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        碳化硅家族應用知多少
        來源:網站編輯  時間:2022-11-22 18:14:51

        一、應用于寶石材料

        在寶石界,碳化硅也叫“莫桑石”,市面所見一般為人工合成莫桑石,天然的莫桑石極為稀有,少到僅出現在五萬年前隕石坑內。

        根據寶石界的資料:莫桑石的火彩是鉆石的2.5倍;色散值是0.104(鉆石是0.044);折射率2.654而鉆石是2.417;鉆石莫氏硬度是10,硬度之王非它莫屬,而莫桑石也有9.2-9.8,也遠高于其它寶石。所以,相同條件加工后的莫桑石與鉆石石相比也毫不遜色,也有“莫桑鉆”之稱。


        二、傳統工業上的應用

        在傳統工業領域上,碳化硅主要是作為耐火材料,磨料磨具及冶金材料,下文將分別解析。


        1、高級耐火材料:利用碳化硅材料的耐腐蝕、耐高溫、強度大、導熱性能良好、抗沖擊等特性,一方面可用于各種冶煉爐襯、高溫爐窯構件、碳化硅板、襯板、支撐件、匣缽等。另一方面可用于有色金屬冶煉工業的高溫間接加熱材料,如豎罐蒸餾爐、鋅粉爐用弧型板、熱電偶保護管等;用于制作耐磨、耐蝕、耐高溫等高級碳化硅陶瓷材料;還可以制做火箭噴管、燃氣輪機葉片等。此外,碳化硅也是高速公路、航空飛機跑道太陽能熱水器等的理想材料之一。因此碳化硅也有一個俗名叫“耐火砂”,雖然很俗但是充分說明了它所具有的耐火特性。

        2、磨料磨具:主要因為碳化硅具有很高硬度,莫氏硬度為9.2-9.8,僅次于世界上硬的金剛石(10級),因此俗稱“金鋼砂”,還具有很好的化學穩定性和一定的韌性,故可用于制作砂輪、砂紙、砂帶、油石、磨塊、磨頭、研磨膏及光產品中單晶硅、多晶硅和電子行業的壓電晶體等方面的研磨、拋光等。

        3、冶金原料:碳化硅可用做煉鋼的脫氧劑和鑄鐵組織的改良劑,可用做制造四氯化硅的原料,是硅樹脂工業的主要原料。碳化硅脫氧劑是一種新型的強復合脫氧劑,取代了傳統的硅粉碳粉進行脫氧,和原工藝相比各項理化性能更加穩定,脫氧效果好,使脫氧時間縮短,節約能源,提高煉鋼效率,提高鋼的質量,降低原輔材料消耗,減少環境污染,改善勞動條件,提高電爐的綜合經濟效益都具有重要價值。


        三、碳化硅光學反射鏡材料

        利用陶瓷對聲、光、電、磁、熱等物理性能所具有的特殊功能而制造的陶瓷材料稱為功能陶瓷。功能陶瓷種類繁多,用途各異,碳化硅在功能陶瓷領域主要是作為反射鏡材料。SiC陶瓷具有高比剛度、較好的熱和化學穩定性、較低的熱變形系數且耐空間粒子輻照,通過特殊的制作工藝,可以獲得輕量化結構的反射鏡鏡體。


        四、作為半導體材料

        第三代半導體是支撐國防軍備、5G移動通信、能源互聯網、新能源汽車、軌道交通等產業創新發展和轉型升級的重點核心材料和電子元器件,因其在國防安全、智能制造、產業升級、減排等國家重大戰略需求方面的重要作用,正成為世界各國競爭的技術制高點

        SiC作為第三代半導體材料的典型代表,也是目前晶體生產技術和器件制造水平成熟,應用廣泛的寬禁帶半導體材料之一,目前在已經形成了全球的材料、器件和應用產業鏈。是高溫、高頻、抗輻射、大功率應用場合下極為理想的半導體材料。由于碳化硅功率器件可顯著降低電子設備的能耗,因此碳化硅器件也被譽為帶動“新能源革命”的“綠色能源器件”。

        1、半導體照明領域

        碳化硅作為LED器件襯底是其目前應用為成熟的領域,市場上SiC晶片大比例被用于制造高亮度LED襯底材料。采用碳化硅作為襯底的LED期間亮度更高、能耗更低壽命更長、單位芯片面積更小,在大功率LED方面具有非常大的優勢。

        2、新能源汽車及不間斷電源等電力電子領域

        新能源汽車產業要求逆變器(即馬達驅動)的半導體功率模塊,在處理高強度電流時,具有遠超出普通工業用途逆變器的可靠性;在大電流功率模塊中,具有更好的散熱性、快速、耐高溫、可靠性高的半導體碳化硅模塊完全符合新能源汽車要求。半導體碳化硅功率模塊小型化的特點可大幅削減新能源汽車的電力損失,使其在200℃高溫下仍能正常工作。更輕、更小的設備重量減少,減少汽車自身重量帶來的能耗。

        半導體碳化硅材料除了在新能源汽車中占有重要地位外,在高鐵、太陽能光伏、風能、電力輸送、UPS不間斷電源等電力電子領域均起到了環保作用。

        3、讓電子設備體積更小

        將筆記本電腦適配器的體積減少80%,將一個變電站的體積縮小至一個手提箱的大小。這也是碳化硅半導體令人期待的一個地方。碳化硅技術的發展有望將消費類電子產品的體積,如將筆記本電腦適配器的體積減少80%;也可以將一個變電站的體積縮小至一個手提箱的大小規格。


        五、補強增韌劑

        除了如上應用,碳化硅晶須或碳化硅纖維作為一種優良的補強增韌劑,與金屬基或陶瓷基材料復合材料也已廣泛運用到機械、化工、國防、能源、環保等領域。

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