Szilícium-karbid alkalmazások és előnyök az iparágban

Anyagtulajdonságok, amelyek mozgatják az alkalmazásokat

A szilícium-karbid egy kovalens kerámia, amely a keménység, a hővezető képesség és a magas hőmérsékleti stabilitás kombinációjával{0}}kevés egyedi anyagnak felel meg. Keménysége a gyémánthoz közeli, hőtágulása kicsi, az anyag pedig nem olvad, hanem disszociál magas hőmérsékleten, ezért használható fémolvadékkal érintkezve és olyan teljesítményelektronikában, ahol a hőelvonás korlátozza a teljesítményt.

Osztályok és tisztasági osztályok

A szilícium-karbid nem egy termék. Az Acheson- típusú ellenálláskemencében előállított kohászati ​​minőségű anyag 85-90% szilícium-karbidot tartalmaz vassal, alumíniummal és szabad szénnel, és acélgyártásra és öntödei használatra értékesítik. A koptató és tűzálló anyagokat 97-99%-os szilícium-karbidra finomítják. A szinterezett szilícium-karbid formázott mérnöki kerámia, szabályozott szemcsemérettel és közel nulla porozitással, és a félvezető minőségű anyagot egy meghatározott politípusú, leggyakrabban 4H egykristályként termesztik, elektronikus minőségű tisztasággal.

Csiszolóanyagok és megmunkálás

A szilícium-karbid a két domináns csiszolószemcse egyike, amely versenyben áll az olvasztott alumínium-oxiddal, ahol élesebb, keményebb szemcsékre van szükség. Ragasztott kerekekben és kövekben, bevonatos hevederekben és papírokban, szemcseszórásban és -csúszásmentes felületű termékekben használják. A szemcséket méretmegjelölés szerint osztályozzák, nem pedig pusztán fizikai mérés alapján, és a szabványos FEPA 42-1 szemcseméret-sorozat a referencia, amelyet a kerekek és bevonatos termékek határokon átnyúló rendelésekor használnak. Az abrazív minőségű szemcsék kémiai elemzését, beleértve a szabad szilícium-, a szabad szén- és a teljes szilícium-karbid-tartalmat is, elismert módszerrel, például ISO 9286 szerint végzik el, és az elemzési tanúsítvány általában minden tételhez tartozik.

Tűzálló anyagok és kohászati ​​felhasználás

A szilícium-karbid tűzálló anyagok ellenállnak a hősokknak, az olvadt fém- és a salaktámadásnak, és hőt vezetnek, így megjelennek a nagyolvasztó kemence burkolataiban és a csapnyílásokban, az alumínium redukciós cellák oldalfalaiban, a kemencebútorokban és az égőfúvókákban. Az acélgyártásban és az öntödei gyakorlatban a szilícium-karbidot deoxidálószerként, valamint szén- és szilíciumhordozóként adják hozzá, és ez előnyt jelent a különálló szilícium- és szénadalékokkal szemben, mivel mindkét elemet ugyanabban a részecskében szállítják. A vasolvadékokban is simábban oldódik, mint a grafit, ami csökkenti a szén flotációjának kockázatát.

Félvezető és optoelektronikai alkalmazások

Az egy{0}}kristályos szilícium-karbid széles sávú félvezető. A 4H politípus sávszélessége körülbelül 3,26 eV, áttörési mezője körülbelül 3 MV/cm, hővezető képessége pedig közel 490 W/(mK), mindez lényegesen jobb, mint a szilícium. Ezek a számok olyan eszközöket jelentenek, amelyek nagyobb feszültségen kapcsolnak, és leértékelés nélkül melegebben működnek, ezért a szilícium-karbid Schottky-diódákat és MOSFET-eket használják vontatási inverterekben, fotovoltaikus átalakítókban és gyorstöltőkben. Ugyanez az anyag alkotja a fénykibocsátó diódák hordozóját, ahol széles sávszélessége lehetővé teszi a kék és ultraibolya sugárzást. A 150 mm-es és nagyobb átmérőjű hordozót tömeggyártásban végzik, és a felület-előkészítés, a polírozás és az epitaxiális réteg minősége a kritikus folyamatlépések.

Előnyök a versengő anyagokkal szemben

Az olvasztott alumínium-oxiddal szemben a szilícium-karbid keményebb és sokkal hővezetőbb, így gyorsabban távolítja el a hőt a vágási zónából, és tovább tartja az élt a kemény, alacsony hajlékonyságú{0}}munkadaraboknál; keményebb szemcseszerkezete miatt az alumínium-oxid továbbra is a jobb választás a nagy csiszolási nyomású acélhoz. A volfrámkarbiddal szemben sokkal könnyebb, és magasabb hőmérsékleten is megőrzi keménységét, ami a kopó alkatrészeknél számít, amelyekhez nem szabad forgó tömeget hozzáadni. A grafittal szemben keményebb, sokkal kopásállóbb és kémiailag semleges az olvadékok szélesebb körében. A korlát a ridegségben rejlik: a szilícium-karbidnak szinte nincs képlékeny alakváltozása, ezért a tervezésnél kerülni kell a pontterhelést és az éles metszetváltozásokat.

Gyakran Ismételt Kérdések

Q:Mekkora a szilícium-karbid sűrűsége?
V: Körülbelül 3,21 g/cm3 teljesen sűrű anyag esetén. A szinterezett vagy reakció{3}}kötésű minőségek porozitása csökkenti a mért értéket, és a sűrűség értéke hasznos minőségi mutató.

Q:Milyen hőmérsékleten megy tönkre a szilícium-karbid?
V: Nem olvad meg a szokásos értelemben; körülbelül 2830 C-on disszociál. Üzem közben a gyakorlati határt az oxidáció és a termékben lévő kötési fázis szabja meg, nem pedig a hőmérséklet önmagában.

Q:Melyik minőséget használják az acélgyártásban?
V: Kohászati ​​minőségű szilícium-karbid 85-90%-os szilícium-karbid tartalommal, csomó vagy granulátum formájában, deoxidálószerként, valamint kombinált szilícium- és szénhordozóként kerül hozzáadásra.

Q:Miért használnak szilícium-karbidot szilícium helyett az elektromos berendezésekben?
V: A széles sávszélesség, a nagy áttörési mező és a magas hővezető képesség sokkal vékonyabb, enyhébb adalékolású sodródó réteget tesz lehetővé, így a készülék blokkolja a magasabb feszültséget kisebb vezetési veszteséggel, és magasabb csomóponti hőmérsékleten tud működni.

Q:Megmunkálhatók a szilícium-karbid alkatrészek szinterezés után?
V: Csak gyémántszerszámmal és lassú, szabályozott eltávolítási sebességgel, valamint a szinterelés előtti szinter{0}}nettó alakformálás erősen előnyös, mivel a kész anyag rendkívül kemény és törékeny.