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随着社会的发展和科学技术的进步,电子设备和仪器越来越趋向精密化、小型化和高性能化,而效能提升随即带来对导热散热的高需求.其中,碳化硅(SiC)由于具有良好的耐磨性、高温力学性、抗氧化性、宽带隙等特性,在半导体、核能、国防及空间技术等高科技领域具有广阔的应用前景.碳化硅具有的高导热系数奠定了其在第三代半导体材料中的地位,促进了其在新一代芯片技术和导热散热技术领域的推广应用.

电子器件在工作时,不可避免地会产生热量,电子器件的工作效率会因其工作温度的升高而下降,如不及时解决其散热问题,将导致电子器件无法高效工作,甚至损坏.在以5G通信为代表的新一代信息技术中,相比以往成倍增长的高密度热流的散热问题愈加突出.碳化硅材料具有优异的导热性能,在非导电材料中已属佼佼者.在以碳化硅为基底开发的新一代大功率高密度器件中,将不仅可以利用碳化硅的高导热性,还可以充分发挥其优异的热稳定性和耐腐蚀性等.在半导体器件的基底材料、高导热陶瓷材料、半导体加工的加热器和加热板、核燃料的胶囊材料以及压缩机泵的气密封环中,都可以看到碳化硅导热性能的应用.

碳化硅是第三代半导体产业的重要基础材料,以它为核的功率器件耐高压、耐高温、低损耗,满足高效率、小型化和轻量化要求,在新能源汽车、光伏发电、轨道交通、智能电网等领域具有明显优势.是目前综合性能最好、商品化程度较高、技术最为成熟的第三代半导体材料.

高温应用领域

碳化硅陶瓷具有的高温强度高、耐高压、高温蠕动性小等优点,能适应各种高温环境.例如,碳化硅横梁,适用于工业窑炉中的承重结构架,它高温力学性能优异,抗高温蠕变性好,长期使用不弯曲变形.碳化硅棍棒用于高温烧成带,具有良好的导热性能,节约能源的同时不增加窑车重量.碳化硅冷风管用于窑的降温带,耐急冷热性能好,其使用寿命是不锈钢管或氧化铝等耐火材料的5~10倍.另外,由于碳化硅陶瓷突出的高温强度、优良的抗高温抗蠕变能力以及抗热震性,使其成为火箭、飞机、汽车发动机和燃汽轮机中热机部件的主要材料之一,通用汽车公司研制的AGT100车用陶瓷燃气轮机就采用碳化硅陶瓷用作燃烧室环、燃烧室筒体、导向叶片和涡轮转子等高温部件.

加热与热交换工业领域

碳化硅陶瓷具有的低热膨胀系数、高导热率、抗热冲击性,可广泛应用于加热与热交换工业领域.例如,碳化硅喷火嘴,其高热导率结合其低热膨胀,抗热震性远优于碳化钨,耐高温,耐极冷极热,使用温度大于1400 ℃,还可被加工成各种形状,适用于明火直接加热和辐射管间接加热系统的工业窑炉中.在通常情况下,工业窑炉中释放的气体不仅温度高而且有腐蚀性,这就要求热交换器同时具有耐高温、耐腐蚀和抗热震性,可承受大的热应力.碳化硅换热器则满足了这一需求,换热器内部分为空气通道和烟气通道,能有效地进行烟气回收,具有超强的耐磨性和完全的不渗透性,允许介质以高速通过,且热交换率高,是一种理想的节能装置.碳化硅辐射管,用于辐射管间接加热系统,良好的热传导性能可以极大提高散热效果,显着节约能源,同时使得整个加热系统的运行寿命增加,有效降低维护成本.

碳化硅可用于新一代发光二极管(LED)的基底材料、大功率电力电子材料.

碳化硅运用于新能源汽车的快速充电技术.现在开发的快速充电桩使用碳化硅半导体材料,可以大大提高设备的充电效率、降低使用成本,整套装置的投资更少,收益更高.电动车逆变器也是碳化硅功率器件最主要的市场,相同功率下碳化硅模块封装尺寸更小,损耗更低.碳化硅功率器件成为提升电动车延长行驶里程、缩短充电时间、增大电池容量的重要手段.

碳化硅还是一种可以应用在微波通讯上的关键材料.微波通讯采用的功率器件需要满足高频和大功率,耐高温的要求,是军用雷达系统的核心部件.

在陶瓷吸波材料中,碳化硅是制作多波段吸波材料的主要组分,有可能实现轻质、薄层、宽频带和多频段吸收的可能,应用前景广阔.在众多的雷达波吸波剂中,碳化硅具有耐高温、相对密度小、韧性好、强度大、电阻率高等特点,同时吸波性能好,能减弱发动机红外信号.

军事隐身领域是吸波材料最重要的应用领域.随着军事高新技术的飞速发展,世界各国防御体系的探测、跟踪、攻击能力越来越强,陆、海、空各兵种地面军事目标的生存能力以及武器系统的突防能力日益受到严重威胁.目前,吸波材料已被广泛应用在飞机隐身、舰船隐身飞行导弹隐身以及坦克隐身等领域.

民用领域成为吸波材料新的应用

微波暗室材料

微波暗室材料,把碳系导电材料或铁氧体材料制成棱锥形或楔形,可用于建筑无反 射的微波暗室,来替代开阔场地以进行电磁干扰性能的测试.

电磁防护材料

电磁防护材料,可以把吸波材料用在手机、电视、计算机、服装等上面,以减少电 磁波辐射对人体的伤害.

建筑吸波材料

建筑吸波材料,把具有吸波功能的混凝土材料用于建筑行业,以减少高大建筑物的 电波反射作用,提高广播、电视播放质量.

微电机及其他电子设备应用

把吸波材料用在微电机及其他电子设备上,以减少电磁干扰引起的电子电器失误.