Az utóbbi években a szilícium-karbid félvezető vegyületek széles körű figyelmet kaptak az iparban. Azonban, mint nagy teljesítményű anyag, az elektronikus eszközök (diódák, teljesítményeszközök) csak kis részét képezik az alkalmazásoknak. A szilícium-karbid csiszolóanyagként, vágóanyagként, szerkezeti anyagként, optikai anyagként, katalizátorhordozóként stb. is használható. Ma főként a szilícium-karbid kerámiákat mutatjuk be, amelyek előnyei a stabil kémiai tulajdonságok, a magas hőmérsékletállóság, a kopásállóság, a korrózióállóság, a magas hővezető képesség, az alacsony hőtágulási együttható, az alacsony sűrűség és a nagy mechanikai szilárdság. Széles körben használják vegyipari gépekben, energia- és környezetvédelemben, félvezetőkben, kohászatban, nemzetvédelmi és katonai iparban, valamint más területeken.

1. Szilícium-karbid szerkezete és tulajdonságai

A szilícium-karbid (SiC) szilíciumot és szenet tartalmaz, és egy tipikus polimorf vegyület. Elsősorban két kristályformából áll: α-SiC (magas hőmérsékleten stabil) és β-SiC (alacsony hőmérsékleten stabil). Több mint 200 polimorf létezik, amelyek közül a β-SiC 3C-SiC-je és az α-SiC 2H-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC és 15R-SiC-je különösen reprezentatív.

1600°C alatti hőmérsékleten a SiC β-SiC formájában létezik, amely szilícium és szén egyszerű keverékéből állítható elő körülbelül 1450°C-on. 1600°C felett a β-SiC lassan átalakul az α-SiC különböző politípusaivá. A 4H-SiC könnyen képződik körülbelül 2000°C hőmérsékleten; mind a 6H, mind a 15R politípusok könnyű kialakulásához 2100°C feletti hőmérséklet szükséges. A 6H-SiC még 2200°C feletti hőmérsékleten is nagyon stabil marad, így széles körben használják ipari alkalmazásokban. A tiszta szilícium-karbid színtelen, átlátszó kristály. Az ipari szilícium-karbid csökkenő átlátszóságú színekben kapható, beleértve a színtelen, halványsárga, világoszöld, sötétzöld, világoskék, sötétkék és akár fekete színeket is. A csiszolóipar a szilícium-karbidot szín szerint kategorizálja: fekete szilícium-karbid és zöld szilícium-karbid. A színtelentől sötétzöldig terjedő szilícium-karbidot zöld szilícium-karbidként, míg a világoskéktől feketéig terjedő szilícium-karbidot fekete szilícium-karbidként osztályozzák. A fekete szilícium-karbid és a zöld szilícium-karbid egyaránt α-SiC hatszögletű kristályok. A szilícium-karbid kerámiák alapanyaga általában a zöld szilícium-karbid por.

2. Szilícium-karbid kerámia előkészítési folyamat

A szilícium-karbid kerámiákat szilícium-karbid alapanyagok zúzásával, őrlésével és osztályozásával állítják elő, hogy egyenletes részecskeméret-eloszlású SiC részecskéket kapjanak. A SiC részecskéket ezután szinterelési adalékanyaggal és ideiglenes kötőanyaggal keverik, zöld tömörítékké préselik, majd magas hőmérsékleten szinterelik. A Si-C kötések magas kovalens jellege (~88%) és alacsony diffúziós együtthatójuk miatt azonban az előállítási folyamat egyik fő kihívása a szinterelés során a tömörítés elérésének nehézsége. A nagy sűrűségű szilícium-karbid kerámiák előállítására szolgáló módszerek közé tartozik a reakciós szinterelés, a nyomásmentes szinterelés, a nyomásmentes szinterelés, a melegsajtolás, az átkristályosításos szinterelés, a melegizosztatikus sajtolás és a szikra-plazma szinterelés. A szilícium-karbid kerámiák azonban alacsony törési szívóssággal rendelkeznek, ami nagyobb ridegséget eredményez. Ezért az elmúlt években megjelentek a szilícium-karbid alapú kompozit kerámiák, mint például a szálas (vagy whisker) erősítésű, a heterogén részecskediszperziós erősítésű és a funkcionálisan gradiens anyagok, amelyek javítják az egyes anyagok szívósságát és szilárdságát.

3. Szilícium-karbid kerámiák alkalmazási és fejlesztési kilátásai 

Kiváló teljesítményű, magas hőmérsékletű szerkezeti kerámiaanyagként a szilícium-karbid kerámiákat egyre inkább használják magas hőmérsékletű kemencékben, acélkohászatban, petrolkémiai iparban, mechanikus elektronikában, repülőgépiparban, energia- és környezetvédelemben, atomenergiában, autóiparban és más területeken. Úgy gondoljuk, hogy a lehető leghatékonyabb módszerrel érhetjük el a nagyszerű eredményeket. 

A jövőben, ahogy az új energiahordozók, az energia, az ipar, a kommunikáció és más területek elterjedése növekszik, és a nagy pontosságú, nagy kopásállóságú és nagy megbízhatóságú mechanikus alkatrészek vagy elektronikus alkatrészek iránti követelmények egyre szigorúbbak lesznek a különböző területeken, a szilícium-karbid kerámiatermékek piaci mérete várhatóan tovább fog bővülni, amelyek közül az új energiahordozók és a fotovoltaikus elemek fontos fejlesztési területek.