Siliziumkarbid-Verbindungshalbleiter haben in den letzten Jahren in der Industrie große Aufmerksamkeit erregt. Als Hochleistungsmaterial wird es jedoch nur in elektronischen Geräten (Dioden, Leistungsbauelemente) eingesetzt. Siliziumkarbid kann auch als Schleifmittel, Schneidmaterial, Strukturmaterial, optisches Material, Katalysatorträger usw. verwendet werden. Heute stellen wir hauptsächlich Siliziumkarbidkeramiken vor, die sich durch stabile chemische Eigenschaften, hohe Temperaturbeständigkeit, Verschleißfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit, hohe Wärmeleitfähigkeit, niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten, geringe Dichte und hohe mechanische Festigkeit auszeichnen. Sie finden breite Anwendung in der chemischen Maschinenindustrie, im Energie- und Umweltschutz, in der Halbleiterindustrie, der Metallurgie, der Landesverteidigung und der Militärindustrie sowie in anderen Bereichen.

1. Struktur und Eigenschaften von Siliziumkarbid

Siliziumkarbid (SiC) enthält Silizium und Kohlenstoff und ist eine typische polymorphe Verbindung. Es besteht hauptsächlich aus zwei Kristallformen: α-SiC (hochtemperaturstabil) und β-SiC (tieftemperaturstabil). Es gibt über 200 Polymorphe, von denen 3C-SiC aus β-SiC und 2H-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC und 15R-SiC aus α-SiC besonders repräsentativ sind.

Bei Temperaturen unter 1600 °C liegt SiC als β-SiC vor, das bei etwa 1450 °C aus einer einfachen Mischung von Silizium und Kohlenstoff hergestellt werden kann. Über 1600 °C wandelt sich β-SiC langsam in verschiedene Polytypen von α-SiC um. 4H-SiC bildet sich leicht bei Temperaturen um 2000 °C; sowohl der 6H- als auch der 15R-Polytyp benötigen Temperaturen über 2100 °C, um sich leicht zu bilden. 6H-SiC bleibt selbst bei Temperaturen über 2200 °C sehr stabil und wird daher häufig in industriellen Anwendungen eingesetzt. Reines Siliziumkarbid ist ein farbloser, transparenter Kristall. Industrielles Siliziumkarbid gibt es in Farben mit abnehmender Transparenz, darunter farblos, blassgelb, hellgrün, dunkelgrün, hellblau, dunkelblau und sogar schwarz. Die Schleifmittelindustrie kategorisiert Siliziumkarbid nach Farbe: schwarzes Siliziumkarbid und grünes Siliziumkarbid. Farbloses bis dunkelgrünes Siliziumkarbid wird als grünes Siliziumkarbid klassifiziert, während hellblaues bis schwarzes Siliziumkarbid als schwarzes Siliziumkarbid klassifiziert wird. Schwarzes und grünes Siliziumkarbid sind beide hexagonale α-SiC-Kristalle. In der Regel wird für Siliziumkarbidkeramik grünes Siliziumkarbidpulver als Rohmaterial verwendet.

2. Herstellungsprozess von Siliziumkarbidkeramik

Siliziumkarbidkeramiken werden durch Zerkleinern, Mahlen und Klassifizieren von Siliziumkarbid-Rohmaterialien hergestellt, um SiC-Partikel mit einer gleichmäßigen Partikelgrößenverteilung zu erhalten. Die SiC-Partikel werden dann mit einem Sinteradditiv und einem temporären Bindemittel vermischt, zu einem Grünling gepresst und anschließend bei hoher Temperatur gesintert. Aufgrund der hohen Kovalentität von Si-C-Bindungen (~88 %) und ihres niedrigen Diffusionskoeffizienten besteht eine der größten Herausforderungen im Herstellungsprozess darin, dass es schwierig ist, während des Sinterns eine Verdichtung zu erreichen. Zu den Verfahren zur Herstellung hochdichter Siliziumkarbidkeramiken gehören Reaktionssintern, druckloses Sintern, Heißpressen, Rekristallisationssintern, heißisostatisches Pressen und Funkenplasmasintern. Siliziumkarbidkeramiken weisen jedoch eine geringe Bruchzähigkeit auf, was zu größerer Sprödigkeit führt. Daher sind in den letzten Jahren Verbundkeramiken auf Siliziumkarbidbasis entstanden, wie etwa Faser- (oder Whisker-)Verstärkungen, heterogene Partikeldispersionsverstärkungen und funktionale Gradientenmaterialien, um die Zähigkeit und Festigkeit des einzelnen Materials zu verbessern.

3. Anwendungs- und Entwicklungsperspektiven von Siliziumkarbidkeramiken 

Als Hochtemperatur-Strukturkeramikmaterial mit hervorragender Leistung wird Siliziumkarbidkeramik zunehmend in Hochtemperaturöfen, in der Stahlmetallurgie, in der Petrochemie, in der mechanischen Elektronik, in der Luft- und Raumfahrt, im Energie- und Umweltschutz, in der Kernenergie, in der Automobilindustrie und in anderen Bereichen eingesetzt. Wir glauben, dass die Verwendung der bestmöglichen Methode, um das Große zu erreichen 

Da in Zukunft die Verbreitung von Fahrzeugen mit alternativen Antrieben, in den Bereichen Energie, Industrie, Kommunikation und anderen Bereichen zunimmt und die Anforderungen an hochpräzise, verschleißfeste und hochzuverlässige mechanische oder elektronische Komponenten in verschiedenen Bereichen immer strenger werden, wird erwartet, dass der Markt für Siliziumkarbid-Keramikprodukte weiter wächst, wobei Fahrzeuge mit alternativen Antrieben und Photovoltaik wichtige Entwicklungsbereiche darstellen.