Silisyum Karbür Tanımı

Silisyum karbür (SiC), aşındırıcı ve aşınmaya dayanıklı bir malzeme olarak, refrakterlerde ve seramik uygulamalarında yaygın olarak kullanılan ve aynı zamanda ışık yayan diyotlar (LED) için yarı iletken substrat olan sert, sentetik olarak üretilen kristal bir bileşiktir.

EFM yarı iletkenleri ayrıca elektrikli araç (EV) güç cihazlarında bulunanlar gibi yüksek voltajlı ortamlarda geleneksel silikon yarı iletkenleri geride bırakarak voltaj ve akım kayıplarını en aza indirerek üstün performans sağlamanın yanı sıra boyut ve ağırlığı azaltırken temel pil yönetimi bileşenlerini küçültüp hafifletir.

Silisyum Karbür

Silisyum karbür, silisyum ve karbondan oluşan inert bir seramik bileşiğidir. Mohs sertlik derecesi 9 ile bor karbür (9,5) ve elmasın (10) ardından üçüncü sırada yer alır. Silisyum karbür, kimyasal olarak inert kalırken yüksek mekanik dayanıklılığa sahiptir; bu da onu takım tezgahları gibi sert yüzey koruma uygulamaları için mükemmel kılar.

Saf karbon nanotüpler, silikon bağlarıyla kovalent olarak birbirine bağlanmış dört karbon tetrahedra halinde düzenlenmiş dört karbon atomu içerir. Bu düzenleme, çeşitli kristal yapılar ve fazlar ile polimorfizme izin verir.

SiC'nin kristal yapısı, elektronik uygulamalar için gerekli olan geniş bant aralıklı yarı iletken (WBG) özellikleri de dahil olmak üzere üstün elektriksel özellikleriyle sonuçlanır. Daha geniş bir bant aralığı elektronların yörüngeden daha hızlı çıkmasını sağlayarak geleneksel silikon cihazlara kıyasla daha yüksek frekanslara ve daha hızlı işlemlere yol açar.

Temel malzeme olarak silikon, n tipi yarı iletkenler üretmek için nitrojen, fosfor, galyum, bor ve alüminyum ile katkılanabilir. Ayrıca, silikonsuz transistörler maliyeti ve güç tüketimini 40% kadar azaltabilir.

Silisyum Karbür (SiC) 300 derece C'ye kadar çalışabilir, bu da onu elektrikli araç motorları gibi yüksek sıcaklık ortamlarındaki uygulamalar için mükemmel bir malzeme seçimi haline getirir. SiC, ağırlık, maliyet ve karmaşıklık ekleyen aktif soğutma sistemlerine olan ihtiyacı ortadan kaldırabilir - bu da bu araçlar için daha fazla menzil ve daha hızlı şarj süreleri anlamına gelir.

Yarı İletken

Silisyum karbür, elektronikte oldukça kullanışlı olmasını sağlayan benzersiz elektriksel özellikleriyle uzun zamandır tanınmaktadır. İletkenler (bakır elektrik kabloları gibi) ve yalıtkanlar (bu kabloları kaplayan polimer yalıtım) gibi davranmak arasında değişen yarı iletkenler, entegre devreler, diyotlar ve transistörler gibi belirli koşullar altında elektriği ileten ayrı elektronik bileşenler oluşturmak için kullanılan yarı iletken malzemeleri oluşturur; iletkenlikleri elektrik akımları, elektromanyetik alanlar veya ışık uyarımı yoluyla uyarılarak bile değiştirilebilir.

Silisyum karbür, son derece geniş bir bant aralığına sahip olmasıyla geleneksel yarı iletkenlerden ayrılır. Bu, elektronları valans bandından iletim bandına taşımak için çok daha fazla enerji gerektirdiği anlamına gelir; sonuç olarak, silisyum karbür çok düşük güç kayıplarına sahiptir - elektrikli araç çekiş invertörleri gibi yüksek voltaj uygulamaları için kullanıldığında paha biçilmez bir niteliktir.

Silisyum karbür, patlatma kumları ve karborundum baskı araçlarından termal, elektrik ve makine mühendisliği uygulamalarına kadar endüstri ve akademide çeşitli kullanımlar için uzun süredir kullanılmaktadır. Ancak son zamanlarda, düşük termal genleşme oranları, yüksek mukavemet-sertlik oranı ve düşmanca ortamlara dayanma kabiliyeti nedeniyle talep hızla artmıştır.

Seramik

Silikon ve karbon bir araya gelerek mükemmel mekanik, kimyasal ve termal özelliklere sahip çekici bir malzeme üretir. Mohs ölçeğine göre elmasın iki katı kadar olan aşırı sertliğinin yanı sıra diğer refrakter malzemelere göre üstün termal şok direncine sahiptir.

Seramik, fırınlanmadığında son derece esnek olan ancak fırınlama işlemleri sırasında önemli ölçüde sertleşen inorganik, metalik olmayan bir malzemeyi ifade eder. Seramikler çeşitli kategorileri kapsar; örneğin:

Seramikler öncelikle ısıya, kimyasal aşınmaya ve korozyona karşı direnç sağlayan inorganik malzemeler olan refrakterler olarak kullanılır. Seramikler her türlü şekil ve renkte üretilir ve farklı sektörlerde kullanılır. Biyoseramiklerin önemli kullanım alanları arasında yangından korunma, süper iletkenler ve hücrelerden biyolojik tepkilerin uyarılması yer almaktadır. Biyoaktif seramikler ya kendiliğinden biyoaktif olabilir ya da yüzey işlemleri veya seramik gözeneklerin farmasötik olarak aktif maddelerle doldurulması yoluyla bu hale getirilebilir. Silisyum karbür, ağırlık, karmaşıklık ve maliyet ekleyen aktif soğutma sistemlerine ihtiyaç duymadan yüksek sıcaklıklara dayanırken sürtünmeyi ve emisyonları önemli ölçüde azaltan otomobil fren diskleri için yaygın olarak kullanılmaktadır. Ayrıca, kullanımı birçok aşındırıcı ve kesici aletin temelini oluşturur.

Otomotiv

Silisyum karbür (SiC) Mohs ölçeğine göre dokuzuncu sırada, alümina (9) ve elmas (10) arasında yer alan son derece sert bir malzemedir. Silisyum karbür ilk olarak 1891 yılında Amerikalı mucit Edward Acheson tarafından yapay elmas üretmeye çalışırken yapay olarak sentezlenmiş, ancak bunun yerine elektrikle ısıtılan karbon ve alümina eriyiğinde endüstriyel aşındırıcılar için toz haline getirilmiş küçük siyah SiC kristalleri keşfetmiştir. Nobel ödüllü kimyager Henri Moissan 1905 yılında bu bileşiği doğal olarak mozanit adı verilen şeffaf bir mineral olarak gözlemlemiştir.

Silisyum karbürün benzersiz atomik yapısı ve yarı iletken özellikleri onu diyotlar, transistörler ve güç cihazları gibi elektronik uygulamalar için ideal hale getirmektedir. Geleneksel silikona göre on kat daha fazla voltaj direncine sahiptir ve 1000V'u aşan sistemlerde daha da iyi performans göstererek elektrikli araç (EV) şarj istasyonları ve enerji yönetim sistemleriyle ilişkili yüksek voltaj taleplerini karşılamak için ideal malzeme haline gelir.

SiC, anahtarlama verimliliğini önemli ölçüde artırabilir ve aynı zamanda DC-DC dönüştürücüler, yerleşik şarj cihazları ve pil yönetim sistemleri gibi temel EV bileşenlerinin boyutunu ve ağırlığını azaltmaya yardımcı olabilir. Bu gelişmeler, emisyonsuz sürüşü kitlesel benimsemeye yaklaştırabilir. GlobalData analizi, yenilikçi çözümler için silisyum karbür kullanan teknoloji satıcıları ve köklü otomotiv şirketlerinden yeni kurulan şirketlere kadar 10'dan fazla şirketi tanımlamaktadır.