Silicio karbido apibrėžimas

Silicio karbidas (SiC) yra kietas, sintetiniu būdu pagamintas kristalinis junginys, plačiai naudojamas kaip abrazyvinė ir dilimui atspari medžiaga, ugniai ir keramikai, taip pat kaip puslaidininkinis šviesos diodų (LED) substratas.

EFM puslaidininkiai taip pat pranoko tradicinius silicio puslaidininkius aukštos įtampos aplinkoje, pavyzdžiui, elektromobilių (EV) maitinimo įrenginiuose, ir užtikrina geresnes eksploatacines savybes, nes sumažina įtampos ir srovės nuostolius, taip pat sumažina ir palengvina esminius akumuliatoriaus valdymo komponentus, kartu sumažindami jų dydį ir svorį.

Silicio karbidas

Silicio karbidas yra inertiškas keramikos junginys, sudarytas iš silicio ir anglies. Jo kietumas pagal Moso skalę įvertintas 9 balais, todėl jis užima trečią vietą po boro karbido (9,5) ir deimanto (10). Silicio karbidas pasižymi dideliu mechaniniu patvarumu ir išlieka chemiškai inertiškas, todėl puikiai tinka kietiems paviršiams apsaugoti, pavyzdžiui, staklėms.

Grynuose anglies nanovamzdeliuose yra keturi anglies atomai, suskirstyti į keturis anglies tetraedrus, kovalentiškai sujungtus silicio jungtimis. Toks išsidėstymas leidžia polimorfizmą su įvairiomis kristalinėmis struktūromis ir fazėmis.

Dėl SiC kristalinės struktūros jis pasižymi puikiomis elektrinėmis savybėmis, įskaitant elektronikos prietaisams būtinas plataus juostinio tarpo puslaidininkio (WBG) savybes. Didesnis juostos tarpas leidžia elektronams greičiau palikti orbitą, todėl galima pasiekti aukštesnius dažnius ir greitesnį veikimą nei įprastuose silicio prietaisuose.

Silicis, kaip pagrindinė medžiaga, gali būti legiruojamas azotu, fosforu, kaliu, boru ir aliuminiu, kad būtų galima gaminti n tipo puslaidininkius. Be to, be silicio pagaminti tranzistoriai gali sumažinti kainą ir energijos suvartojimą net 40%.

Silicio karbidas (SiC) gali veikti iki 300 laipsnių C temperatūroje, todėl jis yra puiki medžiaga, tinkama naudoti aukštatemperatūrėje aplinkoje, pavyzdžiui, elektrinių transporto priemonių varikliuose. SiC gali padėti išvengti poreikio naudoti aktyvias aušinimo sistemas, kurios didina svorį, sąnaudas ir sudėtingumą, o tai reiškia didesnį šių transporto priemonių veikimo nuotolį ir greitesnį įkrovimo laiką.

Puslaidininkiniai gaminiai

Silicio karbidas jau seniai pripažintas dėl savo unikalių elektrinių savybių, dėl kurių jis labai naudingas elektronikoje. Puslaidininkiai, kurie pakaitomis veikia kaip laidininkai (kaip variniai elektros laidai) ir izoliatoriai (polimerinė izoliacija, dengianti tuos laidus), sudaro puslaidininkines medžiagas, naudojamas integrinių grandynų, diskrečiųjų elektroninių komponentų, tokių kaip diodai ir tranzistoriai, kurie tam tikromis sąlygomis praleidžia elektros srovę; jų laidumą netgi galima keisti stimuliuojant elektros srove, elektromagnetiniais laukais ar šviesos stimuliacija.

Silicio karbidas iš tradicinių puslaidininkių išsiskiria itin plačia dažnių juosta. Tai reiškia, kad elektronams perkelti iš valentinės juostos į laidumo juostą reikia daug daugiau energijos; todėl silicio karbidas pasižymi labai mažais galios nuostoliais - tai neįkainojama savybė, kai jis naudojamas aukštos įtampos įrenginiuose, pavyzdžiui, elektrinių transporto priemonių traukos keitikliuose.

Silicio karbidas jau seniai naudojamas įvairioms reikmėms pramonėje ir mokslo įstaigose - nuo smėliavimo smėliasrovių ir karborundo spausdinimo įrankių iki šiluminės, elektros ir mechaninės inžinerijos reikmenų. Tačiau pastaruoju metu jo paklausa smarkiai išaugo dėl mažo šiluminio plėtimosi koeficiento, didelio stiprumo ir kietumo santykio ir gebėjimo atlaikyti priešiškas aplinkas.

Keramika

Silicio ir anglies derinys sukuria patrauklią medžiagą, pasižyminčią puikiomis mechaninėmis, cheminėmis ir šiluminėmis savybėmis. Ji pasižymi ypatingu kietumu - pagal Moso skalę net du kartus didesniu nei deimanto - ir didesniu atsparumu terminiams smūgiams, palyginti su kitomis ugniai atspariomis medžiagomis.

Keramika - tai neorganinė nemetalinė medžiaga, kuri yra labai lanksti, kai yra nedegta, tačiau degimo metu labai sukietėja. Keramika priklauso įvairioms kategorijoms, pvz:

Keramika pirmiausia naudojama kaip ugniai atsparios neorganinės medžiagos, kurios užtikrina atsparumą karščiui ir cheminiam dilimui bei korozijai. Keramika būna įvairiausių formų ir spalvų ir naudojama įvairiose pramonės šakose. Svarbūs biokeramikos panaudojimo būdai - priešgaisrinė apsauga, superlaidininkai ir ląstelių biologinių reakcijų sukėlimas. Bioaktyvioji keramika gali būti biologiškai aktyvi pati savaime arba tokia gali būti paversta apdorojant paviršių ar užpildant keramikos poras farmaciniu būdu aktyviomis medžiagomis. Silicio karbidas plačiai naudojamas automobilių stabdžių diskams, kurie gerokai sumažina trintį ir išmetamųjų teršalų kiekį, kartu atlaikydami aukštą temperatūrą ir nereikalaudami aktyvių aušinimo sistemų, kurios didina svorį, sudėtingumą ir sąnaudas. Be to, jis naudojamas daugelio abrazyvų ir pjovimo įrankių pagrindu.

Automobiliai

Silicio karbidas (SiC) yra labai kieta medžiaga, pagal Moso skalę užimanti devintą vietą tarp aliuminio oksido (9) ir deimanto (10). Silicio karbidą pirmą kartą dirbtinai susintetino amerikiečių išradėjas Edwardas Achesonas 1891 m., bandydamas pagaminti dirbtinius deimantus, bet vietoj to savo elektra kaitinamame anglies ir aliuminio oksido lydale aptiko mažų juodų SiC kristalų, kurie buvo sumalti į miltelius, skirtus pramoniniams abrazyvams. Nobelio premijos laureatas chemikas Henri Moissan 1905 m. pastebėjo šį junginį natūraliai kaip skaidrų mineralą, vadinamą moissanitu.

Unikali silicio karbido atominė struktūra ir puslaidininkio savybės leidžia jį idealiai naudoti elektronikoje, pvz., dioduose, tranzistoriuose ir maitinimo prietaisuose. Jo atsparumas įtampai yra dešimt kartų didesnis nei tradicinio silicio, o sistemose, kuriose įtampa viršija 1000 V, jis veikia dar geriau, todėl yra ideali medžiaga, atitinkanti aukštos įtampos reikalavimus, susijusius su elektromobilių įkrovimo stotelėmis ir energijos valdymo sistemomis.

SiC gali gerokai padidinti perjungimo efektyvumą ir kartu padėti sumažinti svarbiausių elektromobilių komponentų, tokių kaip DC-DC keitikliai, borto įkrovikliai ir akumuliatorių valdymo sistemos, dydį ir svorį. Šie pasiekimai gali priartinti beemisinį vairavimą prie masinio pritaikymo. "GlobalData" analizėje nustatyta daugiau nei 10 bendrovių - nuo technologijų pardavėjų ir įsitvirtinusių automobilių pramonės įmonių iki pradedančiųjų įmonių - naudojančių silicio karbidą novatoriškiems sprendimams.