Kiselkarbid, en extremt hård syntetiskt framställd kristallin förening av kol och kisel, har sedan slutet av 1800-talet använts i sandpapper, slipskivor och skärverktyg.
Bearbetningsegenskaperna hos SiCp/Al-kompositer påverkas starkt av de geometriska egenskaperna hos de inre mikrostrukturerna, där partikelstorlek och -fördelning har en enorm effekt på skärprestandan.
Hög temperatur
Kiselkarbid (SiC) är ett keramiskt material som är känt för sin exceptionella värmeledningsförmåga och hållbarhet, vilket gör det till det perfekta materialet för värmeelement i olika industriella applikationer. Värmeelement av SiC spelar en central roll i elektriska ugnar och är även viktiga inom områden som metallurgi, keramik och elektroniktillverkning.
SiC-värmeelement erbjuder flera tydliga fördelar jämfört med elektriska metallvärmare: De oxiderar inte med tiden eller producerar kiseldioxidfilm på grund av sin höga temperaturtolerans och konsekventa prestanda över stora ytor, och är därför ett perfekt val för industriella processer som kräver höga driftstemperaturer samt exakt temperaturreglering.
SiC-värmeelement finns i två polymorfer: alfa och beta. Alfa-varianten har Wurtzite-kristallstruktur medan beta har egenskaper av zinkblandningstyp som påminner om diamant. Båda typerna kan fungera effektivt i miljöer med höga temperaturer, men oxidationsbeständigheten varierar beroende på polymorfens kristallstruktur och andra egenskaper.
Molybdendisilicid (MoSi2) är ett tätt cermetmaterial som lämpar sig för applikationer som kräver högre drifttemperaturer och effekttäthet än vad standardmetall och SiC-element klarar av. Materialet används ofta i flyg- och rymdapplikationer där kraven på effekttäthet överstiger befintliga möjligheter.
Keith Company erbjuder båda typerna av SiC-värmeelement för en rad olika industriella applikationer. SiC-värmeelement av SC-typ används i stor utsträckning i värmebehandlingsugnar för glödgning, härdning, anlöpning och uppkolning samt i ugnar som används för keramik- och glastillverkningsprocesser.
Högspänning
Element av kiselkarbid används ofta i elektriska högtemperaturugnar inom metallurgisk industri och erbjuder fördelar jämfört med elektriska värmeelement av metall tack vare högre drifttemperatur, motståndskraft mot oxidation och korrosion samt lång livslängd. Underhållet är också enkelt: vanligtvis drivs de av justerbara transformatorer eller kiselstyrda likspänningsregulatorer med flexibla anslutningsmöjligheter, antingen seriellt eller parallellt.
I kraftelektronik i SiC används vanligen kraftkomponenter som Schottky-dioder, p+n-dioder (ofta kallade pin-dioder), vertikala MOSFETs av planartyp och bipolära transistorer med isolerad grind (IGBT). Deras schematiska uppbyggnad visas i figur 1. Under framåtriktade spänningsförhållanden måste dessa enheter tillåta ström att passera med minimalt motstånd samtidigt som de helt blockerar omvända spänningsförhållanden.
Fysiken bakom dessa krafthalvledare kan vara komplex och kräver särskild omsorg och hänsyn. Till exempel tenderar joniseringskoefficienterna för elektronpåverkan i SiC att vara mycket lägre än i kisel på grund av en högre effektiv massa av närvarande elektroner.
SiC-dioder måste innehålla ett n-skikt som är 10 gånger tunnare och kraftigt dopat jämfört med Si för att uppnå motsvarande genombrottsspänning, vilket innebär att deras strömdensitet-omvända spänningskarakteristik faller längs olika kurvor, vilket kan förklaras av slagjonisering eller band-till-band-tunneleffekter.
Låg resistens
SiC-element är keramiska produkter med förmåga att leda elektricitet. Dessa element har metalliserade ändar som gör att användarna kan ansluta olika ledningar eller kablar direkt till dem, vilket möjliggör vertikal eller horisontell installation beroende på installationskrav och arbetsmiljöer som luft, kontrollerade atmosfärer eller vakuummiljöer.
Motståndet hos SiC-element minskar i temperaturkontrollerade miljöer och ökar gradvis när de utsätts för högre temperaturer, på grund av både temperaturrelaterade och tidsrelaterade fenomen; såsom bildning av oxidationspartiklar från höga temperaturer som genereras under ugnsdrift; dessutom beror motståndet också på omgivande temperaturer i en ugns miljö.
Kiselkarbid är ett kemiskt stabilt material med låg värmeutvidgning som sannolikt inte deformeras under uppvärmningsprocesser, vilket gör det lämpligt för eldfasta produkter i ugnar med trånga utrymmen eller kontrollerade atmosfärer eller vakuummiljöer. Eldfasta material tillverkade av detta material kan lätt formas till önskat ugnsutrymme tack vare dess formbarhet. Kiselkarbidelement klarar också mycket höga driftstemperaturer; luft, kontrollerade atmosfärer eller vakuummiljöer utgör inga problem när de används på rätt sätt.
Dessa egenskaper gör att de kan överföra mer effekt från källa till last, vilket kräver strömbegränsande anordningar som skyddar ledningar och transformatorlindningar från överbelastning, samt förhindrar att säkringar eller brytare löser ut i onödan. En styrenhet för fasvinkeln är det mest effektiva sättet att åstadkomma detta.
Hög effektivitet
Sic kännetecknas av sitt breda bandgap som gör att den kan utmärka sig där kiselkomponenter misslyckas. Sic tål högre frekvenser, spänningar och temperaturer eftersom det till skillnad från kisel inte bryts ned under extrema förhållanden; dessutom är det mycket starkare än kisel och tål därför större mekanisk påfrestning, vilket gör det till ett utmärkt val för tuffa miljöer.
Effektiv värmeavledning är avgörande i högtemperatur-LED och laserdioder som ger belysningslösningar i fordonsbelysning, industrimaskiner och kommunikationssystem som kräver hög prestanda under olika drifttemperaturer. UV-detektorer och fotodioder, som är viktiga verktyg inom medicinsk bildbehandling och miljöövervakning, kräver också effektiv värmehantering.
SiC:s effektsteg ger ett extraordinärt bidrag till energilagringsapplikationer som laddning av elfordon och solsystem med batterier, vilket ger högre systemeffektivitet, ökad effekttäthet, minskad volym och kostnad för passiva komponenter.
EREMA SiC-värmeelement används ofta i metallurgiska och keramiska ugnar för smältning, gjutning och raffinering av metaller samt i laboratorieugnar för forskning och materialtestning. Dessutom används de ofta i diffusionsugnar som används vid halvledartillverkning - de är tillräckligt tåliga för att klara extrema miljöer och temperaturer samtidigt som de är belagda för ytterligare korrosionsskydd; dessutom gör deras gängade baser monteringen enkel utan risk för kollision med exponerade grafitben!
Swedish 
English