Siliciumcarbide toepassingen

Siliciumcarbide (SiC) is een extreem hard materiaal met talloze toepassingen. Je kunt SiC tegenkomen in hoogwaardige "keramische" remschijven voor auto's of zelfs als keramische platen voor kogelvrije vesten.

Moissaniet komt van nature voor als een zeldzaam mineraal, maar wordt sinds 1893 in massa geproduceerd als poeder voor gebruik als schuurmiddel. Bovendien wordt het gebruikt als een essentieel onderdeel in halfgeleiderelektronica die werkt onder extreme temperaturen en spanningsomstandigheden.

Vuurvaste materialen voor hoge temperaturen

Vuurvaste materialen van siliciumcarbide zijn hoogwaardige materialen met een uitstekende sterkte, corrosiebestendigheid en thermische schokstabiliteit. Vuurvaste materialen van siliciumcarbide, verkrijgbaar in de vorm van bakstenen of bekledingen, worden gebruikt in toepassingen met hoge temperaturen zoals de productie van gesmolten zouten en zure slakken; hun speciale eigenschap is dat ze bestand zijn tegen verweking tot 15000 C bij temperaturen zo hoog als het smeltpunt (zwart siliciumcarbide [SiC] is de grondstof voor deze vuurvaste materialen).

Siliciumcarbide, meestal SiC genoemd, is een extreem harde synthetisch geproduceerde kristallijne verbinding van silicium en koolstof die van nature voorkomt als het zeldzame mineraal moissaniet. De massaproductie begon echter in 1893 voor gebruik als schuurmiddel en slijtvaste onderdelen in de industrie en raketmotoren; daarnaast dient het als halfgeleidersubstraat in lichtgevende diodes (LED).

Vuurvaste materialen van siliciumcarbide gebonden met klei zijn een ideale keuze voor gebruik in toepassingen met hoge temperaturen, omdat het bindingsproces de structurele integriteit bij hoge temperaturen garandeert en tegelijkertijd bestand is tegen zuren en andere corrosieve materialen. Bovendien hebben deze relatief goedkope vuurvaste materialen bewezen extreem duurzaam te zijn in de loop der tijd; ze worden vaak getest met behulp van stoomcorrosietests (fotograferen, wegen en meten van testmonsters voordat ze 500 uur worden blootgesteld aan stoom om te zien hoe goed ze presteren onder zulke extreme druk en temperaturen).

Slijtvaste onderdelen

Siliciumcarbide kan worden gebruikt voor een reeks slijtvaste toepassingen. Door zijn superieure sterkte, hardheid, duurzaamheid, weerstand tegen chemische aanvallen en temperatuurbestendigheid is siliciumcarbide een uitstekend materiaal om slijtage van staal en metallurgische legeringen tegen te gaan, waardoor het geschikt is voor het vervangen van metalen rollen of onderdelen in stalen walserijen, zandpompen, hydrocyclonen, brekers of cilindervoeringbuizen.

Elektrolytisch plateren biedt nog een ander voordeel: het kan consistenter worden toegepast zonder de typische inconsistenties van traditionele vernikkelingsprocessen te veroorzaken, waardoor scherpe hoeken en uitsparingen scherp blijven zonder randafzetting, terwijl doorvoergaten ongestoord en onveranderd blijven in bijna elke geometrische configuratie.

Siliciumcarbide onderscheidt zich onder de materialen voor elektronische apparaten door zijn superieure temperatuurbestendigheid en unieke atomaire structuur. Het biedt uitzonderlijke halfgeleidereigenschappen die het zeer geschikt maken voor de productie van elektronische apparaten. De weerstand tegen temperatuurschommelingen is tot 10 keer groter dan die van silicium, het meest gebruikte materiaal bij de productie van halfgeleiders, en het is ook bestand tegen thermische schokken en bestand tegen zeer hoge druk. Siliciumcarbide wordt op grote schaal gebruikt als een belangrijke component in vermogenshalfgeleiders voor hoogspanningsgeneratoren en boordladers voor oplaadsystemen voor hybride en elektrische auto's. Het wordt ook gebruikt als vervanging voor dure maar milieuonvriendelijke lithiumbatterijen.

Halfgeleiderapparaten

Siliciumcarbide in zijn pure vorm gedraagt zich als een elektrische isolator, maar wanneer het wordt gemodificeerd met onzuiverheden of dopingstoffen, verandert de elektrische geleidbaarheid en vertoont het halfgeleidende eigenschappen, waarbij het geen vrije stroom doorlaat maar ook niet afstoot. Deze halfgeleidende eigenschappen maken siliciumcarbide geschikt voor het maken van elektronische apparaten die signalen in elektrische circuits versterken, schakelen of omzetten.

Apparaten op basis van siliciumcarbide hebben het voordeel dat ze een brede bandkloof hebben, waardoor ze bij hogere temperaturen en frequenties kunnen werken dan traditionele halfgeleiders, waardoor ze geschikt zijn voor industriële contexten en een aanzienlijk hogere energie-efficiëntie hebben dan hun tegenhangers op basis van silicium.

Siliciumcarbide voedingsapparaten worden op grote schaal gebruikt in systemen voor spoorwegvervoer om energieverliezen te beperken en de efficiëntie van de lading te verbeteren, terwijl ze ook worden gebruikt in omvormers voor zonne-energie en energieopslagapparaten om de efficiëntie en betrouwbaarheid te verbeteren.

De marktdynamiek van siliciumcarbide is voortdurend in beweging, omdat nieuwe toepassingen de expansie en de vraag stimuleren. Toepassingen zijn onder meer de vermogenselektronica-industrie, de auto-industrie en de luchtvaart. De groei van de siliciumcarbide markt voor vermogenselektronica wordt verwacht op meer dan 27% tegen 2021 als gevolg van de stijgende vraag naar elektrische voertuigen en 5G-infrastructuur, samen met snelle oplaadstations; als gevolg hiervan moeten capaciteitsuitbreiding en investeringen in nieuwe technologieën plaatsvinden om efficiënte voedingsapparaten te leveren om deze te ondersteunen.

Chemische verwerking

Siliciumcarbide (SiC) is een extreem harde, synthetisch geproduceerde verbinding van silicium en koolstof met een Mohs-hardheid van 9 en is bijna net zo hard als diamant. SiC wordt gebruikt in toepassingen variërend van abrasieve bewerkingsprocessen zoals zandstralen en slijpen tot slijtvaste onderdelen voor industriële ovens, slijtvaste onderdelen voor lichtemitterende diodeproductiesubstraten en lichtemitterende diodes (LED).

Vuurvaste materialen kunnen ook worden gebruikt in composietmaterialen, zoals die in kogelvrije vesten. Door hun sterkte en duurzaamheid zijn ze bestand tegen kogelinslagen met hoge snelheid, terwijl hun lage neutronendoorsnede ze beschermt tegen stralingsschade.

Reactiebinding en sinteren kunnen beide worden gebruikt om SiC te maken, waarbij ze elk verschillende microstructuren in het uiteindelijke materiaal produceren. Reactiegebonden SiC wordt geproduceerd door compacte mengsels van SiC en koolstof te infiltreren met vloeibaar silicium, dat reageert met koolstof om meer SiC-deeltjes te vormen die de oorspronkelijke deeltjes binden. Gesinterd SiC kan ook worden geproduceerd door zuiver SiC-poeder te mengen met niet-oxide sinterhulpmiddelen en bij hoge temperaturen te verhitten tot stolling optreedt.

American Elements biedt een uitgebreide selectie van eersteklas gesmolten silica en carbidekorrels en -poeders die geschikt zijn voor toepassingen in vuurvaste materialen, lucht- en ruimtevaart, de auto-industrie, de chemische voedingsmiddelenindustrie en vele andere sectoren. Met onze geavanceerde breek-, maal- en classificatieapparatuur kunnen we deze korrels produceren die de ANSI, FEPA en JIS normen overtreffen.