De superieure prestaties vansiliciumcarbidekomt voort uit de covalente kristalstructuur (siliciumatomen zijn stevig gebonden aan koolstofatomen, met een bindingsenergie zo hoog als 432 kJ/mol). De belangrijkste voordelen zijn als volgt:
Ultra-hoge hardheid en slijtvastheid:Met een Mohs-hardheid van 9,2-9,5, de tweede alleen voor diamant, en een microhardheid van 2800-3300 HV, is de slijtvastheid 10-20 keer die van gewoon staal, in staat om sterke wrijving en schokken te weerstaan, waardoor het geschikt is voor toepassingen met slijtvaste onderdelen.
Uitstekende stabiliteit bij hoge-temperaturen:Met een smeltpunt tot 2700 graden blijft het stabiel in luchtomgevingen onder de 1600 graden zonder significante oxidatievervorming; de lineaire uitzettingscoëfficiënt is slechts 4,5 × 10⁻⁶/ graad (20-1000 graden), veel lager dan die van metalen materialen, en vertoont een uitstekende maatvastheid bij hoge temperaturen.
Sterke chemische corrosieweerstand:Het reageert niet met conventionele corrosieve media zoals zuren, logen en zouten bij kamertemperatuur, maar reageert slechts in geringe mate met een mengsel van geconcentreerd salpeterzuur en fluorwaterstofzuur bij hoge temperaturen, waardoor het geschikt is voor zeer corrosieve chemische omgevingen.
Uitstekende thermische geleidbaarheid en elektrische eigenschappen:De thermische geleidbaarheid bij kamertemperatuur bereikt 120-200 W/(m·K), wat 3-5 keer zoveel is als die van gewoon keramiek en 4-6 keer die van staal, wat resulteert in een uitstekende warmteafvoerefficiëntie. Als halfgeleidermateriaal is de bandafstand (3,26 eV) drie keer zo groot als die van silicium, en de elektrische doorslagsterkte is tien keer zo groot als die van silicium, waardoor het geschikt is voor elektronische apparaten met hoge spanning en hoge frequentie.
Hoge mechanische sterkte en slagvastheid:De buigsterkte bij kamertemperatuur bedraagt 400-500 MPa, en de breuktaaiheid bedraagt 3-5 MPa·m¹/², wat een sterkere slagvastheid en minder brosheid vertoont dan traditionele keramische materialen.
Kerntypen SiC-materialen (verdeeld naar classificatiedimensies)
(1) Classificatie op kleur en zuiverheid (meest gebruikt in de industrie)
| Type | Kerncomponent (SiC-zuiverheid) | Belangrijkste kenmerken | Typische toepassingsscenario's |
| Zwart siliciumcarbide | 95%-97% | Hoge taaiheid, gematigde kosten | Gebruikt voor het verwerken van materialen met lage treksterkte (glas, keramiek, steen, gietijzer), productie van slijpstenen en zandstraalmiddelen |
| Groen siliciumcarbide | Groter dan of gelijk aan 97% (hoge zuiverheid tot 99%) | Hogere hardheid, betere zelfslijpende eigenschappen- | Voor het bewerken van materialen met een hoge-hardheid (harde legeringen, titaniumlegeringen, hoge-snelheidsstaal) en precisieslijpen (ultra-precieze bewerking van lagers, polijsten van optisch glas) |
(2) Classificatie op basis van kristalstructuur (bepaalt prestatieverschillen)
-SiC (zeshoekig kristal):
Hoge- stabiele fase (stabiel boven 1400 graden), de belangrijkste vorm van industriële silicium-koolstoflegering, met een hoge hardheid en hoge- temperatuursterkte, geschikt voor structurele materialen en hoge- componenten (zoals ovenvoeringen, raketmondstukken);
-SiC (kubisch kristal):
Lage- temperatuurfase (stabiel onder 1400 graden), gesynthetiseerd via speciale processen, met een uniforme kristalstructuur en superieure halfgeleiderprestaties, geschikt voor elektronische apparaten en derde- generatie halfgeleiderchipsubstraten;
-SiC (kubisch kristal):
Een zeldzame lage- variant, die een extreem hoge zuiverheid vereist, voornamelijk gebruikt in wetenschappelijk onderzoek en hoogwaardige- elektronicagebieden.
(3) Classificatie per productvorm (aangepast aan verschillende toepassingsscenario's)
Poeder:
maat 100-3000 mesh, gebruikt in schuurmiddelen, keramische grondstoffen, enmetallurgische deoxidatiemiddelen;
Blokken/platen:
Gebruikt in ovenvoeringen, steunen en structurele componenten op hoge temperatuur-;
Keramische producten:
Gegoten componenten zoals afdichtringen, lagers en thermokoppelbeschermbuizen;
Halfgeleiderwafeltjes:
Hoge-zuiverheid -SiC-eenkristalwafels, gebruikt bij de vervaardiging van stroomapparaten en RF-apparaten.
Typische toepassingsscenario's van siliciumcarbidematerialen (verdeeld per sector)
(1) Machine- en schuurindustrie
Het maakt gebruik van een hoge hardheid en slijtvastheid en wordt gebruikt voor de vervaardiging van slijpschijven, doorslijpschijven en zandstraalmiddelen voor de verwerking van metalen, steen en glas;
Het produceren van slijtvaste- keramische afdichtingsringen en lagers, geschikt voor roterende machines zoals waterpompen en kleppen, met een levensduur die 5-10 keer zo lang is als die van metalen afdichtingen.
(2) Metallurgie en hoge-temperatuurindustrieën
Als componenten voor hoge- temperaturen, zoals ovenvoeringen, smeltkroezen en bakken, is het geschikt voor hoge- temperatuurscenario's onder 1600 graden, zoals het smelten van non- ferrometalen en de synthese van halfgeleidermateriaal;
Wordt gebruikt in aluminium elektrolysecellen en zinkpoederovenboogplaten, waarbij gebruik wordt gemaakt van de hoge- temperatuurbestendigheid en corrosiebestendigheid om de levensduur van de apparatuur te verlengen.
(3) Elektronica- en halfgeleiderindustrie
Hoge-zuiverheid -SiC-wafels worden gebruikt voor de vervaardiging van hoog-stroomapparaten (zoals omvormers voor nieuwe energievoertuigen en fotovoltaïsche omvormers), waardoor het energieverbruik wordt verminderd en de vermogensdichtheid toeneemt;
Als substraat voor radiofrequentieapparaten is het geschikt voor hoogfrequente scenario's zoals 5G-communicatie en satellietcommunicatie.
(4) Lucht- en ruimtevaart en hoogwaardige-productie
Productie van componenten voor hoge- temperaturen, zoals raketmondstukken en gasturbinebladen, die bestand zijn tegen extreme temperaturen boven de 2000 graden en de impact van de luchtstroom;
Wordt gebruikt in hoge--temperatuurcoatings voor vliegtuig-motoren, waardoor de oxidatieweerstand bij hoge- temperaturen en de slijtvastheid van componenten worden verbeterd.
(5) Chemische industrie
Productie van corrosie-bestendige pijpen, kleppen en warmtewisselaars, geschikt voor het transporteren en laten reageren van sterke zuren, sterke basen en media met hoge- temperaturen;
Als katalysatordrager, waarbij gebruik wordt gemaakt van het hoge specifieke oppervlak en de chemische stabiliteit om de efficiëntie van de katalytische reactie te verbeteren.
Selectieprincipes voor verschillende soorten siliciumcarbide
Selectie op basis van "hardheidseisen":
Selecteergroen siliciumcarbidevoor het verwerken van materialen met een hoge-hardheid, enzwart siliciumcarbidevoor algemene verwerking;
Selectie op basis van "temperatuurscenario's":
Selecteer -SiC voor structurele onderdelen met hoge- temperaturen boven 1400 graden, en -SiC voor elektronische apparaten;
Selectie op basis van "morfologische eisen":
Selecteer poedervorm voor schuurmiddelen en desoxidatiemiddelen, blok-/plaatvorm voor structurele onderdelen en keramische producten voor precisiecomponenten.
