De afgelopen jaren hebben siliciumcarbide-halfgeleiders veel aandacht gekregen in de industrie. Elektronische apparaten (diodes, vermogenscomponenten) vormen echter slechts een klein deel van de toepassingen als hoogwaardig materiaal. Siliciumcarbide kan ook worden gebruikt als schuurmiddel, snijmateriaal, constructiemateriaal, optisch materiaal, katalysatordrager, enz. Vandaag introduceren we voornamelijk siliciumcarbidekeramiek, dat voordelen biedt zoals stabiele chemische eigenschappen, hoge temperatuurbestendigheid, slijtvastheid, corrosiebestendigheid, hoge thermische geleidbaarheid, lage thermische uitzettingscoëfficiënt, lage dichtheid en hoge mechanische sterkte. Het wordt veel gebruikt in chemische machines, energie- en milieubescherming, halfgeleiders, metallurgie, nationale defensie- en militaire industrieën en andere sectoren.

1. Structuur en eigenschappen van siliciumcarbide

Siliciumcarbide (SiC) bevat silicium en koolstof en is een typische polymorfe verbinding. Het bestaat voornamelijk uit twee kristalvormen: α-SiC (stabiel bij hoge temperaturen) en β-SiC (stabiel bij lage temperaturen). Er zijn meer dan 200 polymorfen, waarvan 3C-SiC van β-SiC en 2H-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC en 15R-SiC van α-SiC bijzonder representatief zijn.

Bij temperaturen onder 1600 °C bestaat SiC als β-SiC, dat geproduceerd kan worden uit een eenvoudig mengsel van silicium en koolstof bij ongeveer 1450 °C. Boven 1600 °C transformeert β-SiC langzaam in verschillende polytypen α-SiC. 4H-SiC vormt zich gemakkelijk bij temperaturen rond 2000 °C; zowel de 6H- als de 15R-polytypen vereisen temperaturen boven 2100 °C om zich gemakkelijk te vormen. 6H-SiC blijft zeer stabiel, zelfs bij temperaturen boven 2200 °C, waardoor het veel gebruikt wordt in industriële toepassingen. Zuiver siliciumcarbide is een kleurloos, transparant kristal. Industrieel siliciumcarbide is verkrijgbaar in kleuren met afnemende transparantie, waaronder kleurloos, lichtgeel, lichtgroen, donkergroen, lichtblauw, donkerblauw en zelfs zwart. De schuurmiddelindustrie categoriseert siliciumcarbide op kleur: zwart siliciumcarbide en groen siliciumcarbide. Kleurloos tot donkergroen siliciumcarbide wordt geclassificeerd als groen siliciumcarbide, terwijl lichtblauw tot zwart siliciumcarbide wordt geclassificeerd als zwart siliciumcarbide. Zwart en groen siliciumcarbide zijn beide α-SiC hexagonale kristallen. Over het algemeen wordt voor siliciumcarbidekeramiek groen siliciumcarbidepoeder als grondstof gebruikt.

2. Bereidingsproces van siliciumcarbidekeramiek

Siliciumcarbidekeramiek wordt gemaakt door siliciumcarbidegrondstoffen te breken, te vermalen en te classificeren om SiC-deeltjes met een uniforme deeltjesgrootteverdeling te verkrijgen. De SiC-deeltjes worden vervolgens gemengd met een sinteradditief en een tijdelijk bindmiddel, tot een groen compact geperst en vervolgens bij hoge temperatuur gesinterd. Vanwege de hoge covalente aard van Si-C-bindingen (~88%) en hun lage diffusiecoëfficiënt, is een van de grootste uitdagingen in het bereidingsproces echter de moeilijkheid om verdichting te bereiken tijdens het sinteren. Methoden voor de bereiding van siliciumcarbidekeramiek met hoge dichtheid omvatten reactiesinteren, drukloos sinteren, drukloos sinteren, warmpersen, rekristallisatiesinteren, heet isostatisch persen en vonkplasmasinteren. Siliciumcarbidekeramiek heeft echter een lage breuktaaiheid, wat resulteert in een hogere brosheid. Daarom zijn de afgelopen jaren composietkeramiek op basis van siliciumcarbide ontwikkeld, zoals vezel- (of whisker)versterking, heterogene deeltjesdispersieversterking en functioneel gradiëntmaterialen, om de taaiheid en sterkte van het enkelvoudige materiaal te verbeteren.

3. Toepassings- en ontwikkelingsperspectieven van siliciumcarbidekeramiek 

Als een structureel keramisch materiaal met hoge temperaturen en uitstekende prestaties, worden siliciumcarbidekeramieken steeds vaker gebruikt in ovens met hoge temperaturen, staalmetallurgie, petrochemie, mechanische elektronica, lucht- en ruimtevaart, energie en milieubescherming, kernenergie, auto's en andere sectoren. Wij zijn van mening dat het gebruik van de meest mogelijke methode om de grote 

Naarmate in de toekomst de penetratiegraad van nieuwe energievoertuigen, energie, industrie, communicatie en andere sectoren toeneemt en de eisen voor zeer precieze, slijtvaste en zeer betrouwbare mechanische componenten of elektronische componenten in verschillende sectoren steeds strenger worden, zal de omvang van de markt voor keramische producten van siliciumcarbide naar verwachting blijven groeien. Nieuwe energievoertuigen en fotovoltaïsche cellen zijn hierbij belangrijke ontwikkelingsgebieden.