Ceramika węglika krzemu zyskuje na popularności w przemyśle pomimo wyzwań

W czasach szybkiego postępu technologicznego, nauka materiałów staje się coraz ważniejsza.tradycyjne materiały często nie spełniają ekstremalnych wymagań wysokich temperatur i warunków korozyjnychWśród zaawansowanych materiałów ceramicznych, węglik krzemowy (SiC) wyróżnia się wyjątkowymi właściwościami fizycznymi i chemicznymi, zyskując znaczącą uwagę w przemyśle lotniczym, elektronicznym,inżynieria chemiczna, oraz innych sektorów przemysłowych.

Karbid krzemowy to związek atomów krzemu i węgla połączony silnymi łączami kowalencyjnymi.z α-SiC (struktura sześciokątna) najczęściej występującą w zastosowaniach przemysłowych i β-SiC (struktura sześcienna) obiecującą w zastosowaniach półprzewodnikowych ze względu na wyższą mobilność elektronów.

Materiał ten został przypadkowo odkryty w 1893 roku przez amerykańskiego wynalazcę Edwarda Goodricha Achesona podczas próby syntetyzowania diamentów.To przypadkowe odkrycie doprowadziło do przemysłowej produkcji ścieraczy SiC, z zastosowaniami stopniowo rozszerzającymi się na materiały ogniotrwałe i komponenty elektroniczne.

Z punktu topnienia 2700°C ceramika SiC utrzymuje integralność strukturalną w ekstremalnych temperaturach ze względu na silne wiązania kowalentne.i mebli piecowych w przemyśle produkcji stali i spiekania ceramikiW przemyśle lotniczym łopaty turbiny oparte na SiC mogą znacząco poprawić wydajność silnika i stosunek siły napędowej do masy.

Wskaźnikiem 2500-3000 HV na skali Vickers ceramika SiC przewyższa tradycyjną ceramikę, taką jak alumina (1500-2000 HV) pod względem twardości.co czyni je nieocenionymi dla pieczęci mechanicznych, osłony i części odporne na zużycie w sprzęcie naftowym i górniczym.

Silne wiązania Si-C zapewniają wyjątkową odporność na kwasy, alkały i czynniki utleniające.Składniki SiC znacząco wydłużają żywotność urządzeń w obsłudze korozyjnych środków, od rurociągów po systemy oczyszczania ścieków.

Chociaż przewodnictwo cieplne SiC nie jest takie samo jak w przypadku azotanu aluminium, jego wartość 120-270 W/m·K sprawia, że jest skuteczny w chłodzeniach elektroniki mocy i przemysłowych wymiennikach ciepła.Jego dostosowalna przewodność elektryczna poprzez doping umożliwia różnorodne zastosowania półprzewodników.

Podobnie jak większość ceramiki, SiC cierpi z powodu niskiej wytrzymałości na złamanie.i modyfikacje powierzchni w celu złagodzenia tego ograniczenia.

Szybkie zmiany temperatury mogą powodować pęknięcie.i inżynierii kontrolowanych sieci mikrokracków w celu absorpcji napięć.

Kosztowne surowce, skomplikowana produkcja i wymagania dotyczące precyzyjnego obróbki ograniczają obecnie powszechne przyjęcie.uproszczone procesy spiekania, oraz zaawansowane techniki obróbki w celu obniżenia kosztów.

Główne techniki produkcji obejmują:

• Sterowanie:Kosztowo efektywne zagęszczanie proszku i fuzja wysokotemperaturowa
• Związki reakcyjne:Tworzenie in situ z mieszanin krzemu i węgla
• Depozycja pary:Produkcja cienkich folii o wysokiej czystości do elektroniki
• Metody alternatywne:W tym sol-gel i samo-propagowana synteza wysokotemperaturowa

Urządzenia zasilania SiC umożliwiają bardziej wydajne falowniki i konwertory, już przyjęte przez liderów branży, takich jak Tesla i BYD, aby wydłużyć zasięg baterii.

Komponenty turbiny nowej generacji i części silników rakietowych wykorzystują możliwości SiC w wysokich temperaturach w celu poprawy siły napędowej i efektywności paliwa.

Wafle SiC rewolucjonizują elektronikę mocy dla infrastruktury 5G i systemów energetycznych, oferując lepszą wydajność niż tradycyjny krzemowy.

Dodatkowe zastosowania obejmują energię jądrową (obudowę paliwową), implanty medyczne (zastępowanie stawów) i zaawansowane ściereczki do precyzyjnego obróbki.

W miarę jak badacze rozwiązują problem kruchości i barier kosztowych poprzez nowe strategie twardzenia i skalowalne metody produkcji, ceramika z węglem krzemu jest gotowa zmienić wiele gałęzi przemysłu.Dalsze postępy wzmocnią ich rolę w umożliwianiu zastosowania technologii nowej generacji w dziedzinie energii, transportu i zaawansowanej produkcji.