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碳化硅半导体对实现节能降耗将起到重大作用

   2016-07-01 |2860
核心提示:碳化硅半导体产品在民用电力电子领域作为绿色器件对实现节能降耗将起到重大作用,可以为建立低碳清洁能源体系、高端装备制造业升级换代奠定了

碳化硅半导体产品在民用电力电子领域作为“绿色器件”对实现节能降耗将起到重大作用,可以为建立低碳清洁能源体系、高端装备制造业升级换代奠定了坚实基础。例如碳化硅功率器件用在新能源汽车、轨道电力机车、家电、智能电网、太阳能、风力发电、电压转换等领域,能耗可降低50%,系统体积减小75%;用在照明上可以节约能耗70%,寿命延长10倍。在中国电机消耗的电力约占整个电力消耗的60%,照明消耗的电力约占整个电力消耗的20%,在以上两个领域推广使用后即可降低能耗50%。

碳化硅半导体技术仅在电力电子、照明电子领域推广应用后每年可以为国家节约电力2.1万亿度,相当于20个三峡电站的年发电量,我们可以省掉大量的火力发电厂,综合减少碳排放超过22亿吨,为国家节能减排做出卓越贡献,也让我们看到了治理碳化硅废料的希望。

碳化硅半导体是近期国际研究的热点,2013年日本政府将碳化硅纳入了“首相战略”,认为未来50%的节能要通过它来实现,创造清洁能源的新时代。而今年年初,美国总统奥巴马也亲自主导成立了美国的碳化硅产业联盟。以碳化硅半导体为代表的第三代宽禁带半导体获得联邦和地方政府的合力支持,1.4亿美元的总支持额将用于提升美国在该新兴产业方面的国际竞争力。

“最近大热的新能源车型特斯拉大量采用碳化硅材料,代表了未来汽车发展趋势;日本三菱公司也在加紧研制碳化硅半导体的应用产品,”他举例道。中国在第一代、第二代半导体领域严重落后国外先进水平,每年进口2000亿美元的电子器件,难以实现突破赶超。

随着工业装备产业快速转型升级的发展,机械密封件需要向大尺寸、长寿命方向发展,同时要满足高温、高压、高速、强腐蚀等更为苛刻的工况条件。碳化硅陶瓷,是该领域的主要应用材料。纳米增强碳化硅陶瓷制备技术及其在机械密封中的应用”项目成功解决了这一难题。这个项目能够成功完成研发并实现产业化,是依靠产学研的紧密结合才得以实现的。没有企业提供的中试设备和研发投入,这项科研成果或许至今仍是陈列在实验室里的小样。

在经历6年的持续而反复的试验之后,团队终于研发出以纳米氮化钛为增强相,利用纳米增强、纳米分散、无压烧结等技术,制备出稳定性更好的高强度、高断裂韧性的纳米增强碳化硅陶瓷。经过比对,相较传统的碳化硅陶瓷密封件,加入纳米技术的产品性能数据提高了3至4成。这项技术的成功研发,最终获得了10项发明专利,形成了一套具有自主知识产权的制备技术。

依靠新技术的研发,一套年产60吨纳米复合碳化硅陶瓷密封件生产线于2011年在台州东新密封有限公司建成,实现了低成本工业化生产。生产的新型纳米增强碳化硅陶瓷密封件制品使用寿命长、尺寸大,颇受客户青睐。目前,企业已和国内400余家客户建立了销售网络,产品还远销欧洲、美洲、韩国、中国台湾、巴基斯坦、马来西亚等40多个国家和地区。企业不创新就不可能有发展。只有生产出别人做不出来的产品,才能在市场上站稳脚跟。公司近3年累计实现新增产值2.1亿元,新产品占企业总产值的55%。碳化硅陶瓷密封件的产量和销售量均居国内首位。只有不断创新,才能在市场上立于不败之地。现在,公司与浙江大学又开展了新一轮合作。

 
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