Carboneto de Silício

ZHEN AN: Seu fornecedor profissional de carboneto de silício

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O que é carboneto de silício?

O carboneto de silício, também conhecido como SiC, é um material de base semicondutor que consiste em silício puro e carbono puro. Você pode dopar SiC com nitrogênio ou fósforo para formar um semicondutor do tipo n-ou dopá-lo com berílio, boro, alumínio ou gálio para formar um semicondutor do tipo-ap. Versões mais escuras e comuns de carboneto de silício geralmente incluem impurezas de ferro e carbono, mas os cristais puros de SiC são incolores e se formam quando o carboneto de silício sublima a 2.700 graus Celsius.

Como é feito o carboneto de silício?

Método Lely
O método mais simples de fabricação de carboneto de silício envolve a fusão de areia de sílica e carbono, como carvão, em altas temperaturas - até 2.500 graus Celsius. Durante este processo, um cadinho de granito aquece a uma temperatura muito elevada, geralmente por meio de indução, para sublimar o pó de carboneto de silício. Uma haste de grafite com temperatura mais baixa fica suspensa na mistura gasosa, o que inerentemente permite que o carboneto de silício puro se deposite e forme cristais.

Deposição Química de Vapor
Alternativamente, os fabricantes cultivam SiC cúbico usando deposição química de vapor, que é comumente usada em processos de síntese baseados em carbono e na indústria de semicondutores. Neste método, uma mistura química especializada de gases entra em um ambiente de vácuo e se combina antes de ser depositada em um substrato.

Vantagens do carboneto de silício

Maior tensão de ruptura
O SiC tem uma tensão de ruptura mais alta em comparação com o silício, o que permite o projeto de dispositivos de energia de tensão mais alta. O SiC opera acima de 10kV, significativamente acima do que pode ser usado atualmente. Dispositivos SiC classificados em 1.200 V e 1.700 V estão disponíveis.

Maior condutividade térmica
O SiC tem uma condutividade térmica mais alta em comparação com o silício, o que leva a um melhor gerenciamento térmico e à redução de perdas de energia. O desempenho do silício piora em temperaturas mais altas, enquanto o SiC é muito mais estável.

Temperatura operacional mais alta
O SiC pode operar em temperaturas mais altas em comparação ao silício, o que resulta em maior confiabilidade e maior vida útil do dispositivo. Um dispositivo de silício geralmente é super-especificado em temperatura ambiente para manter a especificação em temperaturas mais altas. Normalmente, um dispositivo SiC com metade da corrente nominal realizará o mesmo trabalho que um IGBT de silício porque o SiC é muito mais estável em temperaturas mais altas e não precisa de redução significativa de capacidade.

Maior frequência de comutação
Frequências mais altas significam tamanho e peso reduzidos do magnetismo porque os valores dos componentes no filtro LC do transformador tornam-se significativamente mais baixos. O SiC pode ligar e desligar muito mais rápido em comparação ao silício, o que resulta em maior densidade de potência e eficiência em aplicações de eletrônica de potência.

Menor queda de tensão direta
O SiC tem uma queda de tensão direta mais baixa em comparação com o silício, a ausência virtual de uma corrente de cauda permite um desligamento mais rápido e perdas drasticamente mais baixas. Como há menos energia para dissipar, um dispositivo SiC pode alternar em frequências mais altas e melhorar a eficiência.

Alguns tipos comuns de produtos de carboneto de silício

Pó de carboneto de silício
O pó de carboneto de silício é um material abrasivo comumente usado. O pó de carboneto de silício pode ser produzido pela reação e pirólise de polissiloxanos vaporizados em uma única etapa de aquecimento, o que produz pó de carboneto de silício. Este processo é simples e barato. Este método envolve basicamente a introdução de um polissiloxano vaporizado em uma câmara de reação. O vapor de polissiloxano é então feito reagir a uma temperatura de cerca de 2.900 graus F por um período de tempo suficiente para converter o vapor de polissiloxano em pó de carboneto de silício, que é então coletado. Os pós de carboneto de silício servem como pós de moagem para moagem fina ou polimento áspero de semicondutores, cerâmicas e materiais ferrosos. Também pode ser usado para moldar, afiar e polir outros materiais.

Pedra de amolar de carboneto de silício
Uma aplicação comum da pedra de amolar de carboneto de silício é para afiar facas feitas de aço inoxidável duro. A pedra de amolar de carboneto de silício corta agressivamente. Normalmente, as pedras de carboneto de silício vêm em granulação mais grossa e são adequadas para a afiação grosseira inicial. Foi demonstrado que as pedras de carboneto de silício têm uma dureza Mohs de 9-10. As pedras de amolar de carboneto de silício podem ser usadas com água ou óleo. As pedras petrolíferas, por exemplo, podem ser feitas de diferentes tipos de materiais, que são novaculita, óxido de alumínio e carboneto de silício, mas as pedras petrolíferas de corte mais rápido são as pedras de carboneto de silício. Ao usar água com as pedras, é útil misturar um pouco de sabão em pó, para que não penetre imediatamente nos poros.

Grão de carboneto de silício
Silicon Carbide Grit é o meio de jateamento mais duro disponível. Este produto de alta-qualidade é fabricado em formato de grão duro, em bloco e angular. Essa mídia se quebrará continuamente, resultando em arestas cortantes e afiadas. A dureza do grão de carboneto de silício permite tempos de jateamento mais curtos em relação a meios mais macios. O grão de carboneto de silício pode ser usado muitas vezes em aplicações que utilizam copos (como tombamento de rochas). À medida que a mídia se decompõe lentamente, a adição de mídia “fresca” adicional criará uma mistura de tamanhos de partículas para limpeza e polimento extremamente eficientes.

Quais são os usos do carboneto de silício?

Carboneto de silício usado em armaduras militares à prova de balas
O carboneto de silício é usado para fabricar armaduras à prova de balas. A propriedade deste composto que o torna aplicável para tal fim é a sua dureza. Balas e outros objetos nocivos terão que enfrentar os blocos cerâmicos duros que o carboneto de silício forma. As balas não conseguem penetrar nos blocos de cerâmica.

Carboneto de silício usado em semicondutores
O carboneto de silício torna-se um semicondutor quando dopantes são adicionados a ele. Dopantes como boro e alumínio adicionados ao carboneto de silício fazem com que ele se torne um-tipo de semicondutor. Por outro lado, dopantes como nitrogênio e fósforo adicionados ao carboneto de silício fazem com que ele se torne um semicondutor do tipo n-. Você pode ler esta postagem para obter mais informações sobre as diferenças entre semicondutores do tipo p-e semicondutores do tipo n-.

Carboneto de silício usado em abrasivos
O carboneto de silício é comumente usado como abrasivo devido à sua dureza. É utilizado na fabricação de rebolos, ferramentas de corte e lixas. Os abrasivos de carboneto de silício são geralmente mais baratos que outros abrasivos de qualidade semelhante. Os abrasivos são usados para lixar materiais como aço, alumínio, ferro fundido e borracha.

Carboneto de silício usado em veículos elétricos
O carboneto de silício é uma escolha melhor em relação ao silício para alimentar veículos elétricos. Os veículos elétricos movidos a carboneto de silício são altamente eficientes e-econômicos. Atualmente, muitas-empresas conhecidas têm usado carboneto de silício para melhorar a eficiência e o alcance na fabricação de veículos elétricos, como a Tesla.

Carboneto de silício usado em joias
Estruturalmente semelhante ao diamante, porém mais brilhante, mais barato, mais durável e mais leve que o diamante, o carboneto de silício é uma-alternativa merecida ao diamante na indústria joalheira.

Carboneto de silício usado em combustível
Além de outros usos, o carboneto de silício é utilizado como combustível. É usado como combustível na fabricação de aço e produz aço mais puro do que a maioria dos outros combustíveis. É também um combustível mais barato e-mais ecológico.

Carboneto de silício usado em LEDs
O primeiro conjunto de-diodos emissores de luz (LEDs) a ser produzido utilizou tecnologia de carboneto de silício. Foi usado para fabricar LEDs azuis, vermelhos e amarelos. Os LEDs são usados em televisores, painéis de exibição e computadores.

Quais são as propriedades químicas do carboneto de silício?

O carboneto de silício (SiC) é um composto químico composto de carbono e silício. É conhecido por suas excelentes propriedades abrasivas e tem sido usado na fabricação de rebolos e outros produtos abrasivos há mais de um século. No entanto, ela também foi desenvolvida em uma cerâmica de grau técnico de alta-qualidade com uma ampla gama de aplicações.

Uma das principais propriedades químicas do carboneto de silício é a sua resistência a ácidos e bases. Não se dissolve em ácidos ou bases, mas pode ser atacado por fundidos alcalinos e alguns fundidos de metais e óxidos metálicos. Ele pode suportar temperaturas de até 1.500 graus em um gás inerte ou atmosfera redutora.

Em termos de propriedades físicas, o carboneto de silício possui baixa densidade, alta resistência e baixa expansão térmica. Também possui alta condutividade térmica, alta dureza e alto módulo de elasticidade. Essas propriedades o tornam adequado para diversas aplicações, como abrasivos, refratários, cerâmicas e componentes de alto-desempenho.

O carboneto de silício é altamente inerte e não é atacado por ácidos, álcalis ou sais fundidos até 800 graus. No ar, forma um revestimento protetor de óxido de silício a 1.200 graus, permitindo que seja usado em temperaturas de até 1.600 graus. A sua elevada condutividade térmica e baixa expansão térmica, combinadas com a sua elevada resistência, conferem-lhe uma excepcional resistência ao choque térmico.

O material também é um condutor elétrico e encontra aplicações em aquecimento por resistência, acendedores de chama e componentes eletrônicos. Sua pureza química e resistência ao ataque químico em altas temperaturas o tornam popular para uso em fornos semicondutores como suportes de bandejas de wafer e pás. Além disso, é usado em elementos de aquecimento por resistência para fornos elétricos e como componente chave em termistores e varistores.

Em termos de propriedades térmicas, o carboneto de silício possui uma condutividade térmica relativamente alta e um baixo coeficiente de expansão térmica em comparação com outros materiais cerâmicos. Isso resulta em resistência favorável ao choque térmico, tornando-o adequado para aplicações onde ocorrem mudanças rápidas de temperatura.

Propriedades Físicas e Mecânicas

Densidade
A densidade de partículas de várias formas cristalinas de carboneto de silício é muito próxima, geralmente considerada como 3,20 g/m³, e a densidade aparente natural de seus abrasivos de carboneto de silício está entre 1,2 – 1,6 g/m³, cuja altura depende do número do tamanho da partícula, da composição do tamanho da partícula e do formato da partícula.

Dureza
A dureza Mohs do carboneto de silício é 9,2, a dureza da microdensidade Weiss é 3.000–3.300 kg / m³, a dureza Nuptial é 2.670 - 2.815 kg / mm, que é maior que o corindo e perdendo apenas para o diamante, nitreto cúbico de boro e carboneto de boro em abrasivos, e sua resistência ao desgaste é mais de dez vezes maior que a liga apenas e ferro fundido resistente ao desgaste.

Condutividade Térmica
a condutividade térmica dos produtos de carboneto de silício é muito alta, a condutividade térmica de mais de 12, o coeficiente de expansão térmica é pequeno, alta resistência ao choque térmico, é um material refratário de alta-qualidade.

Precauções de armazenamento de carboneto de silício

Armazenamento ordenado, o mesmo número de lote na medida do possível em linhas, para evitar erros no processo de retirada de materiais.
O micropó de carboneto de silício tem uma forte absorção de umidade, tente evitar a remoção do armazenamento-de filme à prova de umidade; isso pode evitar aglomeração de umidade, encurtar o tempo de secagem.
Na medida do possível, use o princípio do material primeiro-que entra, primeiro{1}}que sai, para evitar aglomeração de matérias-primas devido ao tempo excessivo de armazenamento.
Se o pó de carboneto de silício ultra{0}}fino estiver quebrado na embalagem de transporte, tente armazená-lo separadamente para evitar poluição por poeira.
Recomenda-se que o armazém seja fechado na medida do possível, armazenado separadamente e preste atenção à umidade, vento e chuva.

Silício vs. Carboneto de Silício

De que são feitos o silício e o carboneto de silício?

Quando sintetizado na sua forma mais pura, o silício forma uma estrutura cristalina onde um único átomo de silício forma uma ligação com outros quatro átomos de silício adjacentes. Este substrato à base de silício pode então ser dopado com vários outros elementos para formar junções semicondutoras em uma pastilha do substrato de silício.

O carboneto de silício, por outro lado, é uma mistura de átomos de silício e carbono que forma uma variedade de estruturas cristalinas. As estruturas mais amplamente adotadas para uso em semicondutores são o carboneto de silício 3C, 4C e 6H, todos com diferentes propriedades e vantagens elétricas quando dopados com vários elementos. Os wafers de silício crescem até 20 a 30 centímetros e se formam a partir de uma fase fundida de silício puro. O carboneto de silício, entretanto, geralmente é sintetizado a partir da fase de vapor e pode crescer até 15 centímetros.

Propriedades de silício e carboneto de silício: potência e velocidade
Dada a sua capacidade de suportar campos elétricos mais elevados, os materiais de substrato de carboneto de silício podem suportar tensões mais altas antes de quebrarem. O silício tem uma tensão de ruptura de cerca de 600 V, enquanto o carboneto de silício pode suportar tensões 5-10 vezes maiores. O que isto significa na prática é que aplicações de alta potência poderão utilizar tecnologia de semicondutores, ou que um dispositivo com a mesma diferença de tensão pode ficar quase dez vezes menor. O carboneto de silício pode mudar a uma taxa quase dez vezes maior que a do silício, o que resulta em circuitos de controle menores.

Aplicações de silício e carboneto de silício no mundo real
Um grande exemplo industrial de implementação de carboneto de silício em vez de silício está na indústria de veículos elétricos. Ao dirigir um VE, o sistema eletrônico é projetado para suportar a carga total da capacidade de potência do veículo, o que é possível tanto em projetos baseados em silício quanto em carboneto de silício-. IGBTs de silício são comumente utilizados em inversores EV, onde acionam motores-alimentados por bateria. No entanto, dado o ciclo normal de condução de um carro (ou seja, não utilizando carga total), a alta resistividade do silício o torna bastante ineficiente. Como o carboneto de silício pode lidar com os mesmos requisitos de projeto de carga em um tamanho muito menor, o carboneto de silício se torna significativamente mais eficiente e pode subsequentemente aumentar a eficiência de todo o sistema inversor em quase 80%.

Certificações

Nossa fábrica

Abaixo está nossa fábrica:

Guia definitivo

P: Quais são os principais usos do carboneto de silício?

R: O carboneto de silício é um abrasivo muito popular na lapidação moderna devido à sua durabilidade e ao custo relativamente baixo do material. É, portanto, crucial para a indústria da arte. Na indústria de manufatura, esse composto é usado por sua dureza em diversos processos de usinagem abrasiva, como brunimento, retificação, corte-com jato de água e jato de areia.

P: Quais são as propriedades do carboneto de silício?

R: Baixa densidade.
Alta resistência.
Boa resistência a altas temperaturas (ligado por reação)
Resistência à oxidação (ligada por reação)
Excelente resistência ao choque térmico.
Alta dureza e resistência ao desgaste.
Excelente resistência química.
Baixa expansão térmica e alta condutividade térmica.

P: O carboneto de silício é solúvel em água?

R: O carboneto de silício é insolúvel em água. No entanto, é solúvel em álcalis fundidos (como NaOH e KOH) e também em ferro fundido. O carboneto de silício pode ser considerado um composto de organossilício.

P: Quais são as aplicações do SiC em dispositivos eletrônicos?

R: O carboneto de silício é um semicondutor perfeitamente adequado para aplicações de energia, graças sobretudo à sua capacidade de suportar altas tensões, até dez vezes superiores às utilizáveis com silício. Semicondutores baseados em carboneto de silício oferecem maior condutividade térmica, maior mobilidade eletrônica e menores perdas de energia. Diodos e transistores de SiC também podem operar em frequências e temperaturas mais altas sem comprometer a confiabilidade.

P: O carboneto de silício é ruim para o meio ambiente?

R: No entanto, vale a pena notar que a fabricação de dispositivos de SiC tem um impacto ambiental maior em comparação com os equivalentes de silício. A produção de wafers de SiC emite três vezes mais CO2 do que wafers de silício.

P: Por que o SiC consegue lidar com tensões tão altas?

R: Graças a uma intensidade de ruptura dielétrica do campo elétrico cerca de dez vezes maior que a do silício, o SiC pode atingir uma tensão de ruptura muito alta, de 600V a alguns milhares de volts. O SiC pode usar concentrações de dopagem mais altas do que o silício, e as camadas de deriva podem ser muito finas. Quanto mais fina for a camada de deriva, menor será a sua resistência. Em teoria, dada uma alta tensão, a resistência da camada de deriva por unidade de área pode ser reduzida para 1/300 daquela do silício.

P: Quais impurezas são usadas para lubrificar o material de carboneto de silício?

R: Em sua forma pura, o carboneto de silício se comporta como um isolante elétrico. Com a adição controlada de impurezas ou dopantes, o SiC pode se comportar como um semicondutor. O semicondutor do tipo AP-pode ser obtido dopando-o com alumínio, boro ou gálio, enquanto impurezas de nitrogênio e fósforo dão origem a um semicondutor do tipo N-. O carboneto de silício tem a capacidade de conduzir eletricidade sob algumas condições, mas não em outras, com base em fatores como voltagem ou intensidade da radiação infravermelha, luz visível e raios ultravioleta. Ao contrário de outros materiais, o carboneto de silício é capaz de controlar as regiões do tipo P-e do tipo N-necessárias para a fabricação de dispositivos em amplas faixas. Por estas razões, o SiC é um material adequado para dispositivos de potência e capaz de superar as limitações oferecidas pelo silício.

P: Qual é a cor do carboneto de silício?

R: O SiC puro é incolor. A cor marrom a preta do produto industrial resulta de impurezas de ferro. O brilho-de arco-íris dos cristais é devido à interferência-do filme fino de uma camada de passivação de dióxido de silício que se forma na superfície.

P: Qual é a diferença entre carboneto de silício verde e preto?

R: O carboneto de silício (SiC) é conhecido como carborundo. Está disponível na cor esverdeada e na cor preta. A diferença de cor se deve à pureza do carboneto de silício, sendo o SiC verde de maior pureza. O SiC verde é geralmente usado em aplicações de contato com alimentos.

P: Como os semicondutores SiC podem obter melhor gerenciamento térmico do que o silício?

R: Se um semicondutor não for capaz de dissipar o calor de forma eficaz, será introduzida uma limitação na tensão operacional e na temperatura máximas que o dispositivo pode suportar. Esta é outra área onde o carboneto de silício supera o silício: a condutividade térmica do carboneto de silício é de 1490 W/m-K, em comparação com os 150 W/m-K oferecidos pelo silício.

P: O carboneto de silício é estável?

R: O carboneto de silício (SiC) é o terceiro material mais duro depois do diamante e do nitreto de boro, o que confere ao SiC excelentes propriedades, como estabilidade em altas-temperaturas, resistência a ataques químicos e compatibilidade biológica.

P: Quais são os desafios da produção de carboneto de silício?

R: O principal desafio para a produção de SiC envolve as características do material. Devido à sua dureza (quase semelhante à do diamante), o SiC requer temperaturas mais altas, mais energia e mais tempo para o crescimento e processamento do cristal.

P: Quais são os perigos do carboneto de silício?

R: O carboneto de silício pode irritar os olhos e o nariz em contato. A alta exposição repetida ao carboneto de silício pode resultar em pneumoconiose (doença crônica dos pulmões) com alterações-na radiografia de tórax e diminuição da função pulmonar com falta de ar, respiração ofegante e tosse.

P: O carboneto de silício é quebrável?

R: Embora de natureza frágil, as cerâmicas de carboneto de silício são materiais líderes para componentes rotativos e estáticos em muitas aplicações mecânicas. Eles são caracterizados por baixa tenacidade à fratura e deformação-até-a ruptura limitada em comparação aos metais.

P: O que é carboneto de silício preto?

R: O carboneto de silício preto (SiC) é um abrasivo semi{0}}friável, frequentemente usado para aplicações abrasivas gerais em ferramentas abrasivas ligadas, lapidação, polimento, tock tumbling, gravação em vidro e glacê.

P: O que torna o carboneto de silício um material extremamente forte?

R: Dentro de um cristal de SiC, os átomos de Si e C formam ligações covalentes tetraédricas muito fortes (energia de ligação =4.6 eV) por meio do compartilhamento de pares de elétrons em orbitais híbridos sp3. As propriedades resultantes do SiC possibilitam uma variedade e um número substancial de aplicações, especialmente para uso em condições desafiadoras.

P: Qual é o ponto fraco do carboneto de silício?

R: Os produtos de carboneto de silício são frágeis e não são adequados para alguns ambientes com partículas grandes e fácil desgaste. Má usinabilidade: A usinabilidade dos produtos de carboneto de silício é baixa e o processamento é difícil, por isso é difícil fabricar produtos de carboneto de silício com formatos complexos.

P: Por que o carboneto de silício é tão caro?

R: O custo de um único chip de carboneto de silício (SiC) pode variar dependendo de vários fatores, incluindo aplicação específica, tamanho, complexidade e processo de fabricação. Geralmente, os chips de SiC tendem a ser mais caros do que os chips de silício tradicionais devido aos materiais avançados e às técnicas de fabricação envolvidas.

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