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碳化硅陶瓷的应用有哪些?未来在5G时代的应用前景如何?

2020-01-13 作者:碳化硅研究员

  碳化硅陶瓷具有机械强度高、耐高温、抗氧化性强、热稳定性能好、热导率大等优良特性,当采用不同材质碳化硅窑具的组合时,可以大幅度减少窑具重量及其所占据的空间,提高能量利用率,因此碳化硅陶瓷被广泛的认知和应用。

  碳化硅陶瓷的应用

  1、磨料磨具--主要用于制作砂轮、砂纸、砂带、油石、磨块、磨头、研磨膏。

  2、喷砂除锈--

  (1)、钢铁、钢管、钢结构不锈钢制品的表面亚光处理,喷涂前喷砂除锈处理;

  (2)、用于各种模具的清理;

  (3)、半导体器件、塑封对管上锡前的清理去除边刺;

  (4)、医疗器械、纺织机械及各类五金制品的喷丸强化光饰加工;

  (5)、各种金属管、有色金属精密铸件的清理及去除毛刺残渣;

  (6)、光伏产品中单晶硅、多晶硅和电子行业的压电晶体等方面的研磨、抛光等;

  3、可用做制造四氯化硅的原料,是硅树脂工业的主要原料。

  4、工程性加工材料--用于3—12英寸单晶硅、多晶硅、砷化钾、石英晶体等线切割,太阳能光伏产业、半导体产业、压电晶体产业工程性加工材料。

  5、钢铁脱氧剂和铸铁组织改良剂--碳化硅脱氧剂是一种新型的强复合脱氧剂,使脱氧时间缩短,节约能源,提高炼钢效率,提高钢的质量,降低原辅材料消耗,减少环境污染,改善劳动条件,提高电炉的综合经济效益。

  6、耐火材料--利用碳化硅具有耐腐蚀、耐高温、强度大、导热性能良好、抗冲击等特性,用以制成的高级耐火材料,耐热震、体积小、重量轻而强度高,节能效果好。可用于各种冶炼炉衬、高温炉窑构件、碳化硅板、衬板、支撑件、匣钵、碳化硅坩埚等。

  7、陶瓷材料--用于制作耐磨、耐蚀、耐高温等高级碳化硅陶瓷材料;碳化硅陶瓷的耐化学腐蚀性好、强度高、硬度高,耐磨性能好、摩擦系数小,且耐高温,因而是制造密封环的理想材料。

  8、高温间接加热材料--利用碳化硅具有耐高温,强度大,导热性能良好,抗冲击,作高温间接加热材料,如坚罐蒸馏炉,精馏炉塔盘,铝电解槽,铜熔化炉内衬,锌粉炉用弧型板,热电偶保护管等。

  9、耐磨管道跑道--碳化硅硬度仅次于金刚石,具有较强的耐磨性能,是耐磨管道,叶轮、泵室、旋流器,矿斗内衬的理想材料,此外,碳化硅也是高速公路、航空飞机跑道太阳能热水器等的理想材料之一。

  10、建材陶瓷砂轮工业--利用其导热系数、.热辐射,高热强度大的特性,制造薄板窑具,不仅能减少窑具容量,还提高了窑炉的装容量和产品质量,缩短了生产周期,是陶瓷釉面烘烤烧结理想的间接材料。

  11、节能--利用良好的导热和热稳定性,作热交换器,燃耗减少20%,节约燃料35%,使生产率提高20-30%,特别是矿山选矿厂用排放输送管道的内放,其耐磨程度是普通耐磨材料的6--7倍。

  12、其他领域--高纯度的单晶,可用于制造半导体、制造碳化硅纤维、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、裁切工具、加热元件、核燃料、珠宝、钢、护具、触媒担体等领域,还可以制做火箭喷管、燃气轮机叶片等。

  碳化硅陶瓷未来在5G时代的应用前景如何?

  正如人类进化伴随着智能开发和工具升级一样,1G到5G的移动通信创新通常是软件和硬件的升级;碳化硅陶瓷作为最新的第三代半导体材料,正在协助5G移动通信的发展。在5G时代的关键材料中,陶瓷材料也取得了巨大的成就:

  1、手机电磁屏蔽材料:5G时代智能手机内部芯片的尺寸和间距越来越小,可以说具有很高的集成度和信号传输密度;这导致手机内部的电磁干扰越来越严重,因此手机的电磁屏蔽材料是5G时代智能手机不可或缺的组成部分。据悉,碳化硅陶瓷复合材料具有吸波性能,由于其低密度和高机械强度,有望在5G智能手机中用作小巧轻便的吸波器件;

  2、手机用导热散热材料:在5G时代,智能手机已经变得更加强大,从而增加了手机内部芯片和模块的集成度和集中度,导致半导体器件工作时产热量急剧增加;然而,半导体器件失效的关键原因之一是热诱导,因此开发匹配良好的导热散热材料迫在眉睫;

  3、就导热散热陶瓷而言,氧化铝陶瓷是目前最成熟的材料。但是氧化铝陶瓷仍然存在导热系数低、半导体芯片热膨胀系数差异大的缺点,容易积累内应力,导致芯片失效,很难满足5G时代对导热散热材料的要求;

  因此根据分析碳化硅陶瓷导热系数高,热膨胀系数小,与芯片热膨胀系数匹配程度极高。此外,如果5G时代,最新一代SiC半导体被用作芯片材料,热膨胀系数的匹配度将变得完美。因此,碳化硅陶瓷在5G时代的手机导热散热材料领域具有良好的前景。