Silicon carbide (SiC) ceramic là gì?

Kể từ cuối thế kỷ 19, hợp chất của silic và carbon này được gọi là gốm silicon carbide (SiC) đã phát triển từ bột mài thành vật liệu nền tảng cho các ứng dụng kỹ thuật cao cấp. Ngày nay, gốm silicon carbide là vật liệu không thể thiếu trong các ngành công nghiệp từ bán dẫn và điện tử đến hàng không vũ trụ, ô tô, năng lượng và chế biến hóa chất.

Silicon carbide là gì? Từ góc độ khoa học, nó là một hợp chất silicon carbide có liên kết cộng hóa trị, công thức hóa học là SiC, có cấu trúc tinh thể độc đáo và có thể tồn tại ở các dạng đa hình khác nhau (3C, 4H, 6H). Độ cứng cao (Mohs 9,5), mật độ thấp (~3,1 g/cm³), nhiệt độ nóng chảy cao (~2.700 °C) và tính dẫn nhiệt tuyệt vời của silicon carbide khiến nó trở thành lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng khắc nghiệt mà kim loại hoặc nhựa không thể đáp ứng được.

Tại Zhi Hao Ceramics, chúng tôi cung cấp các bộ phận silicon carbide kỹ thuật được thiết kế riêng theo yêu cầu của khách hàng, mang lại độ chính xác, tính nhất quán và độ tin cậy vượt trội.

Đi đến

Ưu điểm | Ứng dụng | Cấp độ vật liệu | Đặc tính | Trường hợp | gia công | FAQ | Liên quan

Gốm silicon carbide - Vật liệu gốm tiên tiến - Gốm Zhihao

Ưu điểm của gốm silicon carbide

Sự kết hợp độc đáo giữa các tính chất cơ học, nhiệt và điện khiến SiC nổi bật trong lĩnh vực gốm kỹ thuật.

Độ cứng Vickers của silicon carbide (SiC) khoảng 22 GPa, gần bằng độ cứng của kim cương và nitrua boron lập phương (BN). Điều này khiến SiC trở thành lựa chọn lý tưởng cho các bộ phận chống mài mòn, vòng đệm và vật liệu mài mòn.

Độ đặc của silicon carbide thường nằm trong khoảng 3,02–3,15 g/cm³, nó có độ bền vượt trội nhưng trọng lượng không quá nặng, đây là một lợi thế quan trọng trong các hệ thống hàng không vũ trụ và ô tô.

Hệ số dẫn nhiệt của SiC vượt quá 100 W/m·K, là vật liệu lý tưởng cho các ứng dụng như bộ trao đổi nhiệt, wafer bán dẫn và bảng mạch điện tử công suất.

Hệ số giãn nở nhiệt (SiC CTE) ~4 × 10⁻⁶/K đảm bảo độ ổn định kích thước xuất sắc, ngay cả trong điều kiện sốc nhiệt và biến động nhiệt độ.

Chịu được axit, muối và hầu hết các hóa chất, đồng thời tạo ra một lớp màng bảo vệ SiO₂ ở nhiệt độ trên 1.300 °C để chống oxy hóa.

Đặc tính điện của silicon carbide cho phép nó được sử dụng như một chất bán dẫn có dải cấm rộng, rất phù hợp cho các thiết bị điện tử công suất cao và nhiệt độ cao.

Sự kết hợp giữa độ cứng, độ bền và khả năng chống ăn mòn của sản phẩm silicon carbide khiến chúng vượt trội hơn hẳn so với kim loại và polymer trong các điều kiện môi trường khắc nghiệt.

Ứng dụng trong ngành

Sự sử dụng silicon carbide đã vượt qua nhiều ngành công nghiệp nhờ vào tính năng vượt trội của nó:

Trong lĩnh vực hàng không vũ trụ, ứng dụng của silicon carbide bao gồm các bộ phận tuabin, bộ phận động cơ và hệ thống bảo vệ nhiệt. Khả năng chịu nhiệt độ cao và tính chất nhẹ của nó khiến nó trở thành lựa chọn lý tưởng cho các môi trường khắc nghiệt này. Gốm silicon carbide cũng được sử dụng trong các hệ thống bảo vệ giáp cho phương tiện và con người nhờ vào độ cứng vượt trội và tính chất nhẹ của nó.

Tính chất bán dẫn của SiC đã cách mạng hóa thiết bị điện tử công suất. So với bán dẫn silicon truyền thống, công nghệ silicon carbide cho phép chuyển đổi công suất hiệu quả hơn, hoạt động ở tần số cao hơn và quản lý nhiệt tốt hơn. Điều này làm cho nó trở nên vô cùng giá trị trong các ứng dụng năng lượng như biến tần, bộ chuyển đổi và nguồn điện.

Trong môi trường công nghiệp, các sản phẩm silicon carbide như vòi phun, phớt, bạc đạn và dụng cụ cắt có độ bền mài mòn và tuổi thọ vượt trội. Độ cứng và tính trơ hóa học của vật liệu này khiến nó trở thành lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng đòi hỏi khắt khe.

Ngành công nghiệp ô tô sử dụng SiC cho đĩa phanh, bộ phận ly hợp và bộ lọc gốm. Trong xe điện, bán dẫn silicon carbide đóng vai trò quan trọng trong hệ thống điều khiển công suất, giúp tăng hiệu suất và giảm nhiệt sinh ra.

Trong sản xuất bán dẫn, gốm silicon carbide được sử dụng trong các dụng cụ gia công wafer, cảm biến và các thành phần chống plasma. Độ tinh khiết, tính ổn định nhiệt và khả năng chống plasma của vật liệu này khiến nó trở thành lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng quan trọng này.

Ống silicon carbide, bộ trao đổi nhiệt và buồng phản ứng có khả năng chống ăn mòn xuất sắc trong môi trường xử lý hóa học. Vật liệu này có thể chịu được axit, bazơ ăn mòn và nhiệt độ cao, trong khi kim loại sẽ bị phân hủy nhanh chóng.

Khả năng chống bức xạ và tính ổn định ở nhiệt độ cao của SiC khiến nó phù hợp cho các ứng dụng hạt nhân, bao gồm vỏ nhiên liệu và các bộ phận cấu trúc trong thiết kế lò phản ứng tiên tiến.

Các loại gốm silicon carbide

Tại ZhiHao, chúng tôi cung cấp một loạt các vật liệu silicon carbide hiệu suất cao được tối ưu hóa cho các ứng dụng, nhằm đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật khác nhau:

Gốm silicon carbide nung không áp suất (SSIC)

Gốm silicon carbide nung không áp suất (SSiC) là loại gốm kết cấu cao cấp được sản xuất thông qua quy trình nung ở nhiệt độ cao và không áp suất. Thành phần chính của chúng là bột silicon carbide có độ tinh khiết cao. Quá trình nung không yêu cầu chất kết dính kim loại hoặc áp suất bên ngoài, do đó có độ tinh khiết và mật độ cực cao, từ đó mang lại tính năng tổng thể xuất sắc. Loại vật liệu này được ứng dụng rộng rãi trong các môi trường khắc nghiệt nhờ vào độ bền cơ học, khả năng chống mài mòn và chống ăn mòn vượt trội.

Đặc điểm chính

  • Độ cứng và độ bền mài mòn cực cao
  • Độ cứng Mohs của SSiC gần 9,5, chỉ đứng sau kim cương và nitrua boron lập phương, có khả năng chống mài mòn xuất sắc, rất phù hợp để sử dụng trong môi trường có ma sát cao và mài mòn cao.
  • Độ bền cơ học xuất sắc: Có độ bền uốn và độ bền nén cao, duy trì tính năng cơ học ổn định ngay cả ở nhiệt độ cao.
  • Chịu nhiệt độ cao: Có thể chịu được môi trường không khí trên 1600°C và hoạt động ổn định lâu dài trong môi trường khí trơ trên 1600°C.
  • Khả năng chống ăn mòn xuất sắc: Có khả năng chống ăn mòn xuất sắc đối với axit mạnh, bazơ mạnh và hầu hết các dung môi hữu cơ, phù hợp để sử dụng trong môi trường ăn mòn.
  • Tính năng nhiệt xuất sắc: Hệ số dẫn nhiệt cao, hệ số giãn nở nhiệt thấp, khả năng chống sốc nhiệt xuất sắc, khả năng chống nứt do thay đổi nhiệt độ đột ngột.
  • Độ tinh khiết cao và tính cách điện: Quy trình nung kết không áp suất loại bỏ sự xâm nhập của tạp chất kim loại, từ đó đạt được độ tinh khiết cao của vật liệu đồng thời duy trì tính cách điện xuất sắc.

Ứng dụng điển hình

  • Phốt cơ khí: Vòng đệm và ống lót trong bơm và máy nén
  • Thiết bị hóa chất: Ống dẫn chống ăn mòn, vòi phun và lớp lót van.
  • Ngành công nghiệp bán dẫn và điện tử: Vật liệu chịu nhiệt cao, ống lò và lớp lót.
  • Phụ tùng chống mài mòn: Vòng bi, tấm lót chống mài mòn và vòi phun cát.
  • Năng lượng và bảo vệ môi trường: Các bộ phận lò trong ngành quang điện, lớp lót bên trong lò đốt rác.

Quy trình sản xuất

Gốm silicon carbide nung không áp suất được sản xuất từ bột SiC có độ tinh khiết cao, sau đó được định hình thành khuôn bằng một lượng nhỏ chất trợ nung và nung không áp suất ở nhiệt độ trên 2000°C. Quy trình này giúp vật liệu có cấu trúc đậm đặc gần với mật độ lý thuyết, hạt mịn và đồng đều, đảm bảo tính năng tổng hợp vượt trội.

Gốm silicon carbide phản ứng nung kết (SISiC)

Gốm silicon carbide phản ứng nung kết (SISiC) là một loại vật liệu gốm cao cấp được sản xuất từ bột silicon carbide (SiC) và nguồn carbon. Silic lỏng thấm vào vật liệu xanh ở nhiệt độ cao, tạo ra phản ứng và hình thành silicon carbide mới. So với silicon carbide nung kết không áp suất (SSiC), SISiC có nhiệt độ sản xuất thấp hơn và quy trình linh hoạt hơn, cho phép sản xuất các bộ phận kết cấu có kích thước lớn và hình dạng phức tạp. Do đó, nó được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp.

Đặc điểm chính

  • Độ cứng cao và khả năng chống mài mòn: SISiC có độ cứng xuất sắc (độ cứng Mohs khoảng 9) và khả năng chống mài mòn vượt trội, khiến nó phù hợp cho các ứng dụng liên quan đến ma sát và mài mòn.
  • Độ bền cơ học cao: SISiC thể hiện độ bền uốn và độ bền nén xuất sắc. Mặc dù thấp hơn SSiC, nhưng vẫn đáp ứng yêu cầu của hầu hết các ứng dụng công nghiệp.
  • Khả năng chống ăn mòn tốt: SISiC ổn định trong hầu hết các môi trường axit và kiềm, và thể hiện khả năng chống oxy hóa xuất sắc, khiến nó phù hợp để sử dụng trong ngành công nghiệp hóa chất.
  • Tính năng nhiệt xuất sắc: SISiC có hệ số giãn nở nhiệt thấp, hệ số dẫn nhiệt cao và khả năng chống sốc nhiệt xuất sắc, có thể hoạt động ổn định trong điều kiện nhiệt độ cao.
  • Có thể sản xuất các cấu trúc phức tạp: Quy trình phản ứng nung kết có thể sản xuất các bộ phận lớn có hình dạng phức tạp và thành mỏng mà không cần thiết bị ép nhiệt đắt tiền.

Ứng dụng điển hình

  • Phụ tùng máy bơm và phớt cơ khí: vòng đệm, ống lót, cánh quạt máy bơm
  • Thiết bị hóa chất: Lớp lót chống ăn mòn, van, vòi phun
  • Thiết bị nhiệt: Dụng cụ lò nung, lót lò, giá đỡ
  • Năng lượng: Các bộ phận chống mài mòn và chống ăn mòn được sử dụng trong các nhà máy điện gió, nhiệt điện và hạt nhân.
  • Ngành công nghiệp luyện kim: Vòi phun, tấm lót thép hình và ổ trượt

Quy trình sản xuất

Quá trình sản xuất silicon carbide phản ứng nung kết thường bao gồm:

  1. Trộn bột silicon carbide với nguồn carbon để tạo thành khối màu xanh lá cây;
  2. Silicon lỏng thấm nhiệt độ cao;
  3. Silicon lỏng phản ứng với carbon tạo thành silicon carbide mới, làm cho thân cây xanh trở nên đặc hơn.

Ưu điểm của phương pháp này bao gồm quy trình đơn giản, nhiệt độ nung thấp, co ngót kích thước tối thiểu, có thể sản xuất các bộ phận phức tạp kích thước lớn gần với kích thước thực tế. Tuy nhiên, do sự hiện diện của silic dư, độ bền nhiệt độ cao và khả năng chống oxy hóa của nó hơi kém hơn so với SSiC.

Các tính chất chính của silicon carbide

Hiệu suất đơn vị Silicon carbide without pressure Phản ứng cacbua silic silicon nitride
Màu sắc —— màu xám đậm màu xám đậm màu xám đậm
Mật độ g/cm³ 3.15 3.02 3.2
Độ rỗng % ≤0,1 ≤0,1 ——
Độ cứng GPa 22 22 15
Độ bền nén MPa 2600 2600 2500
Độ bền uốn MPa 400 250 700
độ đàn hồi GPa 410 330 300
Nhiệt độ sử dụng tối đa ℃ 1400 1000 1100
Độ dẫn nhiệt W/(m・K) 100~120 45 (1200℃) 15~20
Hệ số giãn nở nhiệt 1 x 10-6/°C 4 4.5 3

*Các giá trị trên là đặc tính điển hình của vật liệu, có thể thay đổi tùy thuộc vào cấu hình sản phẩm và quy trình sản xuất. Để biết thêm chi tiết, vui lòng liên hệ với chúng tôi bất cứ lúc nào.

Tính chất hóa học của vật liệu silicon carbide

Khi nhiệt độ trong phản ứng oxy đạt 1300°C, bề mặt tinh thể silicon carbide sẽ hình thành một lớp màng bảo vệ silica. Khi lớp màng bảo vệ dày lên, silicon carbide bên trong được bảo vệ và tiếp tục kết hợp, giúp tinh thể silicon carbide có tính kháng hóa chất tốt. Về khả năng chống ăn mòn, vật liệu SiC có khả năng chống axit mạnh nhờ lớp màng bảo vệ silica, nhưng khả năng chống kiềm lại kém.

Ứng dụng của gốm silicon carbide

Gửi đến các sản phẩm gốm sứ chất lượng cao Gốm sứ silicon carbide (SiC) kết hợp độ cứng vượt trội, khả năng dẫn nhiệt xuất sắc, độ bền mài mòn cao và tính ổn định hóa học ưu việt, khiến nó trở thành một trong những vật liệu gốm sứ tiên tiến nhất cho các ứng dụng công nghiệp đòi hỏi khắt khe. Với điểm nóng chảy cao, hệ số giãn nở nhiệt thấp và khả năng chịu được môi trường khắc nghiệt, gốm sứ silicon carbide là lựa chọn lý tưởng cho các ngành công nghiệp yêu cầu độ bền, hiệu quả và tuổi thọ cao.

Các ứng dụng chính của gốm silicon carbide:

  • Vòng đệm cơ khí và ổ trục
  • Phụ tùng hàng không vũ trụ
  • Nồi nung silicon carbide
  • Bánh wafer bán dẫn và đế
  • Phụ tùng ô tô
  • Năng lượng hạt nhân và ứng dụng năng lượng
  • Vật liệu mài và dụng cụ cắt (cát kim cương)
  • Bộ trao đổi nhiệt và ống dẫn
  • Điện tử và vật liệu cách điện
  • Tùy chỉnh các bộ phận gốm sứ chính xác
Vòng đệm gốm silicon nitride
Vòng đệm gốm silicon carbide phản ứng - Gốm silicon carbide - Gốm Zhi Hao

Gia công gốm silicon carbide

Gốm silicon carbide (SiC) nổi tiếng với độ cứng cực cao, khả năng dẫn nhiệt tốt và độ bền mài mòn xuất sắc, khiến nó trở thành một trong những loại gốm kỹ thuật khó gia công nhất. Tại Zhihao Ceramics, chúng tôi cung cấp dịch vụ gia công silicon carbide toàn diện, mang lại độ chính xác, hiệu suất và độ tin cậy hàng đầu trong ngành.

Trong quá trình gia công, chúng tôi áp dụng công nghệ mài kim cương tiên tiến, mài chính xác và đánh bóng tinh xảo để đạt được độ chính xác ở mức micromet và bề mặt hoàn hảo. Những tính năng này cho phép chúng tôi đáp ứng các yêu cầu nghiêm ngặt về độ chính xác cấu trúc và chất lượng bề mặt của các bộ phận như phớt cơ khí, đế bán dẫn, nồi nấu, bộ trao đổi nhiệt và các bộ phận hàng không vũ trụ.

Với nhiều năm kinh nghiệm chuyên môn và trang thiết bị hiện đại nhất, Da Ceramics không chỉ cung cấp các bộ phận silicon carbide tiêu chuẩn mà còn phát triển các bộ phận phức tạp tùy chỉnh theo nhu cầu cụ thể của ngành công nghiệp, đảm bảo độ tin cậy cao và tuổi thọ dài trong điều kiện làm việc khắc nghiệt.

Mài và phay CNC

Phay, tiện và mài CNC, dung sai đạt mức micromet.

Mài và đánh bóng

Đánh bóng bề mặt có thể tạo ra bề mặt mịn và bề mặt cấp quang học.

Laser processing of ceramic substrates

Cắt laser gốm sứ

Laser drilling and cutting for complex geometries.

Bộ phận hàn kim loại và gốm sứ - 600x600

Kim loại hóa và hàn

Metallization (Mo/Mn, W) for ceramic-metal brazing.

Câu hỏi thường gặp

Silicon carbide (SiC) là hợp chất tổng hợp của silicon và carbon, nổi tiếng với độ cứng vượt trội, tính ổn định nhiệt và khả năng chống ăn mòn hóa học. Nó hiếm khi xuất hiện trong tự nhiên dưới dạng khoáng vật moissanite, nhưng được sản xuất rộng rãi cho các ứng dụng công nghiệp. Định nghĩa về silicon carbide bao gồm các hợp chất đơn giản và các vật liệu gốm sứ tiên tiến được phát triển từ đó.

Đúng vậy, silicon carbide là một loại vật liệu gốm, đặc biệt là gốm kỹ thuật tiên tiến. Khác với gốm truyền thống có nền đất sét, silicon carbide là một phần của nhóm vật liệu được gọi là “gốm tiên tiến”, “gốm kỹ thuật” hoặc “gốm công nghệ”, có đặc điểm là sở hữu các tính chất cơ học, nhiệt và điện xuất sắc.

Silicon carbide có phạm vi ứng dụng rộng rãi, bao gồm vật liệu mài mòn, vật liệu chịu lửa, giáp gốm, điện tử bán dẫn, bộ phận gia nhiệt và bộ phận chịu nhiệt độ cao. Các ứng dụng cụ thể của silicon carbide bao gồm phớt cơ khí, dụng cụ cắt, bộ phận lò nung, thiết bị điện tử công nghiệp và bộ phận chịu mài mòn trong thiết bị công nghiệp.

silicon carbideĐược sản xuất thông qua nhiều quy trình công nghệ khác nhau. Phương pháp Acheson truyền thống bao gồm việc nung cát silic và carbon trong lò điện ở nhiệt độ trên 2200°C. Đối với vật liệu có độ tinh khiết cao hơn, người ta sử dụng phương pháp lắng đọng hóa học từ khí (CVD). Để sản xuất vật liệu rắnGốm silicon carbide, bột được định hình và nung ở nhiệt độ cao (2000-2200°C) để đạt được độ đầm đặc.

Đặc tính điện của silicon carbide (SiC) rất đa dạng. SiC tinh khiết là một chất bán dẫn điện hóa có khoảng cách năng lượng khoảng gấp ba lần so với silicon. Tuy nhiên, độ dẫn điện của SiC có thể được điều chỉnh bằng cách pha tạp các nguyên tố cụ thể. Một số loại SiC có thể dẫn điện, trong khi các loại khác là chất cách điện. Đặc tính dẫn điện của SiC khiến nó trở nên rất hữu ích cho các thiết bị điện tử hoạt động ở nhiệt độ cao, tần số cao hoặc công suất cao.

Silicon carbide (SiC) có độ cứng rất cao, với độ cứng Mohs từ 9,2 đến 9,5, chỉ thấp hơn một chút so với kim cương (10) và boron carbide (9,5+). Độ cứng của nó khoảng 2.500 đến 2.800 kgf/mm² (Vickers), khiến nó trở thành một trong những vật liệu cứng nhất có sẵn trên thị trường. Độ cứng cực cao này góp phần vào khả năng chống mài mòn và độ bền mài mòn xuất sắc của nó.

Silicon carbide có độ bền cơ học cao, độ bền uốn thường nằm trong khoảng 300-600 MPa. Nó duy trì độ bền này ở nhiệt độ cao - ở 1400°C, nó giữ lại khoảng 85% độ bền ở nhiệt độ phòng. Độ bền của silicon carbide kết hợp với mật độ tương đối thấp của nó tạo ra tỷ lệ độ bền trên trọng lượng xuất sắc so với kim loại và các vật liệu gốm khác.

Sản phẩm liên quan được đề xuất

Gốm nhôm nitride

Gốm nhôm nitride

Gốm silicon nitride

Gốm silicon nitride

Chuyên gia sản xuất gốm sứ tiên tiến

Tại sao chọn chúng tôi để sản xuất gốm silicon carbide?

  • Kiến thức chuyên môn về vật liệu – Hiểu biết sâu sắc về đặc tính của SiC đảm bảo giải pháp tối ưu.
  • Sản xuất tiên tiến – Mài và đánh bóng chính xác, đạt độ chính xác ở cấp độ micromet.
  • Tùy chỉnh – Từ các bộ phận tiêu chuẩn đến các thành phần phức tạp.
  • Đảm bảo chất lượng – Kiểm tra nghiêm ngặt về độ tin cậy và hiệu suất.
  • Ảnh hưởng toàn cầu – Được tin cậy bởi các ngành công nghiệp trên toàn thế giới.

Hôm nay liên lạc Chúng tôi

Bạn đã sẵn sàng biến thiết kế gốm sứ của mình thành hiện thực chưa?
Vui lòng liên hệ với Zhihao Ceramics để có được giải pháp gia công gốm sứ tùy chỉnh đáp ứng các tiêu chuẩn cao nhất cho ứng dụng của bạn.