高品质碳化硅陶瓷

p style=" text-align: justify " & nbsp & nbsp 碳化硅（SiC）陶瓷具有耐高温、耐磨损、耐腐蚀、耐辐照、抗氧化、热膨胀率小和热导率高等优异的综合性能，在航空航天、核电、高速机车、武器装备等关键领域具有重要的应用价值。SiC陶瓷因其极高的热稳定性和强度，成型加工困难。 /p p style=" text-align: justify " & nbsp & nbsp 目前，国际上陶瓷材料的制备主要采用传统的粉末成型方法，包括微粉制备、成型（压延、挤塑、干压、等静压、浇注、注射等方式）、烧结（热压烧结、反应烧结、常压烧结、气氛压烧结、热等静压烧结、放电等离子体烧结等方式）、加工等过程。最近30年，陶瓷材料新型制备工艺层出不穷，在各个环节上均有所突破，但仍存在局限性，制备温度高（虽然添加烧结助剂可降低烧结温度，但烧结助剂又会影响陶瓷的性能）、不易获得均匀的化学成分与微观结构、难以进行精加工以及陶瓷材料高脆性难以解决等问题。 /p p style=" text-align: justify " & nbsp & nbsp 先进的陶瓷制备技术必须在原料制备、成型、烧结等方面有所突破。自1975年Yajima等利用聚碳硅烷制备出SiC陶瓷纤维后，先驱体转化陶瓷技术进入人们的视野。根据BCC Research调查报告，2017年全球陶瓷先驱体市场为4.376亿美元（其中，SiC陶瓷先驱体占40.4%市场份额），预计到2022年将达到7.124亿美元，年均增长10.2%。所谓先驱体转化陶瓷是首先通过化学合成方法制得可经高温热解转化为陶瓷材料的聚合物，经成型后，再通过高温转化获得陶瓷材料。其具有诸多优点：分子的可设计性：可通过分子设计对先驱体化学组成与结构进行设计和优化，进而实现对陶瓷组成、结构与性能的调控；良好的工艺性：陶瓷先驱体属于有机高分子，继承了高分子加工性好的优点，例如可溶解浸渍、可纺丝、可模塑成型、可发泡、可3D打印等，因此能用于制备传统粉末烧结工艺难以获得的低维材料和复杂构型，例如陶瓷纤维、陶瓷薄膜、复杂立体构件等；可低温陶瓷化，无需引入烧结助剂；可制备三元和多元共价键化合物陶瓷；可获得纤维增韧的陶瓷材料，从而解决陶瓷材料高脆性问题。 /p p style=" text-align: justify " & nbsp & nbsp 先驱体转化陶瓷技术可以灵活控制和改善陶瓷材料的化学结构、相组成、原子分布和微结构等，具有传统陶瓷制备技术无法比拟的优势。以先驱体转化法制备陶瓷材料，其关键之处在于能否制备出合适的先驱体，这直接决定了是否能成功制备出优异性能的陶瓷材料。目前成功开发并应用的SiC陶瓷先驱体主要是固态聚碳硅烷（PCS）。但PCS作为SiC陶瓷先驱体仍存在不足，如PCS中C/Si为2，其热解产物富碳，最终影响SiC陶瓷的性能；PCS陶瓷产率较低；其在室温下为固体，用于形成复合材料中陶瓷基体时，浸渍过程中需要二甲苯、四氢呋喃等溶剂，而在裂解之前又需要蒸发这些溶剂，导致制备周期长和工艺繁琐等。 /p p style=" text-align: justify " & nbsp & nbsp 近日，中国科学院宁波材料技术与工程研究所核能材料工程实验室经过研究，制备出一种流动性好（复数粘度0.01～0.2Pa· S）、存储时间长（＞6个月）、氧含量低（～0.1 wt%）、陶瓷产率高（1600℃陶瓷产率达～79wt%）、陶瓷产物中C/Si为～1.1，且1500℃静态氧化后质量变化小于3%的液态超支化聚碳硅烷（LHBPCS）。样品品质获得多个应用单位的肯定。此外，该研究团队在LHBPCS固化交联机理上也有深入研究，能够实现其光固化成型和低温热固化成型，凝胶化时间仅数分钟，且结构致密无泡孔。 /p p style=" text-align: justify " & nbsp & nbsp 相关研究成果发表在J. Eur. Ceram. Soc.、Adv. Appl. Ceram.、J. Am. Ceram. Soc.等期刊上。相关研究得到了国家自然科学基金重大研究计划、中科院重点部署项目等的资助。 /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201808/insimg/9ac36bf1-5a4d-425e-8eea-cf053400b28a.jpg" title=" 45194.jpg" / /p p style=" text-align: center " 图1.制备的LHBPCS及交联固化与烧结后致密形貌 /p p /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201808/insimg/27cabeb1-60bb-4654-a4ce-51691bd77624.jpg" title=" 13639.jpg" / /p p style=" text-align: center " 图2.制备的LHBPCS在不同热引发剂（TBPB）含量下交联速率变化 /p p br/ /p

碳和硅的原子序数分别为6和14，在元素周期表中处于碳族元素的第二和第三周期，即上下相邻的位置。这种位置关系，表明它们在某些方面具有类似的性质。碳元素在我们的生活中无处不在，含碳化合物是生命的物质基础。硅也在地壳中的含量巨大，尤其是它在半导体和现代通讯业中的应用，推动了人类文明的发展。在化学的世界里，碳和硅是同一族的亲兄弟；在我们生活的地球上，他们共存了数十亿年，却没有结成生死与共的牢固友谊，自然界中的碳化硅矿石十分罕见。1824年，瑞典科学家Jons Jakob Berzelius在合成金刚石时观察到碳化硅（SiC）的存在，就此拉开了人类对于碳化硅材料研究的序幕。直到1891年，美国人E.G. Acheson在做电熔金刚石实验时，偶然得到了碳化硅。当时误认为是金刚石的混合体，故取名金刚砂。1893年，Acheson研究出来了工业冶炼碳化硅的方法，也就是大家常说的艾奇逊炉，并一直沿用至今。这种方法是同以碳质材料为炉芯体的电阻炉，通电加热石英SiO2和碳的混合物生成碳化硅。C和Si同族两兄弟强强联手，使得碳化硅这种材料拥有许多优异的化学和物理特性：优越的化学惰性、高硬度、高强度、较低的热膨胀系数以及高导热率，同时它还是一种半导体。纯碳化硅是无色透明的晶体。工业碳化硅因所含杂质的种类和含量不同，而呈浅黄、绿、蓝乃至黑色，透明度随其纯度不同而异。碳化硅晶体结构分为六方或菱面体的 α-SiC和立方体的β-SiC（称立方碳化硅)。α-SiC由于其晶体结构中碳和硅原子的堆垛序列不同而构成许多不同变体，已发现70余种。中国碳化硅与世界先进水平的差距主要集中在四个方面：一是在生产过程中很少使用大型机械设备，很多工序依靠人力完成，人均碳化硅产量较低；二是在碳化硅深加工产品上，对粒度砂和微粉产品的质量管理不够精细，产品质量的稳定性不够；三是某些尖端产品的性能指标与发达国家同类产品相比有一定差距；四是冶炼过程中一氧化碳直接排放。碳化硅的制品之一的碳化硅陶瓷具有的高硬度、高耐腐蚀性以及较高的高温强度等特点，这使得碳化硅陶瓷得到了广泛的应用。如今，碳化硅的应用已从最早期的磨料，发展到轴承、半导体、航空航天和化学等多个领域。微反应器由于化学品和微通道内壁超高的接触表面积，对内壁材质的要求非常严苛。微通道反应器也成为了碳化硅的一个重要应用。究竟什么样的碳化硅适用于制造微通道反应器吗？从表1的数据可以看出，在40%浓度氢氟酸的腐蚀下，康宁UniGrain™ 碳化硅的抗腐蚀性比市场上供应的碳化硅好300倍。在30%浓度氢氧化钠的条件下，康宁碳化硅的抗腐蚀性也明显优与市场上供应的碳化硅。哈氏合金是一种被大家所熟知、具有良好抗腐蚀性和热稳定性的材料。那我们的Unigrain™ 碳化硅与这种超抗腐蚀材料相比，是否能更胜一筹呢？通过表2中数据可以看出，Unigrain™ 碳化硅在40%HF、220℃条件下的年腐蚀量远远小于哈氏合金HC-2000，HC-22, HC-276，Inconel 625在20%HF、52℃条件下的年腐蚀量。二、高纯度 - 材料的均匀性微反应器通道尺寸小，如何保证通道无死区，物料无残留呢？一方面与微反应器通道的设计有关，另一方面与反应器材质有关。用扫描电镜SEM对 Corning® UniGrain™ 碳化硅进行了材料微结构分析。结果显示，UniGrain™ 碳化硅烧结粒度很小，在 5 ~ 20 μm之间，并且结构致密且均匀。因此反应通道表面平滑，确保了反应的稳定性。通过下列电镜对比图，很容易发现，市场上的碳化硅烧结粒度和微结构均匀度与UniGrain™ 碳化硅有明显的差异。三、耐冷热冲击为了适应化学反应中不断出现的高温或低温条件，微通道反应器材料还需要具有高度耐冷热冲击的性能。康宁UniGrain™ 碳化硅拥有超4x10-6/oC的低热膨胀系数, 确保了反应器能抵抗反应带来的大量冷热冲击。做好反应器，材料是根本！碳化硅有70多种晶型，康宁UniGrain™ 碳化硅和普通碳化硅不一样；就像康宁锅和其它玻璃锅不一样；康宁大猩猩盖板玻璃和其它玻璃不一样。除了上诉的三点以外，UniGrain™ 碳化硅还拥有110~180 W/m.K（常温）超高导热性，15MPa超高模块暴裂压力。并且它没有周期性疲劳，使用寿命长达20年以上。 四、康宁专利结构设计康宁微通道反应器采用模块化结构：独特“三明治”多层结构设计 集“混合/反应”和“换热”于一体，精准控制流体流动分布，极大地提升了单位物料的反应换热面积 （1000倍）。专利的“心型”通道结构设计，高度强化非均相混合系列，提高混合/传质效率 （100 倍)。康宁以客户需求为导向，提供从入门教学 、工艺研发 –到工业化生产全周期解决方案。康宁反应器技术知识产权声明康宁致力于向客户提供业内领先的产品和服务，并持续投入反应器技术的研发。康宁拥有一系列覆盖全球的反应器技术专利，截止至2019年3月5日，康宁在全球范围内共申请相关专利224项，已授权157项，其中中国授权专利34项。制造或销售康宁专利所覆盖的产品或使用康宁专利所保护的工艺需获得康宁授权。未经授权擅自使用康宁专利即构成侵权。康宁对侵犯知识产权的行为零容忍，将采取一切必要的手段保护其知识产权。 五、全周期解决方案• 康宁碳化硅反应器能处理所有化学体系包括氢氟酸和高温强碱体系，超高的混合，反应，换热性能；• 可针对研发平台的需求，调整模块数量，灵活拆分组合来实现不同工艺路线；• 可根据项目需要，与G1玻璃反应器组合使用，使得装置好用而且“看得见”；• 适用于工艺快速筛选、工艺优化和小吨位批量合成生产；• 国内已有相当多企业建立了数百套多功能平台和数十套工业化装置。每一台康宁微通道反应器，都凝聚着康宁科学家160多年对材料科学和工艺制造的专业知识和宝贵经验！

天眼查信息显示，深圳铭创智能装备有限公司（以下简称：铭创智能）近期完成B+轮融资，融资金额未披露，投资方为明德投资。这是继2023年4月完成B轮融资后，铭创智能完成的新一轮融资。自2019年12月成立至今，铭创智能已相继完成4轮融资，分别是2019年12月的天使轮、2021年7月的A轮、2023年4月的B轮以及今年7月的B+轮融资，投资方包括铭普光磁、中投德勤投资、深圳高新投、深圳小禾投资等机构。官网资料显示，铭创智能聚焦于面板、消费类电子、锂电、半导体等行业的精密微加工和自动化解决方案，主要研究TFT-LCD、OLED、蓝宝石、玻璃、陶瓷、硅、碳化硅等材料的加工工艺和智能装备解决方案，提供激光切割、激光雕刻、激光微加工解决方案和配套自动化产品。作为一家设备厂商，铭创智能业务涉及碳化硅领域，而近期在碳化硅设备细分领域投融资十分火热，多家碳化硅设备相关厂商相继完成新一轮融资，其中包括优睿谱和驿天诺。7月25日，优睿谱宣布其于近日完成新一轮数千万元融资，本轮融资由君子兰资本领投，境成资本、琢石投资、南通海鸿金粟等跟投。这是继2023年12月的A+轮融资后，优睿谱完成的又一轮融资。截至目前，成立于2021年9月的优睿谱已相继完成5轮融资。优睿谱表示，本轮融资将用于晶圆边缘检测设备SICE200、晶圆电阻率量测设备SICV200、晶圆位错及微管检测设备SICD200、多种半导体材料膜厚测量设备Eos200DSR等多款设备的量产，新布局产品的研发以及团队的扩充。与此同时，驿天诺宣布完成数千万元Pre-A轮融资，由武创华工基金领投，中国信科天使基金、泽森资本、光谷产投、白云边科投等跟投。 驿天诺专注于硅光&第三代半导体封测设备，是国内较早开发硅光和第三代半导体自动化封测装备的公司，其产品对标美国FormFactor等龙头厂商，实现了硅光和第三代半导体测试和封装装备的进口替代。相关厂商持续完成融资，有助于加速碳化硅相关设备国产替代进程。