Aluminium Siliziumkarbid

Aluminium-Siliziumkarbid (ASC) ist ein innovativer Metall-Keramik-Hybridwerkstoff, der die Vorteile beider Materialien vereint. Dank seiner hervorragenden Wärmeleitfähigkeit und seines extrem niedrigen Ausdehnungskoeffizienten eignet sich ASC für die Herstellung leichter Bauteile mit außergewöhnlicher Leistungsfähigkeit.

PVC-Schleifscheiben werden zudem häufig zum Schleifen von Hartmetallen wie Aluminium eingesetzt, ohne dass dabei übermäßige Wärme entsteht, wodurch dieses Material äußerst widerstandsfähig gegen Korrosion und chemische Einflüsse ist.

Vorteile

Siliziumkarbid, eine harte und langlebige Verbindung aus Silizium und Kohlenstoff, findet in verschiedenen Bereichen vielfältige Anwendung. Von Festigkeit, Wärmeleitfähigkeit, chemischer Beständigkeit und elektrischen Isolationseigenschaften, die Komponenten und Substrate in elektronischen Geräten schützen, bis hin zu elektrischen Isolationseigenschaften, die zum Schutz von Substraten in der modernen Elektronik und bei Leistungshalbleitern beitragen. Siliziumkarbid hat sich als unverzichtbarer Werkstoff in modernen Elektronik- und Leistungshalbleiteranwendungen erwiesen.

Metallmatrix-Verbundwerkstoffe (MMCs) aus Aluminium-Siliziumkarbid finden in der Luft- und Raumfahrt, der Automobilindustrie und der Energiewirtschaft breite Anwendung. Aluminium-Siliziumkarbid-MMCs haben sich als unschätzbar wertvoll bei der Leistungssteigerung von Flugzeugtriebwerken, Autoteilen und Bremssystemen erwiesen – und sorgen gleichzeitig für Gewichtsreduzierung und höhere Haltbarkeit. Ihr zunehmender Einsatz in Elektrofahrzeugen (EVs) und die weltweite Halbleiterknappheit treiben das Wachstum dieser Märkte voran.

MMCs aus SiC und Al₂O₃ sind harte Keramikwerkstoffe, die zur Verbesserung der Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit von Aluminiumlegierungen eingesetzt werden. Werden diese Additive einer Legierung beigemischt, können sie die Streckgrenze und die Zugfestigkeit um 50% erhöhen und gleichzeitig den Elastizitätsmodul verringern, wodurch die Zähigkeit und Duktilität der Legierung gesteigert werden.

Siliziumkarbid verbessert nicht nur die mechanischen Eigenschaften einer Legierung, sondern kann auch die Temperatur senken und die Korrosionsbeständigkeit erhöhen. Darüber hinaus lassen sich Verbundwerkstoffe mit Siliziumkarbid-Mikrogeflecht (MMCs) in komplexe Formen bringen, um anwendungsspezifische Anforderungen zu erfüllen.

Anwendungen

Aluminiumsiliziumkarbid findet vielfältige Anwendung in der Luft- und Raumfahrt sowie in der Automobilindustrie, aber auch bei der Fertigung von bearbeiteten Bauteilen und in der Elektronikindustrie. Aufgrund seiner Festigkeit, Verschleißfestigkeit, Wärmeleitfähigkeit und seiner Eigenschaften im Bereich des Wärmemanagements ist Aluminiumsiliziumkarbid ein unverzichtbarer Werkstoff. Darüber hinaus eignet es sich hervorragend für Anwendungen im Bereich des Wärmemanagements bei Batterien und Halbleitern.

Aluminium-Siliziumkarbid-Werkstoffe verzeichnen aufgrund der steigenden Nachfrage im Bereich der mikroelektronischen Gehäuse eine exponentielle weltweite Marktexpansion. Al-SiC-Metallmatrix-Verbundwerkstoffe (MMC) bieten einzigartige Materialeigenschaften, die sich ideal für viele dieser Anwendungen eignen; ihr geringes Gewicht senkt die Transportkosten und den Kraftstoffverbrauch, während ihr niedriger Wärmeausdehnungskoeffizient eine Anpassung an die jeweiligen Anwendungsanforderungen ermöglicht.

MMCs aus Al-SiC bieten erhebliche Vorteile bei der Anwendung in Bewegungsanwendungen von Hochgeschwindigkeits- und Präzisionsgeräten, wie beispielsweise Roboterkomponenten. Ihre hervorragende Dämpfungsfähigkeit reduziert Vibrationen und Geräusche in den Geräten, während ihre hohe Festigkeit und Steifigkeit sie für großformatige Produkte geeignet macht, die eine starke Abstützung und Steifigkeit erfordern.

In jüngster Zeit haben Forscher nach Möglichkeiten gesucht, die Benetzbarkeit von SiC-Partikeln mit geschmolzenem Aluminium während der drucklosen Infiltration zu verbessern. Ein Nachoxidationsprozess steigert diese Benetzbarkeit erheblich und unterdrückt gleichzeitig die Bildung von Al₄C₃ – wodurch sowohl der Zugmodul als auch der Elastizitätsmodul der Verbundwerkstoffe deutlich verbessert werden.

Eigenschaften

Siliziumkarbid zeichnet sich durch hohe Härte, einen niedrigen Ausdehnungskoeffizienten und große chemische Beständigkeit aus – Eigenschaften, die es für Anwendungen geeignet machen, die von Schleifmitteln und Keramik bis hin zu Leistungselektronik sowie Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt und im Automobilbau reichen. Darüber hinaus trägt sein geringes spezifisches Gewicht zur Gewichtsreduzierung bei, was für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt sowie im Automobilbau von Vorteil ist; zudem verhindert seine Formstabilität Verformungen unter extremen Bedingungen.

Das Wachstum des Marktes für Aluminium-Siliziumkarbid wird durch die Nachfrage nach elektronischen Bauteilen angetrieben. Das geringe Gewicht und die hohe Wärmeleitfähigkeit dieses Materials tragen zur schnellen Wärmeableitung bei und sorgen so für eine lange Lebensdauer von Halbleiterbauelementen, während seine Präzisionsbauteile einer spannungsbedingten Verformung widerstehen, sodass es in kritischen Anwendungen wie Leistungsmodulen für Elektrofahrzeuge ohne Verformungsrisiko eingesetzt werden kann.

Al-SiC ist eine Legierung aus Aluminium (Al) und Siliziumkarbid (SiC). Die flüssige Legierung wird in der Regel gegossen und anschließend auf 2.500 Grad Celsius erhitzt, um SiC-Einkristalle zu bilden. Diese Kristalle können anschließend mit Stickstoff, Phosphor, Beryllium oder Bor dotiert werden, um unterschiedliche Eigenschaften zu erzielen; so enthalten beispielsweise n-Typ-Kristalle eine Stickstoffdotierung, während p-Typ-Kristalle mit Beryllium oder Bor dotiert sind; Siliziumkarbid verbessert zudem die elektrische Leitfähigkeit und erhöht gleichzeitig die Härte, Festigkeit und Verschleißfestigkeit – als wichtiger Bestandteil in Hochleistungs-Metallmatrix-Verbundwerkstoffen mit zahlreichen industriellen Anwendungsbereichen sowie als beliebtes Schleifmittel, das häufig in der modernen Edelsteinschleiferei zum Einsatz kommt.

Preis

Das Marktwachstum bei Aluminium-Siliziumkarbid (ALSIC) wird durch die Nachfrage nach Elektronikgehäusen und technologischen Innovationen vorangetrieben, gepaart mit nachhaltigen Fertigungsprozessen und der Entwicklung von Elektrofahrzeugen (EVs), was den Einsatz von Leichtbaumaterialien wie ALSIC fördert. Darüber hinaus hat die weltweite Halbleiterknappheit diesen Bedarf noch verstärkt.

Der Markt lässt sich nach Anwendungsbereichen, Produkten und Regionen unterteilen; nach Produkten lässt er sich in Aluminiumnitridpulver und AlSiC-Substrate unterteilen. Angesichts der steigenden Nachfrage nach Elektrofahrzeugen und Lösungen im Bereich der erneuerbaren Energien, die das Wachstum in der Fertigungstechnologie für Leistungselektronik vorantreiben und hochleistungsfähige Substrate mit hervorragenden Wärmeableitungseigenschaften erfordern – wie beispielsweise AlSiC-Substrate in Leistungs-MOSFET-Bauelementen –, haben AlSiC-Substrate als Bestandteil dieser Bauelemente stark an Beliebtheit gewonnen.

Je nach Anwendungsbereich lässt sich der Markt für AlSiC-Substrate grob in die Bereiche Automobil und Schienenfahrzeuge, Elektrotechnik und Elektronik sowie Industrie unterteilen. Von diesen drei Bereichen stellen Anwendungen im Automobil- und Schienenfahrzeugbereich nach wie vor das vorherrschende Segment für AlSiC-Substrate dar, wo diese beispielsweise in Traktionsmotoren und Leistungssteuerungen für Hybrid-Elektrofahrzeuge zum Einsatz kommen.

Das Marktwachstum von ALSIC wird zudem durch die steigende Nachfrage der Luft- und Raumfahrtindustrie nach Leichtbaumaterialien angetrieben. ALSIC zeichnet sich durch seine hervorragende Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit bei relativ erschwinglichen Kosten aus und ist somit eine ideale Wahl als Leichtbaumaterial. Es lässt sich zudem problemlos in verschiedene Formen bringen, ohne dass die bei herkömmlichen Verfahren üblichen Kosten für die Einrichtung von Hartwerkzeugen anfallen. Darüber hinaus eignet es sich aufgrund seiner hervorragenden Bearbeitbarkeit für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt.