Son yıllarda, silisyum karbür bileşik yarı iletkenler endüstride yaygın bir ilgi görmüştür. Ancak, yüksek performanslı bir malzeme olarak elektronik cihazlar (diyotlar, güç cihazları) uygulamalarının yalnızca küçük bir kısmını oluşturmaktadır. Silisyum karbür ayrıca aşındırıcı, kesici, yapısal, optik, katalizör taşıyıcı vb. olarak da kullanılabilir. Bugün, kararlı kimyasal özellikler, yüksek sıcaklık dayanımı, aşınma direnci, korozyon direnci, yüksek ısıl iletkenlik, düşük ısıl genleşme katsayısı, düşük yoğunluk ve yüksek mekanik mukavemet avantajlarına sahip silisyum karbür seramiklerini tanıtacağız. Kimyasal makinelerde, enerji ve çevre korumada, yarı iletkenlerde, metalurjide, ulusal savunma ve askeri endüstrilerde ve diğer alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır.

1.Silisyum Karbür Yapısı ve Özellikleri

Silisyum karbür (SiC), silisyum ve karbon içerir ve tipik bir polimorfik bileşiktir. Başlıca iki kristal formundan oluşur: α-SiC (yüksek sıcaklıkta kararlı) ve β-SiC (düşük sıcaklıkta kararlı). 200'den fazla polimorfu vardır ve bunlar arasında β-SiC'nin 3C-SiC'si ile α-SiC'nin 2H-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC ve 15R-SiC'si özellikle temsil edicidir.

1600°C'nin altındaki sıcaklıklarda, SiC, yaklaşık 1450°C'de basit bir silisyum ve karbon karışımından üretilebilen β-SiC olarak bulunur. 1600°C'nin üzerinde, β-SiC yavaşça çeşitli α-SiC politiplerine dönüşür. 4H-SiC, 2000°C civarındaki sıcaklıklarda kolayca oluşur; hem 6H hem de 15R politiplerinin kolayca oluşması için 2100°C'nin üzerindeki sıcaklıklara ihtiyaç vardır. 6H-SiC, 2200°C'yi aşan sıcaklıklarda bile çok kararlı kalır ve bu da onu endüstriyel uygulamalarda yaygın olarak kullanılır hale getirir. Saf silisyum karbür renksiz, şeffaf bir kristaldir. Endüstriyel silisyum karbür, renksiz, soluk sarı, açık yeşil, koyu yeşil, açık mavi, koyu mavi ve hatta siyah dahil olmak üzere azalan şeffaflık renklerinde gelir. Aşındırıcı endüstrisi, silisyum karbürü rengine göre sınıflandırır: siyah silisyum karbür ve yeşil silisyum karbür. Renksiz ila koyu yeşil silisyum karbür yeşil silisyum karbür, açık mavi ila siyah silisyum karbür ise siyah silisyum karbür olarak sınıflandırılır. Siyah silisyum karbür ve yeşil silisyum karbür, her ikisi de α-SiC altıgen kristalleridir. Silisyum karbür seramikleri genellikle hammadde olarak yeşil silisyum karbür tozu kullanır.

2.Silisyum Karbür Seramik Hazırlama İşlemi

Silisyum karbür seramikler, silisyum karbür hammaddelerinin ezilmesi, öğütülmesi ve sınıflandırılmasıyla üretilir ve homojen parçacık boyutu dağılımına sahip SiC parçacıkları elde edilir. SiC parçacıkları daha sonra bir sinterleme katkı maddesi ve geçici bir bağlayıcı ile karıştırılır, yeşil kompakt haline preslenir ve ardından yüksek sıcaklıkta sinterlenir. Ancak, Si-C bağlarının yüksek kovalent yapısı (~%88) ve düşük difüzyon katsayıları nedeniyle, hazırlama sürecindeki temel zorluklardan biri sinterleme sırasında yoğunlaşmanın sağlanmasındaki zorluktur. Yüksek yoğunluklu silisyum karbür seramikleri hazırlama yöntemleri arasında reaksiyon sinterlemesi, basınçsız sinterleme, basınçsız sinterleme, sıcak presleme, yeniden kristalleştirme sinterlemesi, sıcak izostatik presleme ve kıvılcım plazma sinterlemesi bulunur. Bununla birlikte, silisyum karbür seramikler düşük kırılma tokluğuna sahiptir ve bu da daha fazla kırılganlığa neden olur. Bu nedenle son yıllarda, tek malzemenin tokluğunu ve mukavemetini artırmak için elyaf (veya bıyık) takviyesi, heterojen parçacık dağılımı güçlendirmesi ve fonksiyonel olarak gradyanlı malzemeler gibi silisyum karbür esaslı kompozit seramikler ortaya çıkmıştır.

3. Silisyum karbür seramiklerin uygulama ve geliştirme beklentileri 

Mükemmel performansa sahip yüksek sıcaklık yapısal seramik malzemesi olarak silisyum karbür seramikler, yüksek sıcaklık fırınlarında, çelik metalurjisinde, petrokimyada, mekanik elektronikte, havacılıkta, enerji ve çevre korumada, nükleer enerjide, otomobillerde ve diğer alanlarda giderek daha fazla kullanılmaktadır. En iyi sonucu elde etmek için mümkün olan en iyi yöntemi kullanmanın önemli olduğunu düşünüyoruz. 

Gelecekte, yeni enerji araçları, enerji, endüstri, iletişim ve diğer alanların penetrasyon oranı arttıkça ve çeşitli alanlarda yüksek hassasiyetli, yüksek aşınmaya dayanıklı ve yüksek güvenilirlikli mekanik bileşenler veya elektronik bileşenlere yönelik gereksinimler giderek daha katı hale geldikçe, silisyum karbür seramik ürünlerinin pazar büyüklüğünün genişlemeye devam etmesi bekleniyor; bunlar arasında yeni enerji araçları ve fotovoltaikler önemli geliştirme alanlarıdır.