碳化硅陶瓷是从20世纪60年代开始发展起来的一种先进陶瓷材料,由于具备化学性能稳定、导热系数高、热膨胀系数小、密度小、耐磨性能好、硬度大、机械强度高、耐化学腐蚀等特性,在精细化工、半导体、冶金、国防军工等领域都有着广泛的应用。
值得关注的是,在近年发展得如火如荼的锂电池领域中,碳化硅陶瓷在其原料的制备环节上也同样发挥着重要作用,如:
1、磷酸铁锂正极材料的超细研磨
磷酸铁锂是目前广泛使用的锂电池正极材料之一。由于纳米粒子可减小锂离子嵌入脱出深度和行程,保证大电流放电时容量不衰减,因此“超细研磨”成为提高其使用性能的主要手段之一。
目前该工艺中*常用的设备就是砂磨机,利用碳化硅材料的特性完全可以让砂磨机更适用于磷酸铁锂的生产——如碳化硅内筒体,硬度高、耐磨、导热性好,可快速带走研磨腔内的热量,大大提高研磨的效率还降低能耗。
2、三元材料的高温烧结
正极材料一般需要在较高的温度下通过氧化物原料或前驱体反应制得,而快速加热和冷却过程中坩埚易出现开裂和剥落,因此需要耐高温且抗热冲击性好的器皿能盛装氧化物原料或前驱体材料。
而碳化硅陶瓷的耐高温、耐腐蚀以及高承重性,恰恰适用于三元材料的高温烧结工艺,可以很好的保障高温煅烧的稳定可靠。
除此之外,碳化硅陶瓷在光伏领域也是大有可为。如在单晶硅和多晶硅的合成工艺中,碳化硅陶瓷的耐冲击、耐磨损、耐高温特性,表面化学气相沉积后的高纯度保障了硅料的合成工艺;在硅片热处理和氧化工艺中,因碳化硅陶瓷具有耐高温承载能力及高纯度,能使制程处理温度提高,从而提高硅片的性能,因此晶舟、托架、悬臂桨等核心部件越来也成为重要的卡脖子部件。
显而易见,碳化硅陶瓷在锂电池、光伏等新能源材料制备中的应用是越来越广泛了。不过在一些大尺寸、复杂部件、高纯部件应用方面,国产材料还存在着明显的劣势,在高纯粉体、高纯处理工艺以及高纯装备方面,还需要进行深入的研究,距离产业化应用还有差距。
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