کاربید سیلیکون: هر آنچه که باید بدانید

اهمیت ماده سرامیکی سیلیکون کاربید (SiC) در دنیای امروز قابل اغراق نیست. این ماده یکی از پرکاربردترین و مورد توجه‌ترین مواد سرامیکی پیشرفته به شمار می‌رود؛ چرا که دارای ویژگی‌ها و خواص مکانیکی چشم‌گیری است. تقریباً تمامی شرکت‌های مهندسی و صنایع پیشرفته امروزی به نوعی از مواد SiC استفاده می‌کنند. با پیشرفت فناوری، تولیدکنندگان دریافته‌اند که زینترینگ (sintering) سیلیکون کاربید می‌تواند منجر به تولید SiC باکیفیت، مقرون‌به‌صرفه و با درجه خلوص بالا شود.
در این میان، شرکت نوگرا سرام فناور نیز به‌عنوان یکی از فعالان برجسته داخلی در حوزه تولید مواد سرامیکی پیشرفته، نقش مهمی در توسعه و بومی‌سازی فناوری‌های مرتبط با سیلیکون کاربید ایفا می‌کند.

پودر زینتر شده SiC و سرامیک نهایی سیلیکون کاربید زینتر شده

در این مقاله، با خواص و کاربردهای نوع خاصی از سیلیکون کاربید زینتر شده به نام زینتر بدون فشار (Pressureless Sintered SiC) آشنا می‌شوید. همچنین تفاوت‌های بین زینتر واکنشی و زینتر بدون فشار بررسی خواهد شد. در نهایت، به روندها و ارزش بازار جهانی سیلیکون کاربید زینتر شده پرداخته می‌شود.

ویژگی‌های سیلیکون کاربید زینتر شده

سیلیکون کاربید زینتر شده به صورت صنعتی از طریق زینتر کردن پودر خالص SiC در دماهایی تا حدود ۲۱۰۰ درجه سانتی‌گراد تولید می‌شود. با حرارت‌دهی و ماشین‌کاری مناسب، پودرها به ماده‌ای سرامیکی، سخت و متراکم تبدیل می‌شوند. در این فرآیند، افزودنی‌هایی مانند بور (Boron) نقش مهمی در بهبود سختی ایفا می‌کنند. سیلیکون کاربید زینتر شده معمولاً در دو نوع تولید می‌شود:

• سیلیکون کاربید زینتر شده واکنشی (Reaction Sintered SiC)
• سیلیکون کاربید زینتر شده بدون فشار (Pressureless Sintered SiC)

نمونه‌هایی از قطعات مختلف ساخته‌شده با سیلیکون کاربید زینتر شده

این مواد زینتر شده به دلیل خواص برترشان محبوبیت بالایی یافته‌اند؛ چرا که نسبت به نوع معمولی SiC دارای خلوص بالا، چگالی بیشتر، مقاومت فوق‌العاده در برابر خوردگی، مواد شیمیایی، سایش و حرارت هستند.

خواص سیلیکون کاربید زینتر شده

• ضریب انبساط حرارتی پایین
• مقاومت فشاری و سختی بالا
• تخلخل بسیار کم
• درصد خلوص بالای SiC
• نقطه ذوب بالا
• پایداری در دماهای بالا
• مقاومت عالی در برابر خوردگی و سایش
• رسانایی حرارتی بالا و مقاومت در برابر شوک حرارتی
• دوام بالا در کاربردهای دیرگداز

کاربردهای سیلیکون کاربید زینتر شده

• تولید سینک‌های حرارتی سرامیکی
• ساخت یاتاقان‌های سرامیکی
• استفاده در زره‌ خودروهای نظامی و جلیقه‌های ضد گلوله
• پوشش دیواره‌های کوره
• قطعات توربین
• تولید نیمه‌رساناهای سیلیکون کاربید
• توپ، نشیمنگاه و آسترهای شیرآلات صنعتی

بیشتر بخوانید:محصول سرامیک چله پیچی نوگرا سرام فناور

مقایسه زینتر بدون فشار و زینتر واکنشی سیلیکون کاربید

زینتر واکنشی (Reaction Sintering)

در این روش، پودر کربن و SiC با هم مخلوط شده و در دمای حدود ۱۶۵۰ درجه سانتی‌گراد حرارت داده می‌شوند. حفره‌های موجود در مخلوط باعث نفوذ سیلیکون مذاب می‌شوند که با کربن واکنش داده و در نتیجه، SiC متراکم جدید تشکیل می‌شود.
مزایا:

• فرآیند سریع و ساده
• مناسب برای تولید در مقیاس بزرگ
  معایب:
• چگالی پایین‌تر
• مقاومت کمتر در برابر تنش مکانیکی و دمای بالا

زینتر بدون فشار (Pressureless Sintering)

در این روش، پودر خالص SiC در کوره خلأ و در دماهایی بین ۲۱۰۰ تا ۲۲۰۰ درجه سانتی‌گراد بدون فشار خارجی زینتر می‌شود. این فرآیند از طریق نفوذ در حالت جامد و تشکیل گردنه بین ذرات صورت می‌گیرد.
مزایا:

• تولید قطعات سرامیکی پیچیده با اشکال متنوع
• خلوص و چگالی بالا
• مقاومت عالی در برابر دما و فشار
• عدم نیاز به قالب‌های خاص

خواص سیلیکون کاربید زینتر شده بدون فشار

کاربردهای سیلیکون کاربید زینتر شده بدون فشار

• ساخت رینگ‌ها، نازل‌ها و گسکت‌های مکانیکی
• استفاده در کوره‌های صنعتی، ایزولاسیون الکتریکی، و سینک‌های حرارتی نیمه‌رسانا
• تولید آینه‌های اپتیکی برای طول‌موج‌های کوتاه
• ساخت ابزار برش، مهر و موم‌های مکانیکی، ابزار ساینده و پوشش کوره
• استفاده در زره نظامی، موشک‌های بالستیک و جلیقه ضدگلوله
• تولید پمپ‌های مکانیکی، ابزار الکترونیکی و نیمه‌رساناهای حرارتی
• ایجاد پوشش‌های سخت مقاوم در برابر خش برای سایر مواد

ارزش بازار و روند جهانی سیلیکون کاربید زینتر شده

تا سال ۲۰۲۳، ارزش بازار جهانی سیلیکون کاربید زینتر شده حدود ۷۲۵ میلیون دلار بوده است. این رقم در سال ۲۰۲۴ به ۱.۸ میلیارد دلار افزایش یافته است. با نرخ رشد سالانه مرکب (CAGR) برابر ۷.۶٪، انتظار می‌رود بازار در سال‌های آینده نیز رشد چشمگیری داشته باشد.
از شرکت‌های فعال در این حوزه می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• CoorsTek (ایالات متحده)
• Saint-Gobain Performance Ceramics and Refractories (فرانسه)

اگر به دنبال خرید مواد باکیفیت سیلیکون کاربید زینتر شده هستید، GGSCeramics گزینه‌ای مناسب با محصولاتی مقرون‌به‌صرفه و با عملکرد بالا در هر دو نوع زینتر واکنشی و زینتر بدون فشار است.

سوال متداول

۱. مقدار انرژی سیلیکون کاربید زینتر شده چقدر است؟
مقدار انرژی سیلیکون کاربید زینتر شده حدود ۲۰۰ واحد انرژی است.

۲. آیا SiC زینتر شده مستقیم بهتر از نوع واکنشی آن است؟
بله، سیلیکون کاربید زینتر شده مستقیم (Pressureless Sintered SiC) به دلیل خلوص بالاتر و مقاومت بیشتر در دماهای بسیار بالا، عملکرد بهتری نسبت به نوع واکنشی دارد.

۳. چرا سیلیکون کاربید زینتر شده برای تولید آب‌بندها (Seals) مناسب است؟
به دلیل سختی بسیار بالا، مقاومت در برابر سایش و عمر طولانی، سیلیکون کاربید زینتر شده گزینه‌ای عالی برای تولید آب‌بندهای صنعتی با عملکرد بالا محسوب می‌شود.