Gerekristalliseerd siliciumcarbide: Een hoogwaardig materiaal voor veeleisende toepassingen

Gerekristalliseerd Siliciumcarbide (RSiC) is een hoogwaardig keramisch materiaal met uitstekende mechanische, thermische en elektrische eigenschappen. De unieke combinatie van eigenschappen maakt het een ideaal materiaal voor veeleisende toepassingen in verschillende industrieën, zoals de ruimtevaart, halfgeleiders en de auto-industrie. In dit artikel gaan we dieper in op de eigenschappen van RSiC, het productieproces en de toepassingen in verschillende industrieën.

Eigenschappen van geherkristalliseerd siliciumcarbide
RSiC is een keramisch materiaal dat bestaat uit silicium- en koolstofatomen in een kristalroosterstructuur. Het wordt gevormd door siliciumcarbidepoeder te herkristalliseren bij hoge temperaturen (>2200°C) in een vacuüm of inerte atmosfeer. Het resulterende materiaal heeft een dichtheid van 2,6 g/cm³, een porositeit van minder dan 1% en een hoge zuiverheidsgraad (>99,5%).

Mechanische eigenschappen:
RSiC heeft uitstekende mechanische eigenschappen, waaronder een hoge sterkte, taaiheid en hardheid. De elasticiteitsmodulus is ongeveer 400 GPa, wat hoger is dan die van staal, en de breuktaaiheid is ongeveer 4,5 MPa.m^0.5, wat beter is dan die van de meeste keramische materialen. De hardheid is ongeveer 2400 Vickers, waardoor het een van de hardste bekende keramische materialen is.

Thermische eigenschappen:
RSiC heeft uitstekende thermische eigenschappen, zoals een hoog warmtegeleidingsvermogen, een lage thermische uitzetting en een uitstekende weerstand tegen thermische schokken. Het warmtegeleidingsvermogen ligt rond de 100-150 W/m.K, wat hoger is dan dat van de meeste keramische materialen en vergelijkbaar met dat van metalen. De thermische uitzettingscoëfficiënt is ongeveer 4,5 x 10^-6/K, wat laag is vergeleken met die van andere keramische materialen. De weerstand tegen thermische schokken wordt toegeschreven aan de hoge thermische geleidbaarheid en de lage thermische uitzetting.

Elektrische eigenschappen:
RSiC heeft goede elektrische eigenschappen, waaronder een hoge elektrische weerstand en een laag diëlektrisch verlies. De elektrische weerstand is ongeveer 5 x 10^6 Ω.cm bij kamertemperatuur, waardoor het een uitstekend isolatiemateriaal is. Het diëlektrisch verlies is minder dan 0,01 bij frequenties tot 1 MHz, waardoor het geschikt is voor hoogfrequent toepassingen.

Productieproces van geherkristalliseerd siliciumcarbide:
Het productieproces van RSiC omvat verschillende stappen, waaronder:

Fabricage van het groene lichaam: Siliciumcarbidepoeder wordt gemengd met een bindmiddel en gevormd tot een groen lichaam door uniaxiaal of isostatisch persen.

Voorsinteren: Het groene lichaam wordt voorgesinterd bij een temperatuur van ongeveer 1650°C om het voldoende sterkte en stijfheid te geven voor gebruik.

Vormgeven: Het voorgesinterde groene lichaam wordt met verschillende technieken, zoals snijden, slijpen en frezen, bewerkt tot de gewenste vorm.

Laatste sintering: Het bewerkte groene lichaam wordt verwarmd tot een temperatuur van > 2200°C in een vacuüm of inerte atmosfeer om het siliciumcarbidepoeder te herkristalliseren, wat resulteert in een dicht en zuiver RSiC-materiaal.

Toepassingen van geherkristalliseerd siliciumcarbide:
RSiC heeft een breed scala aan toepassingen in verschillende industrieën, waaronder:

Ruimtevaart: RSiC wordt gebruikt als een lichtgewicht en zeer sterk materiaal in luchtvaartstructuren, zoals turbinebladen, raketstraalpijpen en hitteschilden.

Halfgeleider: RSiC wordt gebruikt als smeltkroesmateriaal voor de productie van siliciumplakken en als substraatmateriaal voor de groei van galliumnitride (GaN) films.

Auto-industrie: RSiC wordt gebruikt als remschijfmateriaal vanwege de hoge thermische geleidbaarheid en lage thermische uitzetting.

Chemisch: RSiC wordt gebruikt als bekledingsmateriaal in ovens en reactoren op hoge temperatuur in de chemische industrie.

Conclusie:
Gerekristalliseerd Siliciumcarbide is een hoogwaardig keramisch materiaal met uitstekende mechanische, thermische en elektrische eigenschappen. Door de unieke combinatie van eigenschappen is het een ideaal materiaal voor veeleisende toepassingen in verschillende industrieën, zoals de ruimtevaart, halfgeleiders en de auto-industrie. Het fabricageproces bestaat uit verschillende stappen, waaronder de productie van een groene behuizing, pre-sinteren, vormen en uiteindelijk sinteren. Over het geheel genomen is RSiC een veelzijdig materiaal dat het potentieel heeft om een revolutie teweeg te brengen in verschillende industrieën en de weg vrij te maken voor nieuwe technologieën.