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碳化硅在各行业中的使用表现

  发表时间:2014年04月03日  点击数:611 次

  碳化硅在各行业中的使用表现:碳化硅(SiC)俗?#24179;?#21018;砂,为硅与碳相键结而成的陶瓷状化合物,碳化硅在自然界中也存在,但罕见,如莫桑石等。由于天然含量甚少,碳化硅主要多为人造。常见的方法是将石英砂与焦炭混合,并加入食?#39759;?#26408;屑,置入电炉中,加热到2000°C左右高?#36718;?#24471;。

  碳化硅(SiC)俗?#24179;?#21018;砂,为硅与碳相键结而成的陶瓷状化合物,碳化硅在自然界中也存在,但罕见,如莫桑石等。由于天然含量甚少,碳化硅主要多为人造。常见的方法是将石英砂与焦炭混合,并加入食?#39759;?#26408;屑,置入电炉中,加热到2000°C左右高?#36718;?#24471;。

  爱德华·古德里希·艾其逊在1893年制造出此化合物,并发展了生产碳化硅用之艾其逊电弧炉,至今此技术仍为众人使用中。

  碳化硅至少有70种结晶型态。α-碳化硅为最常见的一种同质异晶物,在高于2000 °C高温下形成,具有六角晶系结晶构造(似纤维锌矿)。 β-碳化硅,立方晶系结构,与钻石相似,则在低于2000 °C生成。虽然在异相触媒担体的应用?#24076;?#22240;其具有比α型态更高之单位表面积而引人注目,但直至今日,此型态?#24418;?#26377;商业?#29616;?#24212;用。因其3.2的比重及高的升华温度(约2700 °C),碳化硅很适合做为轴承或高温炉之原料。在?#39759;我?#33021;达到的压力下,它都不会熔化,且具有相当低的化学活性。由于其高热导性、高崩溃电场强度及高的最大电流密度,近来在半导体高功率元件的应用?#24076;?#19981;少人试着用它来取代硅。此外,它与微波辐射有很强的偶合作用,并其所有之高升华点,使其可?#23548;?#24212;用于加热金属。

  纯碳化硅为无色,而工业生产之棕至黑色系由于含铁之不纯物。晶体上彩虹般的光泽则是因为其表面产生了二氧化硅保护层所致。

  碳化硅可用于半导体、避雷针、电路元件、高温应用、紫外光侦检器、结构材料、天文、碟刹、离合器、柴油微粒滤清器、细丝高温计、陶瓷薄膜、?#20204;?#24037;具、加热元件、核燃料、珠宝、钢、护具、触媒担体等领域。

  在半导体器件的应用方面,随着碳化硅生产成本的降低,碳化硅由于其优良的性能而可能取代硅作芯片,打破硅芯片由于材料本身性能的瓶?#20445;?#23558;给电子业带来革命性的变革。

  目前碳化硅的主要应用领域有LED固体照明和高?#24503;?#22120;件,未来手机和?#22987;?#26412;电脑的背景光市场将给碳化硅提供巨大的需求增长。

  由于有一些特殊方面的应用,国外碳化硅生产企业对中国进行禁运,而碳化硅晶体巨大的技术壁垒又导致中国国内到目前为止仍没有企业能够批量生产,因此,国内下游企业和?#33455;?#26426;构都在“等米下锅?#34180;?

  目前全球主要碳化硅晶片制造商是美国的Cree公司,在NASDAQ上市的Cree公司的碳化硅晶片产量为30万片,占全球出货量的85%。是全球碳化硅晶片行业的先行者,为后续有自主创新能力的企业开拓了市场和发展路径。

  碳化硅晶片具有高出传统硅数倍的禁带、漂移速度、击穿电压、热导率、耐高温等优良特性,在高温、高压、高频、大功率、光电、抗辐射、微波性等电子应用领域和航天、军工、核能等极端环境应用有着不?#21830;?#20195;的优势。国内碳化硅单晶的供应商(天富热电、瀚天泰成电子科技[厦门]有限公司等),在研发、技术、市场开发及商业?#20439;?#31561;方面已有很大成功,已掌握76mm(3英寸)超大宝石级SiC2晶体生长核心技术工艺,达?#28966;?#38469;2001年先进水平。

  碳化硅单晶系第三代高温宽带隙半导体材料。随着第三次照明科技革命,市场应用前景诱人。国内的产能、品质已接近无色透明宝石?#31471;?#24179;,达到美国Cree公司2001年水平,并已能生产蓝、绿、黄色晶体,标志着公司即将在国内首次实现碳化硅晶体销售,并开始跨入商业运营,成为全球第二家实现大直径产品批量供货商。

  碳化硅又?#24179;?#38050;砂或耐火砂。碳化硅是用石英砂、石油焦(或煤焦)、木屑(生产绿色碳化硅时需要加食盐)等原料在电阻炉内经高温冶炼而成。目前我国工业生产的碳化硅分为黑色碳化硅和绿色碳化硅两种,均为六方晶体,比重为3.20~3.25,显微硬度为2840~3320kg/mm2。

  碳化硅单晶系第三代高温宽带隙半导体材料包括黑碳化硅和绿碳化硅,其中:黑碳化硅是以石英砂、石油焦和优质硅石为主要原?#24076;?#36890;过电阻炉高温冶炼而成。其硬度介于刚玉和金刚石之间,机械强度高于刚玉,性脆而锋利。绿碳化硅是以石油焦和优质硅石为主要原?#24076;?#28155;加食盐,通过电阻炉高温冶炼而成。其硬度介于刚玉和金刚石之间,机械强度高于刚玉。

  碳化硅作为最先进的第三代新型半导体材?#24076;?#22269;内目前主要处于研发阶段。与传统硅器件相比,碳化硅电力芯片减少能耗75%,大幅降低各项设备系统的整体成本并提高系统可靠性。碳化硅可广泛应用于国民经济的各个领域,如光伏发电、风力发电、高效电动机、混合和纯电动汽车、高速列车、智能电网等。此外,美国在F-22战斗机等多种先进武器中也广泛使用碳化硅半导体。 碳化硅晶片的主要应用领域有LED固体照明和高?#24503;?#22120;件,在高温、高压、高频、大功率、光电、抗辐射、微波性等电子应用领域和航天、军工、核能等极端环境应用,有着不?#21830;?#20195;的优势。碳化硅晶片有大功率、抗辐射的优势,在机载设备的零件方面有得天独厚的优势。

  碳化硅的硬度很大,具有优良的导热和导电性能,高温时能抗氧化。

  碳化硅的常用用途为:

  (1)作为磨?#24076;?#21487;用来做磨具,如砂轮、油石、磨头、砂瓦类等。

  (2)作为冶金脱氧剂和耐高温材料。

  碳化硅主要?#20852;?#22823;应用领域,即::功能陶瓷、高级耐火材料、磨料及冶金原料。目前碳化硅?#33267;?#24050;能大量供应,,不能算高新技术产品,而技术含量极高的纳米级碳化硅粉体的应用,短时间不可能形成规模经济。

  (3)高纯度的单晶,可用于制造半导体、碳化硅纤维(耐高温的纤维)。

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