V posledních letech se polovodičové sloučeniny karbidu křemíku v průmyslu těší velké pozornosti. Nicméně, jako vysoce výkonný materiál, tvoří elektronické součástky (diody, výkonové součástky) jen malou část jeho aplikací. Karbid křemíku lze také použít jako abrazivní, řezný materiál, konstrukční materiál, optický materiál, nosič katalyzátoru atd. Dnes si představíme především keramiku na bázi karbidu křemíku, která má výhody stabilních chemických vlastností, vysoké teplotní odolnosti, odolnosti proti opotřebení, odolnosti proti korozi, vysoké tepelné vodivosti, nízkého koeficientu tepelné roztažnosti, nízké hustoty a vysoké mechanické pevnosti. Široce se používá v chemických strojích, energetice a ochraně životního prostředí, polovodičích, metalurgii, národním obranném a vojenském průmyslu a dalších oblastech.

1. Struktura a vlastnosti karbidu křemíku

Karbid křemíku (SiC) obsahuje křemík a uhlík a je typickou polymorfní sloučeninou. Skládá se primárně ze dvou krystalových forem: α-SiC (stabilní za vysokých teplot) a β-SiC (stabilní za nízkých teplot). Existuje více než 200 polymorfů, z nichž 3C-SiC β-SiC a 2H-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC a 15R-SiC α-SiC jsou obzvláště reprezentativní.

Při teplotách pod 1600 °C existuje SiC jako β-SiC, který lze vyrobit z jednoduché směsi křemíku a uhlíku při teplotě okolo 1450 °C. Nad 1600 °C se β-SiC pomalu transformuje na různé polytypy α-SiC. 4H-SiC se snadno tvoří při teplotách okolo 2000 °C; polytypy 6H i 15R vyžadují pro snadnou tvorbu teploty nad 2100 °C. 6H-SiC zůstává velmi stabilní i při teplotách přesahujících 2200 °C, díky čemuž se široce používá v průmyslových aplikacích. Čistý karbid křemíku je bezbarvý, průhledný krystal. Průmyslový karbid křemíku se dodává v barvách s klesající průhledností, včetně bezbarvé, světle žluté, světle zelené, tmavě zelené, světle modré, tmavě modré a dokonce i černé. Brusný průmysl kategorizuje karbid křemíku podle barvy: černý karbid křemíku a zelený karbid křemíku. Bezbarvý až tmavě zelený karbid křemíku se klasifikuje jako zelený karbid křemíku, zatímco světle modrý až černý karbid křemíku se klasifikuje jako černý karbid křemíku. Černý karbid křemíku i zelený karbid křemíku jsou oba hexagonální krystaly α-SiC. Keramika z karbidu křemíku obecně používá jako surovinu zelený prášek karbidu křemíku.

2. Proces přípravy keramiky z karbidu křemíku

Keramika z karbidu křemíku se vyrábí drcením, mletím a tříděním surovin z karbidu křemíku za účelem získání částic SiC s rovnoměrným rozdělením velikosti částic. Částice SiC se poté smíchají se slinovací přísadou a dočasným pojivem, slisují do surového kompaktu a poté se spékají při vysoké teplotě. Vzhledem k vysoké kovalentní povaze vazeb Si-C (~88 %) a jejich nízkému difuznímu koeficientu je však jednou z hlavních výzev v procesu přípravy obtížnost dosažení zhuštění během slinování. Mezi metody přípravy keramiky z karbidu křemíku s vysokou hustotou patří reakční spékání, beztlakové spékání, beztlakové spékání, lisování za tepla, rekrystalizační spékání, izostatické lisování za tepla a spékání jiskrovou plazmou. Keramika z karbidu křemíku však trpí nízkou lomovou houževnatostí, což má za následek větší křehkost. Proto se v posledních letech objevily kompozitní keramiky na bázi karbidu křemíku, jako je vláknitá (nebo whiskerová) výztuž, heterogenní disperzní zpevnění částic a funkčně gradientní materiály, které zlepšují houževnatost a pevnost jednotlivých materiálů.

3. Aplikační a vývojové perspektivy karbid křemíkové keramiky 

Jako vysokoteplotní strukturální keramický materiál s vynikajícím výkonem se karbid křemíku stále častěji používá ve vysokoteplotních pecích, ocelářství, petrochemii, mechanické elektronice, letectví, energetice a ochraně životního prostředí, jaderné energii, automobilovém průmyslu a dalších oblastech. Myslíme si, že použití co nejvhodnější metody k dosažení skvělého výsledku... 

V budoucnu se očekává, že s rostoucí mírou pronikání nových energetických vozidel, energetiky, průmyslu, komunikací a dalších oblastí a s rostoucími požadavky na vysoce přesné, vysoce odolné proti opotřebení a vysoce spolehlivé mechanické nebo elektronické součástky v různých oblastech se bude trh s keramickými výrobky z karbidu křemíku dále rozšiřovat, mezi nimiž jsou důležitými oblastmi rozvoje nová energetická vozidla a fotovoltaika.