Under senare år har halvledare av kiselkarbidföreningar fått stor uppmärksamhet inom industrin. Men som ett högpresterande material utgör elektroniska apparater (dioder, kraftkomponenter) bara en liten del av dess tillämpningar. Kiselkarbid kan också användas som slipmedel, skärmaterial, strukturmaterial, optiskt material, katalysatorbärare etc. Idag kommer vi huvudsakligen att introducera kiselkarbidkeramik, som har fördelarna med stabila kemiska egenskaper, hög temperaturbeständighet, slitstyrka, korrosionsbeständighet, hög värmeledningsförmåga, låg värmeutvidgningskoefficient, låg densitet och hög mekanisk hållfasthet. Det används ofta inom kemiska maskiner, energi- och miljöskydd, halvledare, metallurgi, nationellt försvars- och militärindustrin och andra områden.

1. Kiselkarbidstruktur och egenskaper

Kiselkarbid (SiC) innehåller kisel och kol och är en typisk polymorf förening. Den består huvudsakligen av två kristallformer: α-SiC (stabil vid höga temperaturer) och β-SiC (stabil vid låga temperaturer). Det finns över 200 polymorfer, av vilka 3C-SiC av β-SiC och 2H-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC och 15R-SiC av α-SiC är särskilt representativa.

Vid temperaturer under 1600 °C existerar SiC som β-SiC, vilket kan framställas från en enkel blandning av kisel och kol vid cirka 1450 °C. Över 1600 °C omvandlas β-SiC långsamt till olika polytyper av α-SiC. 4H-SiC bildas lätt vid temperaturer runt 2000 °C; både 6H- och 15R-polytyperna kräver temperaturer över 2100 °C för att lätt bildas. 6H-SiC förblir mycket stabil även vid temperaturer över 2200 °C, vilket gör den allmänt använd i industriella tillämpningar. Ren kiselkarbid är en färglös, transparent kristall. Industriell kiselkarbid finns i färger med minskande transparens, inklusive färglös, ljusgul, ljusgrön, mörkgrön, ljusblå, mörkblå och till och med svart. Slipmedelsindustrin kategoriserar kiselkarbid efter färg: svart kiselkarbid och grön kiselkarbid. Färglös till mörkgrön kiselkarbid klassificeras som grön kiselkarbid, medan ljusblå till svart kiselkarbid klassificeras som svart kiselkarbid. Svart kiselkarbid och grön kiselkarbid är båda hexagonala α-SiC-kristaller. Generellt sett använder kiselkarbidkeramik grönt kiselkarbidpulver som råmaterial.

2. Framställningsprocess för kiselkarbidkeramik

Kiselkarbidkeramik tillverkas genom att krossa, mala och klassificera kiselkarbidråmaterial för att erhålla SiC-partiklar med en enhetlig partikelstorleksfördelning. SiC-partiklarna blandas sedan med ett sintringstillsatsmedel och ett temporärt bindemedel, pressas till en grön kompakt och sintras sedan vid hög temperatur. På grund av den höga kovalenta naturen hos Si-C-bindningar (~88 %) och deras låga diffusionskoefficient är en av de största utmaningarna i framställningsprocessen svårigheten att uppnå förtätning under sintring. Metoder för att framställa kiselkarbidkeramik med hög densitet inkluderar reaktionssintring, trycklös sintring, trycklös sintring, varmpressning, omkristallisationssintring, varm isostatisk pressning och gnistplasmasintring. Kiselkarbidkeramik lider dock av låg brottseghet, vilket resulterar i större sprödhet. Därför har kiselkarbidbaserade kompositkeramikmaterial, såsom fiber- (eller whisker-) förstärkning, heterogen partikeldispersionsförstärkning och funktionellt gradientmaterial, framkommit på senare år för att förbättra segheten och hållfastheten hos det enskilda materialet.

3. Tillämpnings- och utvecklingsmöjligheter för kiselkarbidkeramik 

Som ett högtemperaturstrukturkeramiskt material med utmärkt prestanda har kiselkarbidkeramik använts i allt större utsträckning inom högtemperaturugnar, stålmetallurgi, petrokemikalier, mekanisk elektronik, flyg- och rymdindustrin, energi- och miljöskydd, kärnenergi, bilindustrin och andra områden. Vi anser att man bör använda den mest möjliga metoden för att uppnå det bästa. 

I framtiden, i takt med att penetrationsgraden för nya energifordon, energi, industri, kommunikation och andra områden ökar, och kraven på mekaniska komponenter eller elektroniska komponenter med hög precision, hög slitstyrka och hög tillförlitlighet inom olika områden blir allt strängare, förväntas marknadsstorleken för kiselkarbidkeramikprodukter fortsätta att expandera, bland vilka nya energifordon och solceller är viktiga utvecklingsområden.