Определение за силициев карбид

Силициевият карбид (SiC) е твърдо, синтетично произведено кристално съединение, широко използвано като абразивен и износоустойчив материал, в огнеупорни материали и керамика, както и като полупроводников субстрат за светодиоди (LED).

EFM полупроводниците също така превъзхождат традиционните силициеви полупроводници в среди с високо напрежение, каквито се срещат в устройствата за захранване на електрически превозни средства (EV), като осигуряват превъзходна производителност чрез минимизиране на загубите на напрежение и ток, както и чрез свиване и олекотяване на основните компоненти за управление на батерията, като същевременно намаляват размера и теглото.

Силициев карбид

Силициевият карбид е инертно керамично съединение, съставено от силиций и въглерод. Твърдостта му по Моос е 9, което го нарежда на трето място след борния карбид (9,5) и диаманта (10). Силициевият карбид има висока механична издръжливост, като същевременно остава химически инертен; това го прави идеален за приложения за защита на твърди повърхности, като например машинни инструменти.

Чистите въглеродни нанотръби съдържат четири въглеродни атома, подредени в четири въглеродни тетраедри, ковалентно свързани помежду си със силициеви връзки. Това разположение позволява полиморфизъм с различни кристални структури и фази.

Кристалната структура на SiC обуславя неговите превъзходни електрически свойства, включително характеристиките на полупроводник с широк диапазон на пропускане (WBG), които са от съществено значение за електронните приложения. По-голямата лентова междина позволява на електроните да напускат орбита по-бързо, което води до по-високи честоти и по-бързи операции, отколкото при конвенционалните силициеви устройства.

Като основен материал силицият може да бъде легиран с азот, фосфор, галий, бор и алуминий, за да се получат полупроводници от n-ти тип. Освен това транзисторите без силиций могат да намалят цената и консумацията на енергия с до 40%.

Силициевият карбид (SiC) може да работи при температура до 300 градуса по Целзий, което го прави отличен избор на материал за приложения във високотемпературни среди, като например двигатели за електрически превозни средства. SiC може да елиминира необходимостта от активни охладителни системи, които увеличават теглото, разходите и сложността, което се изразява в по-голям пробег и по-бързо зареждане на тези превозни средства.

Полупроводник

Силициевият карбид отдавна е признат заради уникалните си електрически свойства, които го правят изключително полезен в електрониката. Полупроводниците, които се редуват да действат като проводници (като медни електрически проводници) и изолатори (полимерна изолация, покриваща тези проводници), съставляват полупроводниковите материали, използвани за конструиране на интегрални схеми, дискретни електронни компоненти като диоди и транзистори, които провеждат електричество при определени условия; тяхната проводимост може дори да се променя чрез стимулиране с електрически ток, електромагнитни полета или светлинна стимулация.

Силициевият карбид се отличава от традиционните полупроводници с изключително широка разделителна ивица. Това означава, че за преместването на електроните от валентната в проводящата лента е необходима много повече енергия; следователно силициевият карбид се отличава с много ниски загуби на енергия - безценно качество, когато се използва за приложения с високо напрежение, като например инвертори за електромобили.

Силициевият карбид отдавна се използва за различни цели в промишлеността и научните среди - от песъчинки за бластиране и инструменти за печатане на карборунд до приложения в топлотехниката, електротехниката и машиностроенето. Напоследък обаче търсенето му рязко нарасна поради ниските стойности на термично разширение, високото съотношение между якост и твърдост и способността му да издържа на враждебни среди.

Керамика

Комбинацията от силиций и въглерод създава привлекателен материал с отлични механични, химични и термични свойства. Той се отличава с изключителна твърдост - до два пъти по-голяма от тази на диаманта по скалата на Моос - както и с превъзходна устойчивост на термичен шок в сравнение с други огнеупорни материали.

Керамиката се отнася до неорганичен неметален материал, който е изключително гъвкав, когато не е изпечен, но се втвърдява значително по време на изпичането. Керамиката обхваща различни категории; например:

Керамиката се използва предимно като огнеупорен материал - неорганичен материал, който осигурява устойчивост срещу топлинно и химическо износване и корозия. Керамиката има най-различни форми и цветове и се използва в различни отрасли. Важните приложения на биокерамиката включват противопожарна защита, свръхпроводници и предизвикване на биологични реакции от клетките. Биоактивната керамика може да бъде биологично активна или да бъде направена такава чрез повърхностна обработка или запълване на керамичните пори с фармацевтично активни вещества. Силициевият карбид се използва широко за автомобилни спирачни дискове, които значително намаляват триенето и емисиите, като същевременно издържат на високи температури, без да се нуждаят от активни охладителни системи, които увеличават теглото, сложността и разходите. Освен това той се използва в основата на много абразиви и режещи инструменти.

Автомобилна индустрия

Силициевият карбид (SiC) е изключително твърд материал, класиран на девето място по скалата на Моос, между алуминиевия оксид (9) и диаманта (10). Силициевият карбид за първи път е изкуствено синтезиран от американския изобретател Едуард Ачесън през 1891 г., когато се опитва да произведе изкуствени диаманти, но вместо това открива малки черни кристали SiC в своята електрически нагрята стопилка от въглерод и алуминий, които са смлени на прах за промишлени абразиви. През 1905 г. химикът Анри Мойсан, носител на Нобелова награда, наблюдава съединението в естествен вид като прозрачен минерал, наречен мойсанит.

Уникалната атомна структура на силициевия карбид и полупроводниковите му свойства го правят идеален за електронни приложения като диоди, транзистори и захранващи устройства. Той има десет пъти по-висока устойчивост на напрежение от традиционния силиций и се представя още по-добре в системи, надвишаващи 1000 V, което го прави идеален материал за посрещане на изискванията за високо напрежение, свързани със станциите за зареждане на електрически превозни средства (EV) и системите за управление на енергията.

SiC може значително да подобри ефективността на превключване, като същевременно спомага за намаляване на размерите и теглото на основни компоненти за електромобили, като DC-DC преобразуватели, бордови зарядни устройства и системи за управление на батериите. Тези постижения могат да приближат масовото използване на превозни средства без емисии. Анализът на GlobalData идентифицира над 10 компании - от доставчици на технологии и утвърдени автомобилни компании до новосъздадени стартиращи предприятия - които използват силициев карбид за иновативни решения.