch rekombinácie kremičitého piesku s uhlíkom pri vysokých teplotách. Pre aplikácie SiC je kľúčové dosiahnuť vysokú hustotu materiálov. Nedávno Frage a kol. demonštrovali uskutočniteľnosť ekologicky šetrnej výrobnej metódy, ktorá produkuje polykryštalický RBSC kompozit s plnou hustotou bez použitia pyrolýzy - čo potenciálne uľahčuje úsilie o vývoj SiC produktov v aplikáciách.