Kiselkarbid och dess tillämpningar

Kiselkarbid (även kallad karborundum) är en av världens mest användbara kemiska föreningar, där endast små mängder förekommer naturligt som moissanit i meteoriter eller korundfyndigheter; det mesta skapas syntetiskt.

SiC-enheter ger betydande prestandafördelar jämfört med konventionella kiselhalvledare, inklusive lägre effektförluster och mindre komponentstorlekar som bidrar till lägre systemkostnader och ökad produktivitet i olika branscher. Deras effektivitet öppnar för nya designmöjligheter och produktivitetsvinster inom olika sektorer.

Slipande

Slipmedel av svart kiselkarbid kan användas i olika applikationer för att jämna ut, forma och förbereda material för beläggning. Med sina vassa, självslipande kanter är svart kiselkarbid utmärkt för bearbetning av metall (särskilt stål) samt icke-metalliska material som keramik och glas.

Lång livslängd och hållbarhet gör aluminiumoxid till ett utmärkt slipmedel för industriellt bruk, särskilt när man arbetar med hårda, mer motståndskraftiga material. Det kan hantera tunga slipuppgifter med precision samtidigt som det skyddar material mot värmeskador och är värmebeständigt - idealiska egenskaper när man hanterar hårdare, tuffare material.

Slipmedlet börjar som kristaller som produceras genom karbotermisk reduktion och kyls senare och stelnar till korn, som siktas och klassificeras enligt partikelstorlek för att uppfylla industristandarder och kundkrav. Magnetisk separation, syratvätt och exakt gradering säkerställer ytterligare kvalitetsprodukten. På grund av dessa processer gör dess motståndskraft den till en av de mest slitstarka som finns; med en otrolig hårdhetsgrad på 9,5 förblir den mycket motståndskraftig även vid upprepad industriell användning.

Elektriska fordon

När vår värld fortsätter sin övergång till en hållbar framtid spelar elfordon (EV) en viktig roll. Kiselkarbidchip utgör en integrerad del av dessa fordons kraftsystem - inklusive ombordladdare, DC-DC-omvandlare och batterihanteringssystem (BMS).

Halvledare av kiselkarbid kan hantera högre spänningar och frekvenser än traditionella halvledare som kisel, vilket minimerar energiförluster och förbättrar effektiviteten i nyckelkomponenter som möjliggör mindre, lättare system som minskar batteristorleken och räckvidden samtidigt som de ger jämnare prestanda.

Företag som Wolfspeed ökar produktionen vid sina 8-tums kiselkarbidfabriker för att möta den växande efterfrågan på högpresterande MOSFET:er och Schottky-dioder i kiselkarbid för elfordon (EV), vilket hjälper EV-ägare att sänka kostnaderna och samtidigt öka räckvidden genom att förbättra energiomvandlingseffektiviteten via ombordladdare, DC-DC-omvandlare och BMS-system. De hjälper också batterierna att behålla sin kapacitet längre samtidigt som de förenklar kylsystemen, vilket sparar ännu mer energi.

Halvledare

Kiselkarbid har snabbt vuxit fram som en viktig ingrediens i många applikationer som elfordon, solcellsväxelriktare och energilagringssystem. Den erbjuder flera fördelar jämfört med sina alternativ, bland annat lägre kostnader, ökad effektivitet och längre livslängd.

Tack vare det breda bandgapet och den höga elektronrörligheten kan elektronerna röra sig friare genom materialet, vilket leder till mycket lägre kopplingsförluster och därmed effektivare kraftomvandling.

Dessutom gör den höga värmeledningsförmågan att den tål mycket höga temperaturer utan att smälta eller försämras, vilket gör den idealisk för användning inom flyg- och fordonsindustrin där driftstemperaturer på över 1000F är rutin.

EAG Laboratories har lång erfarenhet av att analysera SiC med hjälp av bulktekniker och rumsligt upplösta analystekniker, vilket gör att vi kan verifiera koncentration och fördelning av dopämnen samt kemisk renhet; alla viktiga aspekter för att producera halvledarprodukter av hög kvalitet från det.

Lagring av energi

Genom att utnyttja batterilagring för att hantera plötsliga ökningar och minskningar i efterfrågan på el kan elbolagen undvika kostsamma investeringar i infrastruktur för överföring och distribution. Batterilagringstekniken kan börja ladda ur ström inom några millisekunder för att tillgodose energibehovet och samtidigt minska överbelastningen i elnätet - vilket sparar pengar åt kunderna samtidigt som det ger ökad leveranssäkerhet.

Halvledare av kiselkarbid har högre genombrottsspänning än motsvarande kiselprodukter, vilket gör dem idealiska för användning i högspänningsenheter som MOSFETs och IGBTs. Det breda bandgapet gör det dessutom möjligt att använda dem vid mycket högre driftstemperaturer med minskade kopplingsförluster, vilket ökar enhetens effektivitet.

Kiselkarbid (vanligen kallad moissanit) finns både naturligt i meteoriter och syntetiskt genom högtemperaturprocesser som innebär att kiselsand rekombineras med kol vid höga temperaturer. För SiC-applikationer är det viktigt att få fram material med hög densitet. Nyligen visade Frage et al. att det går att använda en miljövänlig tillverkningsmetod som producerar polykristallina RBSC-kompositer med full densitet utan pyrolys - vilket kan underlätta utvecklingen av SiC-produkter i olika tillämpningar.