เซรามิค ซิลิคอน คาร์ไบด ได้ รับ ความ ชื่นชอบ ใน อุตสาหกรรม แม้ จะ มี ความ ท้าทาย

ในยุคของเราของการก้าวหน้าทางเทคโนโลยีอย่างรวดเร็ว วิทยาศาสตร์วัสดุได้กลายเป็นสําคัญมากขึ้นวัสดุประเพณีมักไม่สามารถตอบโจทย์ความต้องการที่สูงของอุณหภูมิสูงและสภาพการกัดกรองในหมู่วัสดุเซรามิกที่ก้าวหน้า ซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) ยืนยันด้วยคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีที่โดดเด่นวิศวกรรมเคมีและภาคอุตสาหกรรมอื่นๆ

ซิลิคอนคาร์ไบด์ เป็นส่วนผสมของซิลิคอนและอะตอมคาร์บอน ที่เชื่อมต่อกันผ่านการเชื่อมโยงแบบคาวาเลนต์ที่แข็งแกร่งโดย α-SiC (โครงสร้างหกเหลี่ยม) เป็นที่พบได้มากที่สุดในอุตสาหกรรม และ β-SiC (โครงสร้างเหลี่ยม) แสดงความหวังในการใช้งานในเซมีคอนดักเตอร์ เนื่องจากความเคลื่อนไหวอิเล็กตรอนที่สูงกว่า.

วัสดุนี้ถูกค้นพบโดยบังเอิญในปี 1893 โดยผู้ประดิษฐ์อเมริกัน เอ็ดเวิร์ด กูดริช เอเชสสัน ขณะที่พยายามสังเคราะห์เพชรการค้นพบอย่างบังเอิญนี้นําไปสู่การผลิตสารบด SiC ในอุตสาหกรรม, โดยการใช้งานขยายไปอย่างช้า ๆ ไปยังวัสดุที่ทนไฟและองค์ประกอบอิเล็กทรอนิกส์

ด้วยจุดละลายที่ 2700 °C, SiC เซรามิกส์รักษาความสมบูรณ์แบบโครงสร้างภายใต้ความร้อนที่รุนแรงเนื่องจากพันธะ covalent แรงของพวกเขาและเฟอร์นิเจอร์เตาอบในอุตสาหกรรมการผลิตเหล็กและเซรามิกซินเตอร์ในอุปกรณ์อากาศศาสตร์ ปีกทอร์บีนที่ใช้ SiC สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพของเครื่องยนต์และอัตราการผลักดันต่อน้ําหนักได้อย่างสําคัญ

วางอันดับ 2500-3000 HV บนระดับ Vickers, ซีซีเซรามิคเหนือซารามิกประเพณีเช่นอัลลูมิเนีย (1500-2000 HV) ในความแข็งแรง ความแข็งแรงในการบิดของพวกเขา (400-800 MPa) ยังเป็นสองเท่าของอัลลูมิเนียทําให้มันมีค่าไม่แพงสําหรับเครื่องประปากล, ปรางเกราะ และส่วนประกอบที่ทนทานการสวมใส่ในอุปกรณ์น้ํามันและเหมืองแร่

การเชื่อมโยง Si-C ที่แข็งแกร่ง ให้ความทนทานอย่างดีเยี่ยมต่อกรด แอลคาลี และสารก๊าซิดองค์ประกอบ SiC ขยายอายุการใช้งานของอุปกรณ์ได้อย่างมากในการจัดการกับสื่อที่เป็นสารสกัดจากท่อน้ําถึงระบบระบายน้ําเสีย

ขณะที่ไม่ตรงกับความสามารถในการนําไฟของอะลูมิเนียมไนไตรได ความสามารถในการนําไฟของ SiC 120-270 W/m·K ทําให้มันมีประสิทธิภาพในการเย็นอิเล็กทรอนิกส์พลังงานและเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนอุตสาหกรรมความสามารถในการนําไฟฟ้าที่สามารถปรับปรุงได้ผ่านการด๊อปปิ้ง ทําให้สามารถใช้งานได้ในครึ่งประสาท.

เช่นเดียวกับเซรามิคส่วนใหญ่ SiC มีความแข็งแรงในการแตกต่ํา การวิจัยเน้นการนําตัวประกอบการแข็ง (นานาท่อคาร์บอน, กราเฟน), การควบคุมขนาดเมล็ดและการปรับปรุงพื้นที่เพื่อบรรเทาข้อจํากัดนี้.

การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างรวดเร็วอาจทําให้เกิดการแตกและระบบเครือข่ายการควบคุม microcrack เพื่อดูดซึมความเครียด.

วัสดุด่วนที่แพง การผลิตที่ซับซ้อน และความต้องการในการแปรรูปความแม่นยํา ปัจจุบันจํากัดการนํามาใช้อย่างแพร่หลายกระบวนการซินเตอร์ที่เรียบง่ายและเทคนิคการแปรรูปที่ทันสมัย เพื่อลดต้นทุน

เทคนิคการผลิตหลัก ๆ ได้แก่

• การซินเตอร์:การผสมผสานผงที่มีประสิทธิภาพในเรื่องค่าใช้จ่าย และการหลอมหลอมในอุณหภูมิสูง
• การเชื่อมต่อปฏิกิริยา:การสร้าง in situ จากผสมซิลิคอนและคาร์บอน
• การฝากควัน:การผลิตฟิล์มบางความบริสุทธิ์สูงสําหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์
• วิธีทางเลือก:รวมถึงซอลเจลและการสังเคราะห์อุณหภูมิสูงที่มีการขยายตัวเอง

อุปกรณ์พลังงาน SiC ทําให้อินเวอร์เตอร์และเครื่องแปลงที่ประสิทธิภาพสูงขึ้น ได้ถูกนํามาใช้โดยผู้นําในอุตสาหกรรม เช่น เทสล่า และ BYD เพื่อขยายระยะของแบตเตอรี่

ส่วนประกอบของทัวร์บีนรุ่นใหม่ และส่วนประกอบของเครื่องยนต์ร็อกเก็ต ใช้ประโยชน์จากความสามารถในอุณหภูมิสูงของ SiC เพื่อปรับปรุงแรงผลักดันและประสิทธิภาพของน้ํามัน

SiC wafer กําลังปฏิวัติระบบอิเล็กทรอนิกส์พลังงานสําหรับระบบพื้นฐานและพลังงาน 5G โดยให้ผลงานที่ดีกว่าซิลิคอนแบบดั้งเดิม

การใช้งานเพิ่มเติมครอบคลุมพลังงานนิวเคลียร์ (การเคลือบเชื้อเพลิง) การปลูกแพทย์ (การเปลี่ยนข้อ) และสารบดที่ก้าวหน้าสําหรับการแปรรูปแม่นยํา

ในขณะที่นักวิจัยแก้ไขปัญหาความเปราะบางและอุปสรรคค่าใช้จ่าย ผ่านยุทธศาสตร์การแข็งแรงใหม่และวิธีการผลิตที่สามารถปรับขนาดได้ เซรามิคซิลิคอนคาร์ไบด์ พร้อมที่จะเปลี่ยนอุตสาหกรรมหลายสาขาความก้าวหน้าต่อเนื่องจะทําให้บทบาทของพวกเขาแข็งแกร่งในการเปิดโอกาสเทคโนโลยีรุ่นใหม่ในด้านพลังงาน, การขนส่ง และภาคการผลิตที่ก้าวหน้า