През последните години, полупроводниците на основата на силициев карбид получиха широко внимание в индустрията. Въпреки това, като високопроизводителен материал, електронните устройства (диоди, силови устройства) са само малка част от приложенията му. Силициевият карбид може да се използва и като абразив, режещ материал, конструкционен материал, оптичен материал, носител на катализатор и др. Днес ще ви представим основно силициево-карбидната керамика, която има предимствата на стабилни химични свойства, устойчивост на висока температура, износоустойчивост, устойчивост на корозия, висока топлопроводимост, нисък коефициент на термично разширение, ниска плътност и висока механична якост. Тя се използва широко в химическото машиностроене, енергетиката и опазването на околната среда, полупроводниците, металургията, националната отбранителна и военна промишленост и други области.

1. Структура и свойства на силициевия карбид

Силициевият карбид (SiC) съдържа силиций и въглерод и е типично полиморфно съединение. Състои се предимно от две кристални форми: α-SiC (стабилен при висока температура) и β-SiC (стабилен при ниска температура). Съществуват над 200 полиморфа, от които 3C-SiC на β-SiC и 2H-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC и 15R-SiC на α-SiC са особено представителни.

При температури под 1600°C, SiC съществува като β-SiC, който може да се получи от проста смес от силиций и въглерод при около 1450°C. Над 1600°C, β-SiC бавно се трансформира в различни политипове α-SiC. 4H-SiC се образува лесно при температури около 2000°C; както 6H, така и 15R политиповете изискват температури над 2100°C, за да се образуват лесно. 6H-SiC остава много стабилен дори при температури над 2200°C, което го прави широко използван в промишлени приложения. Чистият силициев карбид е безцветен, прозрачен кристал. Индустриалният силициев карбид се предлага в цветове с намаляваща прозрачност, включително безцветен, бледожълт, светлозелен, тъмнозелен, светлосин, тъмносин и дори черен. Абразивната индустрия категоризира силициевия карбид по цвят: черен силициев карбид и зелен силициев карбид. Безцветният до тъмнозелен силициев карбид се класифицира като зелен силициев карбид, докато светлосиният до черен силициев карбид се класифицира като черен силициев карбид. Черният силициев карбид и зеленият силициев карбид са хексагонални кристали α-SiC. Обикновено силициево-карбидната керамика използва зелен силициев карбид на прах като суровина.

2. Процес на приготвяне на силициево-карбидна керамика

Силициево-карбидната керамика се произвежда чрез раздробяване, смилане и класифициране на силициево-карбидни суровини, за да се получат SiC частици с равномерно разпределение на размера на частиците. След това SiC частиците се смесват с добавка за синтероване и временно свързващо вещество, пресоват се в зелен компактен материал и след това се синтероват при висока температура. Поради високата ковалентна природа на Си-C връзките (~88%) и ниския им коефициент на дифузия, едно от основните предизвикателства в процеса на получаване е трудността при постигане на уплътняване по време на синтероване. Методите за получаване на силициево-карбидна керамика с висока плътност включват реакционно синтероване, безнапорно синтероване, безнапорно синтероване, горещо пресоване, рекристализиращо синтероване, горещо изостатично пресоване и искрово-плазмено синтероване. Силициево-карбидната керамика обаче страда от ниска жилавост на счупване, което води до по-голяма крехкост. Поради това през последните години се появиха композитни керамични материали на базата на силициев карбид, като например армировка с влакна (или нишки), хетерогенно дисперсионно укрепване с частици и функционално градиентни материали, за да се подобри жилавостта и здравината на единичния материал.

3. Приложение и перспективи за развитие на силициево-карбидната керамика 

Като високотемпературен структурен керамичен материал с отлични характеристики, силициево-карбидната керамика се използва все по-често във високотемпературни пещи, стоманодобивна металургия, нефтохимикали, механична електроника, аерокосмическа индустрия, енергетика и опазване на околната среда, ядрена енергетика, автомобили и други области. Смятаме, че използването на най-възможния метод за постигане на най-доброто... 

В бъдеще, с увеличаването на степента на проникване на нови енергийни превозни средства, енергетиката, промишлеността, комуникациите и други области, и все по-строгите изисквания за високопрецизни, износоустойчиви и надеждни механични или електронни компоненти в различни области, се очаква пазарният размер на силициево-карбидните керамични продукти да продължи да се разширява, сред които новите енергийни превозни средства и фотоволтаиката са важни области на развитие.