Основным синтетическим сырьем для керамики из карбида кремния являются кварцевый песок и нефтяной кокс. Процесс производства керамики из карбида кремния в основном включает четыре типа: реакционное спекание, спекание без давления, спекание с горячим прессованием и рекристаллизационное спекание. Среди них реакционное спекание занимает наибольшую долю рынка, спекание без давления обеспечивает превосходную производительность, спекание с горячим прессованием является более дорогостоящим, а рекристаллизационное спекание используется для производства пористых материалов. Керамику из карбида кремния можно разделить на инженерную керамику и функциональную керамику, и она широко используется в специализированных областях, включая традиционные огнеупорные материалы, литиевые батареи, механические уплотнительные кольца, теплообменники, аэрокосмическую промышленность и другие высокотехнологичные приложения. Рыночный спрос на пуленепробиваемый карбид кремния быстро растет. Размер рынка роликов, используемых в печах для спекания новых энергетических батарей, значителен, и рынок теплообменных трубок также быстро расширяется.
Сырье, производственные процессы и рыночные характеристики керамики на основе карбида кремния
Основным синтетическим сырьем для карбида кремния являются кварцевый песок и нефтяной кокс, а мировые производственные мощности сосредоточены в Китае. Процесс производства керамики из карбида кремния подразделяется на рекристаллизационное спекание, реакционное спекание и спекание без давления. Среди них наибольшую долю рынка занимает реакционно-спеченный карбид кремния. Он подходит для мокрого формования и позволяет изготавливать сложные по форме компоненты, хотя его устойчивость к высоким температурам, прочность и износостойкость относительно низкие. Производство этих продуктов сопряжено с высокими техническими барьерами и является наиболее прибыльным сегментом промышленности карбида кремния. Карбид кремния не имеет точки плавления; он напрямую переходит из твердого в газообразное состояние, не расплавляясь.
1. Источник сырья:
Основным источником карбида кремния является искусственный синтез. В Китае сырьем для синтеза карбида кремния в основном являются кварцевый песок и нефтяной кокс, а производственные мощности в основном сосредоточены в северо-западных регионах, таких как Нинся, Ганьсу и Синьцзян. Природное наличие карбида кремния минимально, поэтому большая его часть производится синтетическим путем. Процесс плавки потребляет значительное количество энергии и вызывает загрязнение окружающей среды. Плавильные предприятия, как правило, имеют крупные масштабы, а порог входа в отрасль высок. Кварцевый песок, как правило, добывается на месте, а нефтяной кокс поставляется химическими предприятиями.
2. Методы обработки керамики:
Процесс производства керамики из карбида кремния делится на рекристаллизационное спекание, реакционное спекание и спекание без давления. Реакционно-спеченный карбид кремния занимает наибольшую долю рынка и подходит для мокрого формования. Он может производить детали сложной формы с плотностью менее 3,05 г/см³, хотя его термостойкость, прочность и износостойкость относительно низкие. Для спекания без давления требуется мельчайший размер частиц порошка, обычно около 0,5–0,6 мкм. При рекристаллизационном спекании мелкие частицы карбида кремния нагреваются до газификации, после чего более крупные частицы связываются. На практике три метода спекания часто пересекаются.
3. Карбид кремния
Карбид кремния не имеет точки плавления, а его физические состояния — твердое и газообразное, расплавленной фазы нет. Он имеет высокую твердость, что затрудняет его измельчение после дробления. После того, как большие блоки карбида кремния разбиваются, полученный материал называют песком. Компании, занимающиеся микропорошками, обычно покупают этот песок у производителей, работающих выше по течению, измельчают его, а затем продают продукт в соответствии с классификация. Эти микропорошки далее продаются производителям последующих этапов. Чистота исходного блока карбида кремния оказывает значительное влияние на качество микропорошка. На более поздних этапах обработки блоки необходимо обработать кислотой для удаления примесей, таких как свободный углерод, непрореагировавший кремний и железо.
4. Готовая продукция
Технические барьеры в производстве продукции высоки, особенно в процессах сортировки и спекания. Готовые изделия представляют собой наиболее прибыльный сегмент промышленности карбида кремния. Они широко используются в таких областях, как жаропрочная печная фурнитура, механические уплотнения и другие высокотемпературные компоненты. Изделия, спеченные рекристаллизацией, пористые и имеют низкую механическую прочность. Они в основном используются в печной фурнитуре и других жаропрочных материалах, не требующих высокой прочности. Пуленепробиваемый карбид кремния быстро развивается, причем основной спрос исходит от европейских стран, пострадавших от российско-украинской войны. Трубы из карбида кремния, спеченные без давления, используются в теплообменных приложениях и постепенно заменяют обычные теплообменные материалы.
Процесс реакционного спекания включает формирование пористой заготовки с использованием карбида кремния и углерода с последующей инфильтрацией элементарного кремния при высокой температуре. Кремний реагирует с углеродом, образуя дополнительный карбид кремния, в то время как оставшиеся поры заполняются непрореагировавшим кремнием. Конечный продукт представляет собой композитный материал, состоящий из исходного карбида кремния, вновь образованного карбида кремния и приблизительно 10% элементарного кремния. Реакционно-спеченный карбид кремния занимает наибольшую долю рынка, подходит для мокрого формования, может производить сложные по форме компоненты и имеет плотность менее 3,05 г/см³. Однако его устойчивость к высоким температурам, механическая прочность и износостойкость относительно низкие.
Сырье, используемое для реакционного спекания, грубое, а процесс требует более низкой температуры реакции, что приводит к снижению производственных затрат. Рекристаллизационное спекание дает высокопористые материалы, тогда как реакционное спекание дает плотные материалы с минимальной пористостью. Последующая обработка микропорошков имеет низкий технический порог и представляет собой сегмент с низкой добавленной стоимостью. Среди плавильных предприятий Pingmei имеет большую долю рынка и работает по всей цепочке создания стоимости — от исходных блоков до микропорошков и керамики. В настоящее время мощности по производству карбида кремния достаточны для удовлетворения рыночного спроса, а поставки сырья остаются относительно стабильными.
Сегментация рынка и сфера применения керамики на основе карбида кремния
Спрос на рынке на пуленепробиваемый карбид кремния быстро растет. Рынок роликов в новых печах для спекания батарей энергии является значительным, а спрос на теплообменные трубки также переживает быстрый рост.
Рынок керамики на основе карбида кремния делится на четыре сегмента: реакционное спекание, спекание без давления, спекание горячим прессованием и рекристаллизационное спекание.
Реакционное спекание занимает самую большую долю рынка благодаря низкой себестоимости производства и в основном используется в традиционных огнеупорных изделиях и роликах при производстве литиевых батарей.
Спекание без давления более дорогой, но обеспечивает превосходные эксплуатационные характеристики и в основном используется в механических уплотнительных кольцах и теплообменниках.
Горячее прессование спекание обеспечивает наилучшую общую производительность, но имеет высокую стоимость и применяется в основном в специализированных областях, таких как аэрокосмическая промышленность.
Рекристаллизационное спекание производит пористые материалы с относительно низкими характеристиками и в основном используется в печной оснастке, нагревательных элементах, системах очистки выхлопных газов автомобилей, воспламенителях, форсунках и упаковочных субстратах.
1. Реакционное спекание
Реакционное спекание занимает наибольшую долю рынка керамики из карбида кремния. В основном оно используется в традиционных огнеупорных материалах и роликах для спекания литиевых батарей. Используемое сырье является грубым, а процесс работает при относительно низких температурах, что приводит к низким производственным затратам. Типичная цена продукта составляет около 40–50 CNY/кг. Однако производительность реакционно-спеченных материалов является умеренной, с ограниченной тепловой и механической стойкостью. Тем не менее, этот метод подходит для широкого спектра сценариев применения.
2. Спекание без давления
Спекание без давления — еще один ключевой сегмент рынка керамики из карбида кремния, в основном используемый в механических уплотнительных кольцах и теплообменных устройствах. Хотя стоимость выше, он обеспечивает лучшую износостойкость, термостойкость и механическую прочность по сравнению с реакционным спеканием. Для него требуется чрезвычайно мелкий порошок — обычно размером 0,5–0,6 микрон. Сырой корпус подвержен деформации во время спекания, а конечный продукт достигает плотности 98–99%. Спеченный без давления карбид кремния является основным материалом для механических уплотнительных колец, широко используемых в качестве подшипниковых втулок и в пуленепробиваемых изделиях.
3. Горячее прессование спеканием
Спекание горячим прессованием позволяет получить керамику из карбида кремния с наивысшими характеристиками, которая в основном используется в аэрокосмической промышленности и других высокотехнологичных приложениях. Несмотря на высокую стоимость, она обеспечивает исключительную твердость, износостойкость и термостойкость. Размер частиц сырья обычно составляет около 3,5 микрон, а материал уплотняется путем одновременного нагрева и прессования, достигая плотности более 99%. Однако она имеет плохую формуемость и, как правило, ограничивается производством плоских пластин. Из-за высокой стоимости и ограниченной способности к формованию размер рынка относительно невелик.
4. Рекристаллизационное спекание
Рекристаллизационное спекание в первую очередь производит пористые материалы с более низкими характеристиками и обычно используется в печной мебели, нагревательных элементах, обработке автомобильных выхлопных газов, воспламенителях, форсунках и упаковочных субстратах. Этот процесс требует меньше добавок и достигает высокой чистоты. Более крупные размеры частиц в исходных материалах улучшают термостойкость. В анаэробных условиях рекристаллизованные продукты могут выдерживать температуры свыше 2000 °C; реакционно-спеченные материалы могут выдерживать до 1400 °C в кислородсодержащих средах, в то время как спеченные без давления материалы могут достигать 1600 °C. Для огнеупорных материалов стойкость к тепловому удару имеет решающее значение, и пористые материалы, как правило, хорошо работают в этом аспекте.
5. Керамика из карбида кремния
Керамика из карбида кремния подразделяется на инженерную керамику и функциональную керамику. Инженерная керамика отдает приоритет механическим характеристикам, в то время как рекристаллизованный карбид кремния все чаще разрабатывается для функциональных керамических применений. Например, пористый карбид кремния обычно используется в керамических присосках при производстве микросхем.
6. Пуленепробиваемый карбид кремния
Спрос на пуленепробиваемый карбид кремния стремительно растет, в первую очередь за счет европейских стран, пострадавших от российско-украинской войны. Обычно производительность одного производственного объекта может достигать 1–2 тонн в день. Объем рынка роликов, используемых в печах спекания для производства новых энергетических батарей, оценивается в 1 млрд юаней при схожих производственных мощностях. Ролики служат структурными компонентами в этих производственных линиях.
7. Трубки из карбида кремния
Рынок теплообменных труб для керамики из карбида кремния быстро расширяется, хотя общий объем остается небольшим. Трубы из карбида кремния заменяют традиционные трубы из нержавеющей стали или графита из-за их превосходной коррозионной стойкости и износостойкости. Исторически основными рынками для керамики из карбида кремния были печные приспособления, механические уплотнения, подшипники и другие механические компоненты. Примерно 50% роста рынка за последние два года можно отнести к геополитическим факторам, таким как конфликт между Россией и Украиной, в то время как новые энергетические приложения внесли вклад в 30–40% роста.
Эпический порошок
В Эпический порошок Машины, на которых мы специализируемся струйная мельница Технология для поддержки производства высокопроизводительных материалов, таких как карбид кремния. Благодаря надежному оборудованию и технической экспертизе мы стремимся помогать нашим клиентам достигать постоянного качества и эффективности в каждом микроне.
