ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา สารกึ่งตัวนำซิลิคอนคาร์ไบด์ได้รับความสนใจอย่างกว้างขวางในอุตสาหกรรม อย่างไรก็ตาม ในฐานะวัสดุประสิทธิภาพสูง อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ (ไดโอด อุปกรณ์ไฟฟ้า) เป็นเพียงส่วนเล็กๆ ของการใช้งาน ซิลิคอนคาร์ไบด์ยังสามารถใช้เป็นวัสดุขัด วัสดุตัด วัสดุโครงสร้าง วัสดุออปติคัล ตัวเร่งปฏิกิริยา และอื่นๆ วันนี้เราจะมาแนะนำเซรามิกซิลิคอนคาร์ไบด์ ซึ่งมีข้อดีคือคุณสมบัติทางเคมีที่เสถียร ทนต่ออุณหภูมิสูง ทนต่อการสึกหรอ ทนต่อการกัดกร่อน การนำความร้อนสูง ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนต่ำ ความหนาแน่นต่ำ และความแข็งแรงเชิงกลสูง ซิลิคอนคาร์ไบด์ถูกนำไปใช้อย่างแพร่หลายในเครื่องจักรเคมี พลังงานและการปกป้องสิ่งแวดล้อม เซมิคอนดักเตอร์ โลหะวิทยา การป้องกันประเทศและการทหาร และสาขาอื่นๆ

1.โครงสร้างและคุณสมบัติของซิลิกอนคาร์ไบด์

ซิลิคอนคาร์ไบด์ (ซิลิคอนคาร์ไบด์) ประกอบด้วยซิลิคอนและคาร์บอน และเป็นสารประกอบโพลีมอร์ฟิกทั่วไป ประกอบด้วยผลึกสองรูปแบบหลัก ได้แก่ α-ซิลิคอนคาร์ไบด์ (เสถียรที่อุณหภูมิสูง) และ β-ซิลิคอนคาร์ไบด์ (เสถียรที่อุณหภูมิต่ำ) มีโพลีมอร์ฟิกมากกว่า 200 ชนิด ซึ่ง 3C-ซิลิคอนคาร์ไบด์ ของ β-ซิลิคอนคาร์ไบด์ และ 2H-ซิลิคอนคาร์ไบด์, 4H-ซิลิคอนคาร์ไบด์, 6H-ซิลิคอนคาร์ไบด์ และ 15R-ซิลิคอนคาร์ไบด์ ของ α-ซิลิคอนคาร์ไบด์ เป็นตัวแทนโดยเฉพาะ

ที่อุณหภูมิต่ำกว่า 1600°C ซิลิคอนคาร์ไบด์จะมีสถานะเป็น β-ซิลิคอนคาร์ไบด์ ซึ่งสามารถผลิตได้จากส่วนผสมอย่างง่ายของซิลิคอนและคาร์บอนที่อุณหภูมิประมาณ 1450°C ที่อุณหภูมิสูงกว่า 1600°C β-ซิลิคอนคาร์ไบด์ จะค่อยๆ เปลี่ยนเป็นโพลีไทป์ต่างๆ ของ α-ซิลิคอนคาร์ไบด์ 4H-ซิลิคอนคาร์ไบด์ สามารถก่อตัวได้ง่ายที่อุณหภูมิประมาณ 2000°C ทั้งโพลีไทป์ 6H และ 15R ต้องใช้อุณหภูมิสูงกว่า 2100°C จึงจะก่อตัวได้ง่าย 6H-ซิลิคอนคาร์ไบด์ ยังคงเสถียรมากแม้ที่อุณหภูมิสูงกว่า 2200°C จึงทำให้มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในงานอุตสาหกรรม ซิลิคอนคาร์ไบด์บริสุทธิ์เป็นผลึกใสไม่มีสี ซิลิคอนคาร์ไบด์สำหรับอุตสาหกรรมมีสีที่ลดความโปร่งแสงลง ได้แก่ ไม่มีสี เหลืองอ่อน เขียวอ่อน เขียวเข้ม ฟ้าอ่อน น้ำเงินเข้ม และแม้แต่สีดำ อุตสาหกรรมการขัดถูแบ่งประเภทซิลิคอนคาร์ไบด์ตามสี ได้แก่ ซิลิคอนคาร์ไบด์สีดำและซิลิคอนคาร์ไบด์สีเขียว ซิลิคอนคาร์ไบด์ที่ไม่มีสีถึงเขียวเข้มจัดเป็นซิลิคอนคาร์ไบด์สีเขียว ในขณะที่ซิลิคอนคาร์ไบด์สีฟ้าอ่อนถึงดำจัดเป็นซิลิคอนคาร์ไบด์สีดำ ซิลิคอนคาร์ไบด์สีดำและซิลิคอนคาร์ไบด์สีเขียวเป็นผลึกหกเหลี่ยม α-ซิลิคอนคาร์ไบด์ โดยทั่วไปเซรามิกซิลิคอนคาร์ไบด์จะใช้ผงซิลิคอนคาร์ไบด์สีเขียวเป็นวัตถุดิบ

2.กระบวนการเตรียมเซรามิกซิลิคอนคาร์ไบด์

เซรามิกซิลิคอนคาร์ไบด์ผลิตขึ้นโดยการบด บดละเอียด และจำแนกประเภทวัตถุดิบซิลิคอนคาร์ไบด์ เพื่อให้ได้อนุภาค ซิลิคอนคาร์ไบด์ ที่มีการกระจายขนาดอนุภาคสม่ำเสมอ จากนั้นอนุภาค ซิลิคอนคาร์ไบด์ จะถูกผสมกับสารเติมแต่งสำหรับการเผาผนึกและสารยึดเกาะชั่วคราว กดให้แน่นเป็นเนื้อเดียวกัน แล้วเผาผนึกที่อุณหภูมิสูง อย่างไรก็ตาม เนื่องจากพันธะ สิ-C มีลักษณะโคเวเลนต์สูง (~88%) และค่าสัมประสิทธิ์การแพร่ต่ำ หนึ่งในความท้าทายหลักในกระบวนการเตรียมคือความยากลำบากในการทำให้มีความหนาแน่นในระหว่างการเผาผนึก วิธีการเตรียมเซรามิกซิลิคอนคาร์ไบด์ความหนาแน่นสูงประกอบด้วยการเผาผนึกด้วยปฏิกิริยา การเผาผนึกแบบไร้แรงดัน การเผาผนึกแบบไร้แรงดัน การอัดร้อน การเผาผนึกแบบตกผลึกใหม่ การอัดไอโซสแตติกร้อน และการเผาผนึกแบบพลาสมาประกายไฟ อย่างไรก็ตาม เซรามิกซิลิคอนคาร์ไบด์มีความเหนียวแตกหักต่ำ ส่งผลให้เปราะมากกว่า ดังนั้นในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา เซรามิกคอมโพสิตที่ใช้ซิลิกอนคาร์ไบด์ เช่น การเสริมแรงด้วยเส้นใย (หรือหนวด) การเสริมความแข็งแรงด้วยการกระจายอนุภาคที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกัน และวัสดุที่มีการไล่ระดับฟังก์ชัน จึงได้เกิดขึ้นเพื่อปรับปรุงความเหนียวและความแข็งแรงของวัสดุชนิดเดียว

3. การประยุกต์ใช้และแนวโน้มการพัฒนาของเซรามิกซิลิกอนคาร์ไบด์ 

เซรามิกซิลิกอนคาร์ไบด์เป็นวัสดุเซรามิกโครงสร้างที่ทนอุณหภูมิสูงและมีประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยม มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในเตาเผาที่ทนอุณหภูมิสูง โลหะวิทยาเหล็ก ปิโตรเคมี อิเล็กทรอนิกส์เครื่องกล อวกาศ พลังงานและการปกป้องสิ่งแวดล้อม พลังงานนิวเคลียร์ ยานยนต์ และสาขาอื่นๆ เราเชื่อว่าการใช้วิธีการที่เป็นไปได้มากที่สุดเพื่อบรรลุผลสำเร็จสูงสุด 

ในอนาคต เนื่องจากอัตราการเจาะตลาดของยานยนต์พลังงานใหม่ พลังงาน อุตสาหกรรม การสื่อสาร และสาขาอื่นๆ เพิ่มขึ้น และความต้องการชิ้นส่วนเครื่องกลหรือชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ที่มีความแม่นยำสูง ทนทานต่อการสึกหรอ และเชื่อถือได้สูงในสาขาต่างๆ เข้มงวดยิ่งขึ้น คาดว่าขนาดตลาดของผลิตภัณฑ์เซรามิกซิลิกอนคาร์ไบด์จะยังคงขยายตัวต่อไป ซึ่งยานยนต์พลังงานใหม่และโฟโตวอลตาอิกส์เป็นพื้นที่การพัฒนาที่สำคัญ