Сведения о материалах

We look forward to answering any questions or sharing additional information about our silicon carbide ceramic offerings and support services. Whether you’re exploring custom prototypes or scaling production for extreme industrial applications, our team is ready to guide you through the capabilities of this exceptional material.

Custom silicon carbide ceramic components

We customize every aspect to meet your precise requirements, from purity grades to dimensional tolerances. Below are examples from our previous projects, showcasing high-precision abrasives, refractory liners, semiconductor substrates, and grinding balls for mineral processing. Ready to design your custom parts? Contact us today—our engineers can collaborate on CAD models and rapid prototyping to accelerate your schedule.

A Comprehensive Guide to Silicon Carbide Ceramics

History of silicon carbide ceramics

The history of silicon carbide (SiC) ceramics begins in 1893, when American chemist Edward Goodrich Aitchson accidentally discovered it while attempting to synthesize diamonds by heating a mixture of sand and carbon to produce «carborandum»—the first commercial abrasive. Initially prized for its Mohs hardness of 9.5, SiC quickly revolutionized grinding and polishing by the early 1900s, surpassing natural abrasives like corundum. The 1920s marked its entry into refractories, with the Aitchson process, which enabled the mass production of furnace linings amid the steel boom.

After World War II, SiC’s potential as a semiconductor became apparent in the 1950s, with early diodes exploiting its wide bandgap (3.26 eV) for high-power electronics—pioneered by General Electric. The energy crisis of the 1970s accelerated its use in thermal engines, while advances in chemical vapor deposition (CVD) in the 1980s opened up pure crystals for LEDs and power devices. Biomedical applications grew in the 1990s for biocompatible coatings. Today, global production exceeds 1.5 million tons annually, fueled by electric vehicles (SiC MOSFETs), renewable energy (solar panel inverters), and 5G—evolving from an abrasive standard to a $5 billion powerhouse in harsh, high-performance applications.

Its polytypic structures—more than 200 α/β forms—have enabled bandgap tuning, from blue LEDs (Nobel Prize 1990) to 1200-volt electric vehicles, reflecting SiC’s shift from sand to «silicon’s rival.» The recent surge in demand for mineral/cement grinding media underscores its enduring abrasive heritage.

Understanding Silicon Carbide Ceramics

Silicon carbide (SiC) ceramics, a covalent compound of silicon and carbon, are a leading class of non-oxide materials renowned for their unmatched hardness, thermal/electrical conductivity, and resistance to oxidation, corrosion, and thermal shock up to 1600°C. With a density of ~3.2 g/cm³ (60% of steel) but a flexural strength of 400 MPa and an HV of 2100, SiC excels in abrasive, high-thermal, or electrochemical environments where metals degrade. Its hexagonal (α) or cubic (β) polygons allow for tuned band gaps (2.4–3.3 eV), ideal for semiconductors; the self-lubricating microstructure yields friction coefficients <0.2.

Its performance is based on strong Si-C bonds, providing a CTE of 3.5 x 10⁻⁶ K⁻¹ for composites without mismatches and a conductivity of 90–490 W/m K for radiators. Inert to acids and alkalis (except HF), it is indispensable for chemical pumps or armor. More expensive than aluminum oxide ($20–50/kg vs. $5–20), SiC’s 10–20 times the service life and efficiency gains (e.g., +30% range for electric vehicles) justify the premium, with processability aiding sustainability.

The black and green hues of SiC, free from impurities, offer aesthetic and functional versatility; it is non-toxic and FDA-compliant for medical and food contact. From Aitchson sand to Wolfspeed plates, SiC bridges the mechanical and electronic worlds, with grinding balls exemplifying its abrasive power in mineral processing.

Silicon carbide ceramic options

Silicon carbide ceramics are available in formulations tailored by synthesis and dopants for conductivity, purity, or transparency. Key differences include Black SiC, Green SiC, Reaction-Bonded SiC (RBSC), Sintered SiC (SSC), and CVD SiC. Each optimizes the phase (α/β) for its application. Breakdown:

Black silicon carbide (Black SiC)

Overview : Manufactured in an Eichson furnace at 2200-2500°C from petroleum coke/silica, 97-99% SiC with iron impurities.

Improvements : Economical ($10–20/kg), high viscosity (K_IC 4) for bulk abrasives; suitable for grinding balls in heavy mills.

Applications : Grinding wheels, refractories, wear tiles in mining/cement and SiC grinding balls for efficient ore grinding.

Преимущества керамики карбида кремния

Атрибуты SiC дают преимущества на жизненном цикле:

• Долговечность: Твердость дает 10–30-кратный срок в абразивах/шлифовальных шарах, простои -60% в мельницах.
• Адаптивность: От -50°C до 1600°C, для крио до плазмы в разнообразных областях.
• Легковесность: 60% стали, эффективность аэро +10%; шлифовальные шары снижают нагрузку мельницы.
• Минимальное обслуживание: Удар ΔT 600°C, без деформации в печах/огнеупорах.
• Экономическая ценность: Энергосбережение 40% в полупроводниках, быстрый ROI; шлифовальные шары снижают загрязнение.
• Экологическая безопасность: Низкие выбросы в ЭВ; перерабатываемая для зеленой горнодобычи.
• Надежная производительность: Усталость >10⁷ циклов; жесткая для прецизионной брони.
• Долговечность трения: Самосмазывающаяся μ<0,2, потери мощности -20% в соплах.
• Дружественность к организму: Остеоинтеграция 95%, низкий износ имплантов.
• Тепловая эффективность: Проводит в 5 раз лучше оксида алюминия, компактные радиаторы для светодиодов.
• Химическая инертность: Выдерживает коррозию без HF, vital для химнасосов.
• Универсальность запрещенной зоны: 3 эВ для синих светодиодов до 1200 В мощности в ЭВ.

Реальные применения керамики карбида кремния

SiC сияет в абразивных/электронных экстремумах, его твердость/проводимость незаменимы. Ниже расширенные топ-10:

Топ-10 применений в современных отраслях

1. Шлифовальные шары карбида кремния: Высокоплотные среды в шаровых мельницах, износ в 10 раз ниже стали, эффективность измельчения +25%.
2. Абразивы: Шлифовальные круги и наждачная бумага, удаление материала в 3 раза быстрее.
3. Огнеупоры: Футеровки печей, 1600°C ударостойкость.
4. Полупроводники: MOSFET/SiC пластины, эффективность ЭВ +30%, дальность +20%.
5. Броня: Плиты V50 >1200 м/с, легковесная защита.
6. Аэрокосмическое: Лопатки турбин/теплоэкраны при 1400°C.
7. Химические насосы: Клапаны/сопла, устойчивые к H₂SO₄/NaOH.
8. Медицинские импланты: Низкий износ <0,01 мм/год.
9. Энергонакопители: Аноды/конденсаторы с высокой плотностью.
10. Светодиоды: Подложки +50% эффективности, -40% стоимости.

Сектора применения

• Промышленное: Абразивы, огнеупоры, насосы, шлифовальные шары.
• Электроника: Диоды и транзисторы для 5G и ЭВ.
• Аэрокосмическое: Высокотемпературные экраны и компоненты.
• Медицина: Биосовместимые импланты.
• Энергия: Батареи и светодиоды для ВИЭ.

Сочетание характеристик SiC закрепляет его роль в высоких технологиях, рынок оценивается в $10 млрд к 2030 году.

Продвинутая керамика карбида кремния: Допированные и CVD варианты

Стандартный SiC непрозрачно черный/зеленый, однако CVD и допированные (N/B) варианты дают полупрозрачность в ИК.

• Проблемы: получение бездефектного роста.
• Методы: эпитаксия 4H-SiC.
• Применения: RF 5G, квантовые устройства.
• Перспективы: нано-SiC 600 Вт/м·К; композиты высокой плотности для ультратонкого помола.

Как изготавливаются компоненты из керамики карбида кремния?

Компоненты SiC формируются через порошковые и паровые способы для плотности >99%. Ниже рабочий поток:

1. Подготовка сырья

Смесь SiO₂/углерода или CVD-прекурсоры (SiH₄/C₃H₈). Для шлифовальных шаров — порошок <10 мкм.

2. Измельчение и смешивание

Аттритор до 1–5 мкм; добавляются связующие и допанты.

3. Методы формовки

• Сухая прессовка: для шаров при 200 МПа.
• Литье суспензий: для футеровок.
• CVD: для подложек на 1000°C.

4. Дебиндеризация

Удаление органики до 800°C.

5. Спекание

2000–2200°C, Ar; HP/RBSC; HIP для высокой плотности.

6. Завершающие операции

Алмазная шлифовка до Ra 0,01 мкм; сортировка шаров >99% сферичности.

7. Контроль качества

Рентген, ASTM изгиб, CMM.

8. Подготовка к поставке

Упаковка с сертификатами, масштабируемо до миллионов изделий в год.

Выход: 95%, ISO 9001.