Vizualizări: 222 Autor: Loretta Publicare Ora: 2025-02-08 Originea: Site
Meniu de conținut
>> Proprietățile carburii de siliciu
>> Aplicații de carbură de siliciu
● Factori care influențează costul carburii de siliciu
>> Volumul producției și economiile de scară
>> Cerere și aplicații de piață
>> Cerințe de calitate și puritate
● Tendințe de preț a carburii de siliciu
>> Factori care afectează tendințele prețurilor
● Aplicații care conduc cererea de carbură de siliciu
>> Sisteme de energie regenerabilă
● Compararea carburii de siliciu cu siliciu
● FAQ
>> 1. De ce este mai scump carbura de siliciu decât siliciul?
>> 2. Care sunt principalele aplicații ale carburii de siliciu?
>> 3. Cum afectează costul carburii de siliciu prețul vehiculelor electrice?
>> 4. Care sunt avantajele utilizării carburii de siliciu în electronica electrică?
>> 5. Prețul carburii de siliciu este de așteptat să scadă în viitor?
● Citări:
Carbura de siliciu (SIC) a apărut ca un material pivot în tehnologia modernă, găsind aplicații în diverse sectoare, cum ar fi automobile, electronice, aerospațiale și energie regenerabilă [2]. Cunoscut pentru duritatea sa excepțională, conductivitatea termică ridicată și rezistența la temperaturi ridicate și coroziune chimică, SIC oferă performanțe superioare în comparație cu materialele tradiționale precum siliciul în multe aplicații solicitante [5] [3]. Cu toate acestea, proprietățile îmbunătățite ale carburii de siliciu vin cu un preț. Acest articol se încadrează în factorii de costuri asociați cu carbura de siliciu, tendințele prețurilor sale și motivele care stau la baza cheltuielilor sale.
Carbură de siliciu (SIC), cunoscută și sub numele de Carborundum, este un compus de siliciu și carbon cu formula chimică sic. Descoperită de Edward Goodrich Acheson în 1893, SIC nu se găsește în mod natural pe Pământ, cu excepția unor evenimente extrem de rare în meteoriți [5]. Este produs sintetic la scară largă folosind procesul Acheson, ceea ce implică încălzirea nisipului de silice și carbon la temperaturi ridicate într -un cuptor de rezistență electrică [3].
- Duritate ridicată: SIC este excepțional de greu, clasându -se chiar sub diamant din punct de vedere al durității, ceea ce îl face un material abraziv excelent [8].
- Conductivitate termică ridicată: are o conductivitate termică ridicată, permițându -i să disipeze eficient căldura [5].
- Rezistență termică ridicată: SIC poate rezista la temperaturi extrem de ridicate, cu un punct de topire de 2.700 ° C [3].
- Inerțea chimică: este foarte rezistentă la coroziunea chimică, ceea ce o face potrivită pentru medii dure [5].
- Proprietăți semiconductoare: SIC este un semiconductor cu bandă largă, care îi permite să funcționeze la tensiuni, frecvențe și temperaturi mai mari decât siliciul [2].
- Abrazivi: Datorită durității sale, SIC este utilizat pe scară largă în roți de măcinare, unelte de tăiere și șmirghel [5] [8].
- Automotive: SIC este utilizat în discuri de frână ceramice de înaltă performanță, filtre de particule diesel și ca aditiv de ulei pentru a reduce frecarea [5] [2].
-Electronică: SIC este utilizat în dispozitive de înaltă putere, de înaltă frecvență, cum ar fi MOSFETS, Diode și Tranzistoare [3].
- Industrial: este utilizat în Cruciabile pentru a menține metalul topit, suporturi de catalizator și elemente de încălzire [5].
- Aerospațial: SIC este utilizat în materiale structurale pentru aplicații la temperaturi ridicate [3].
- Energie regenerabilă: SIC este utilizat în invertoarele de energie pentru sistemele de energie solară și eoliană, îmbunătățind eficiența și reducând dimensiunea [2].
Câțiva factori contribuie la costul ridicat al carburii de siliciu, care se întinde de la prețurile materiilor prime la procesele complexe de fabricație [1] [7]. Înțelegerea acestor factori este crucială pentru evaluarea cheltuielilor generale ale SIC.
Materiile prime primare necesare pentru producția de carbură de siliciu sunt metalul de siliciu și cocsul petrolier [7]. Costul acestor materiale poate fluctua pe baza dinamicii ofertei și a cererii și a costurilor de producție [7] [4].
-Metal de siliciu: metalul de siliciu de înaltă puritate este esențial pentru producerea de carbură de siliciu de înaltă calitate. Prețul metalului de siliciu este influențat de costurile miniere, de procesele de rafinare și de disponibilitatea pieței [7].
- Coca de petrol: cocs petrolier, un produs secundar de rafinare a uleiului, servește ca sursă de carbon în sinteza SIC. Costul său este afectat de prețurile petrolului brut, de capacitatea de rafinare și de reglementările de mediu [4] [7].
Când prețurile metalului de siliciu și cocsul petrolier cresc, costul general al producției de carbură de siliciu crește în consecință [4].
Procesul de fabricație pentru carbură de siliciu este complex și intensiv în energie, implicând mai multe etape care afectează semnificativ costul său [3] [7].
- Procesul Acheson: Cea mai frecventă metodă pentru producerea SIC este procesul Acheson, care implică încălzirea unui amestec de nisip de silice și carbon într -un cuptor de rezistență electrică la temperaturi de până la 2.500 ° C [3]. Acest proces necesită un consum substanțial de energie, contribuind la costuri ridicate de producție.
- Creșterea cristalului: producerea de cristale SIC de înaltă calitate pentru aplicații semiconductoare implică tehnici sofisticate, cum ar fi metoda Lely sau depunerea de vapori chimici (CVD). Aceste metode sunt lente, necesită un control precis și sunt astfel costisitoare [3]. Potrivit Thunder Said Energy, formarea cristalelor SIC prin procesul Lely la 2.000ºC se desfășoară la o viteză de 100-300 μm pe oră, ceea ce este semnificativ mai lent decât formarea poli-siliconului mono-cristalin [3].
- Producția de placă: procesarea cristalelor SIC unice în napolitane pentru dispozitive semiconductoare este dificilă datorită durității și fragilității materialului. Sunt necesare tehnici avansate de feliere, măcinare și lustruire, adăugând costurile [3].
Complexitatea acestor etape de fabricație, combinate cu nevoia de echipamente și expertiză specializată, cresc costul carburii de siliciu [3].
Volumul de carbură de siliciu produs joacă, de asemenea, un rol crucial în determinarea costului său [7]. Economiile de scară pot duce la scăderea costurilor pe unitate pe măsură ce volumul producției crește.
- Capacitate limitată de producție: în comparație cu siliciul, capacitatea de producție pentru carbură de siliciu este relativ limitată. Acest lucru se datorează provocărilor în creșterea cristalului și procesarea wafer -ului [1].
- Investiții cu capital ridicat: înființarea instalațiilor de producție SIC necesită investiții semnificative de capital în echipamente și infrastructură specializate [3]. Un mare SIC FAB care produce 30.000 de napolitane pe lună ar putea folosi doar aproximativ 50 de tone de sic pe an, cu o cheltuială substanțială de capital [3].
- Potențial de reducere a costurilor: Pe măsură ce cererea pentru creșterea SIC și tehnologiile de producție se îmbunătățesc, economiile de scară pot fi realizate, ceea ce poate duce la costuri mai mici [1].
Cererea de carbură de siliciu în diferite aplicații influențează prețul de piață [1] [4]. Aplicațiile cu cerere ridicată, cum ar fi vehiculele electrice și energia regenerabilă, pot crește prețurile din cauza constrângerilor de aprovizionare [2].
- Vehicule electrice (EV): SIC este utilizat din ce în ce mai mult în invertoarele de energie și alte componente în EV, oferind o eficiență și performanță îmbunătățite [2]. Cererea crescândă a sectorului auto pentru SIC este un motor semnificativ al prețului său de piață [1].
- Energie regenerabilă: SIC este utilizat în sisteme solare și eoliene pentru energia eoliană pentru a spori eficiența conversiei energiei. Extinderea sectorului energiei regenerabile contribuie la cererea de SIC [2].
- Aplicații industriale: utilizarea SIC în diferite aplicații industriale, cum ar fi sursele de alimentare și controlul motor, susține în continuare cererea de piață [2].
Calitatea și puritatea necesară a carburii de siliciu afectează, de asemenea, costul său [3]. Cristalele SIC de înaltă puritate necesare aplicațiilor semiconductoare comandă un preț premium datorită controalelor stricte de fabricație și proceselor de purificare implicate [7].
- Grad semiconductor SIC: SIC utilizat în dispozitivele semiconductoare trebuie să aibă niveluri de impuritate foarte scăzute pentru a asigura performanțe optime. Atingerea acestui nivel de puritate necesită tehnici de purificare avansată, adăugând costurile [3].
- Defecte materiale: defectele din cristalele SIC pot afecta negativ performanța dispozitivului. Minimizarea defectelor necesită un control precis asupra condițiilor de creștere a cristalelor, care pot fi provocatoare și costisitoare [3].
- Calitatea plafonului: Calitatea napolitanelor SIC, inclusiv finisajul suprafeței și integritatea structurală, este esențială pentru fabricarea dispozitivelor. Neadreile de înaltă calitate necesită tehnici avansate de procesare, crescând costurile [3].
Prețul carburii de siliciu variază în funcție de forma, calitatea și aplicația sa [1]. Înțelegerea tendințelor prețurilor poate oferi informații despre factorii care determină costurile și potențialele modificări viitoare.
- Carbură de siliciu negru: Carbură de siliciu negru costă de obicei în jur de 850 USD pe tonă metrică [1]. Această formă este utilizată în mod obișnuit în aplicațiile abrazive datorită durității sale ridicate [5].
- Napole de carbură de siliciu: prețul napolitanelor din carbură de siliciu poate fi în jur de 1.200 USD pe centimetru pătrat [1]. Aceste napolitane sunt utilizate în aplicații cu semiconductor, unde sunt esențiale puritatea și integritatea structurală [3].
- Silicon Carbide Grit: În martie 2022, prețul granulației de carbură de siliciu a crescut, costurile materiilor prime crescând cu aproximativ 65-80 USD pe tonă [4].
Câțiva factori influențează tendințele prețurilor carburii de siliciu [1] [4]:
- Creșterea capacității de producție: Investițiile în capacitatea de producție nouă pot duce la o creștere a ofertei, potențial punând presiuni descendente asupra prețurilor [1].
- Cererea pieței: Cererea puternică din partea sectoarelor cheie, cum ar fi automobilele și energia regenerabilă, poate crește prețurile mai mari [2].
- Costuri de materii prime: fluctuațiile costurilor materiilor prime precum metalul de siliciu și cocsul petrolier pot avea impact asupra prețurilor SIC [7].
- Progrese tehnologice: inovațiile în procesele de fabricație, cum ar fi creșterea cristalelor și prelucrarea wafer -ului, pot reduce potențial costurile [3].
Prețul viitor al carburii de siliciu este supus diverșilor factori, inclusiv progrese tehnologice, dinamica pieței și condiții economice [1] [4].
- Cerere în creștere: Adoptarea din ce în ce mai mare a SIC în vehicule electrice, sisteme de energie regenerabilă și aplicații industriale este de așteptat să conducă cererea, care ar putea sprijini prețurile [2].
- Inovații tehnologice: Progresele în tehnologiile de fabricație SIC ar putea duce la îmbunătățirea eficienței și a costurilor de producție mai mici [3].
- Dezvoltarea lanțului de aprovizionare: Investițiile în extinderea capacității de producție SIC ar putea contribui la satisfacerea cererii în creștere și la stabilizarea prețurilor [1].
Proprietățile unice ale carbidei de siliciu îl fac un material atractiv pentru o gamă largă de aplicații. Cererea din aceste sectoare influențează în mod semnificativ dinamica și costul pieței sale [2].
Carbura de siliciu revoluționează industria vehiculelor electrice, permițând electronice de putere mai eficiente și mai performante [2].
- Invertoare de alimentare: SIC MOSFET -uri și diode sunt utilizate în invertoarele de alimentare pentru a converti puterea bateriei DC în curent alternativ pentru motor. Dispozitivele SIC oferă pierderi de comutare mai mici, o eficiență mai mare și o performanță termică mai bună în comparație cu dispozitivele de siliciu [3].
- Încărcătoarele de bord: SIC este utilizat în încărcătoarele de bord pentru a converti eficient puterea de curent alternativ din rețea în DC pentru încărcarea bateriei. Capabilitățile sale de comutare de înaltă frecvență permit proiecte de încărcător mai mici și mai ușoare [2].
-Convertoare DC-DC: Dispozitivele SIC sunt utilizate în convertoarele DC-DC pentru a regla nivelurile de tensiune în interiorul vehiculului, asigurând o distribuție eficientă a energiei [2].
Adoptarea SIC în EVS are ca rezultat intervale de conducere mai lungi, perioade de încărcare mai rapide și îmbunătățirea performanței generale a vehiculului [2].
Carbura de siliciu joacă un rol crucial în îmbunătățirea eficienței și fiabilității sistemelor de energie regenerabilă [2].
- Invertoare solare: SIC este utilizat în invertoare solare pentru a converti alimentarea cu curent continuu de la panouri solare la curent alternativ pentru integrarea rețelei. Eficiența sa ridicată și funcționarea la temperaturi ridicate reduc pierderile de energie și îmbunătățesc performanța sistemului [2].
-Turbine eoliene: SIC este utilizat în convertoarele de energie a turbinei eoliene pentru a converti eficient puterea de curent alternativă de frecvență variabilă în puterea de curent alternativ compatibil cu rețeaua. Dispozitivele SIC permit modele de convertoare mai compacte și mai fiabile [2].
- Sisteme de stocare a energiei: SIC este utilizat în sistemele de stocare a energiei pentru a gestiona eficient fluxul de energie între baterii și rețea. Capacitățile sale de manipulare de mare putere și viteza de comutare rapidă îmbunătățesc receptivitatea sistemului [2].
Utilizarea SIC în sistemele de energie regenerabilă contribuie la randamente mai mari de energie, la costurile de operare reduse și la stabilitatea îmbunătățită a rețelei [2].
Carbura de siliciu este utilizată pe scară largă în diferite aplicații industriale, datorită robustetei, stabilității la temperaturi ridicate și inerției chimice [5].
- Surse de alimentare: SIC este utilizat în sursele de alimentare pentru echipamente industriale, oferind eficiență ridicată, densitate de putere ridicată și fiabilitate îmbunătățită [2].
- Controlul motorului: SIC este utilizat în sistemele de control al motorului pentru a îmbunătăți eficiența energetică și pentru a reduce dimensiunea motorului. Vitezele sale de comutare rapidă și pierderile mici permit un control precis al motorului [2].
-Cuptoare cu temperaturi ridicate: Elemente de încălzire SIC sunt utilizate în cuptoarele cu temperaturi înalte pentru diverse procese industriale, oferind o stabilitate termică excelentă și o durată de viață lungă [5].
- Procesare chimică: SIC este utilizat în echipamentele de procesare chimică datorită rezistenței sale la coroziunea chimică și stabilitatea la temperaturi ridicate [5].
Carbura de siliciu și siliciu sunt cele două materiale semiconductoare cele mai utilizate. Cu toate acestea, SIC oferă mai multe avantaje față de siliciu în aplicații de înaltă putere, la temperatură ridicată și de înaltă frecvență [2].
| Caracteristici carbură de | siliciu din siliciu (SI) | (SIC) |
|---|---|---|
| Bandgap Energy | 1.1 eV | 3.26 eV |
| Câmp de defalcare | 0,3 mV/cm | 2,8 mV/cm |
| Conductivitate termică | 1,5 w/cm · k | 4,9 w/cm · k |
| Mobilitate electronică | 1400 cm²/v · s | 900 cm²/v · s |
| Max. Temp de funcționare. | 150 ° C. | 400 ° C sau mai mare |
| Frecvența de comutare | Mai jos | Superior |
| Aplicații | Electronică generală, putere mică | EV-uri de mare putere, de înaltă frecvență, EV, |
- Energie de bandă mai mare: SIC are un bandgap mai larg decât siliciul, permițându -i să funcționeze la temperaturi și tensiuni mai ridicate [2].
- Câmp de defalcare mai mare: SIC are un câmp de defecțiune mai mare, ceea ce îi permite să reziste la câmpuri electrice mai mari, fără a se descompune [2].
- Conductivitate termică mai mare: SIC are o conductivitate termică mai mare, permițându -i să disipeze căldura mai eficient [2].
- Frecvența de comutare mai mare: Dispozitivele SIC pot comuta la frecvențe mai mari, reducând pierderile de comutare și îmbunătățirea eficienței [3].
În timp ce siliciul este mai ieftin și are o mobilitate mai mare de electroni, proprietățile superioare ale carburii de siliciu o fac materialul preferat pentru aplicații solicitante [2].
În concluzie, carbura de siliciu este într -adevăr un material scump datorită unei combinații de factori, inclusiv costuri de materii prime, procese de fabricație complexe, volume de producție limitate, cerere mare de piață și cerințe stricte de calitate. În ciuda costurilor sale ridicate, performanța superioară a carburii de siliciu în aplicații de înaltă putere, la temperatură ridicată și de înaltă frecvență îl fac un material valoros în sectoare precum automobile, energie regenerabilă și electronice industriale. Pe măsură ce progresele tehnologice și volumele de producție cresc, costul carburii de siliciu poate scădea, ceea ce îl face mai accesibil pentru o gamă mai largă de aplicații.
Carbura de siliciu este mai scumpă decât siliciul din cauza mai multor factori:
- Fabricare complexă: Producția de SIC implică procese complexe și intensive din punct de vedere energetic, cum ar fi procesul Acheson și tehnicile de creștere a cristalelor, care sunt mai provocatoare și costisitoare decât producția de siliciu [3] [7].
- Puritatea materiei prime: Materiile prime de înaltă puritate sunt necesare pentru producția de SIC, creșterea costurilor [7].
- Volumul de producție limitat: Volumul de producție al SIC este mai mic decât cel al siliciului, ceea ce duce la mai puține economii de scară [1].
- Cerere mare: Cererea puternică din partea unor sectoare precum vehicule electrice și energie regenerabilă crește prețul [2].
Carbura de siliciu este utilizată într -o varietate de aplicații datorită proprietăților sale unice:
- Abrazivi: utilizat în roți de măcinare, unelte de tăiere și șmirghel datorită durității sale ridicate [5] [8].
- Automotivă: utilizat în discuri de frână ceramice de înaltă performanță, filtre de particule diesel și electronice de alimentare pentru vehicule electrice [5] [2].
-Electronice: utilizate în dispozitive de înaltă putere, de înaltă frecvență, cum ar fi MOSFETS și Diode [3].
- Industrial: utilizat în creuzețe pentru topirea metalului, suporturile de catalizator și cuptoarele cu temperaturi ridicate [5].
- Energie regenerabilă: utilizată în invertoarele de energie pentru sistemele de energie solară și eoliană [2].
Costul componentelor din carbură de siliciu, cum ar fi invertoarele de energie și încărcătoarele de bord, contribuie la prețul general al vehiculelor electrice [2]. În timp ce SIC oferă performanțe și eficiență îmbunătățite, costul său mai mare poate crește prețul EV-urilor în comparație cu utilizarea componentelor bazate pe siliciu [3]. Pe măsură ce volumul de producție de SIC crește și procesele de fabricație se îmbunătățesc, costul componentelor SIC este de așteptat să scadă, ceea ce ar putea duce la EV -uri mai accesibile [1].
Carbide de siliciu oferă mai multe avantaje față de siliciu în aplicații electronice electronice:
- Eficiență mai mare: dispozitivele SIC au pierderi de comutare mai mici și eficiență mai mare, reducând consumul de energie [2].
- Funcționare la temperatură mai ridicată: SIC poate funcționa la temperaturi mai ridicate, simplificând cerințele de răcire [2].
- Capacitate de tensiune mai mare: SIC poate rezista la tensiuni mai mari, ceea ce o face potrivită pentru aplicații de mare putere [2].
- Frecvența de comutare mai mare: Dispozitivele SIC pot comuta la frecvențe mai mari, permițând proiecte mai mici și mai ușoare [3].
Aceste avantaje duc la o performanță îmbunătățită, o densitate mai mare a puterii și o fiabilitate mai bună a sistemelor electronice de putere [2].
Prețul carburii de siliciu este de așteptat să scadă în viitor din cauza mai multor factori:
- Creșterea capacității de producție: Investițiile în extinderea capacității de producție SIC vor crește oferta, potențial scăzând prețurile [1].
- Progresele tehnologice: inovațiile în creșterea cristalelor, prelucrarea wafer -ului și fabricarea dispozitivelor vor îmbunătăți eficiența și vor reduce costurile [3].
- Economii de scară: Pe măsură ce cererea pentru SIC crește, economiile de scară vor duce la scăderea costurilor pe unitate [1].
- Concurență: Concurența sporită între producătorii de SIC va reduce prețurile [4].
Se preconizează că acești factori vor face ca carbura de siliciu să fie mai accesibilă pentru o gamă mai largă de aplicații [2].
[1] https://hsachn.com/blog/silicon-carbide-price-tend.html
[2] https://www.wolfspeed.com/applications/
[3] https://thundersaidergy.com/downloads/silicon-carbide-production-costs/
[4] https://greensiliconcarbide.com/silicon-carbide-grit-price/
[5] https://en.wikipedia.org/wiki/silicon_carbide
[6] https://www.edn.com/silicon-carbides-wafer-cost-conundrum-and-the-way-forward/
[7] https://www.silicon-carbides.com/blog/silicon-carbide-cost-per-kg-understanding-the-factors-afecting-the-price.html
[8] https://www.preciseceramic.com/blog/what-are-the-uses-of-silicon-carbide.html
