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先进陶瓷知识问答:碳化硅如何导电?压电陶瓷的应用看起来很杂很分散,有没有什么应用是用量比较大,国产化程度比较低的?

先进陶瓷知识问答:碳化硅如何导电?压电陶瓷的应用看起来很杂很分散,有没有什么应用是用量比较大,国产化程度比较低的? CERADIR先进陶瓷在线
2026-03-11
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导读:先进陶瓷材料问答知多少,都在CERADIR

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碳化硅如何导电?


碳化硅作为一种常见的工业磨料,严格讲是一种半导体材料,其电学性质属杂质导电性,电阻率在10^ˉ2~10^12Ω·㎝之间。

其导电性能随碳化硅晶体中引入杂质的种类和数量的不同而变化,碳化硅根据其含杂质不同,导电性能也不同。

在纯碳化硅的形式下,其行为类似于电绝缘体。通过受控添加杂质或掺杂剂,SiC 可以表现得像半导体。P型半导体可以通过掺杂铝、硼或镓来获得,而氮和磷的杂质则产生N型半导体。碳化硅在某些条件下具有导电能力,但在其他条件下不能导电,这取决于红外辐射、可见光和紫外线的电压或强度等因素。与其他材料不同,碳化硅能够在很宽的范围内控制器件制造所需的 P 型和 N 型区域。

其中对碳化硅导电性影响最大的杂质是铝,氮和硼,含铝较多的碳化硅导电性显著增大。碳化硅的导电性随电场强度的增大而迅速提高,且具有非线性变化的特点。碳化硅的电阻率随温度的变化而改变,但在一定的温度范围内与金属的电阻温度特性刚好相反,高纯度碳化硅会随着温度的升高而电阻率下降。


Q from @王振宇特气公司



压电陶瓷的应用看起来很杂很分散,有没有什么应用是用量比较大,国产化程度比较低的?


(1)医疗成像领域:压电陶瓷在医学成像领域有重要应用,如超声诊断设备。这些设备利用压电陶瓷的压电效应,将电能转换为声能,再通过接收反射回来的声波进行成像。而医用超声设备(如彩超、内窥镜超声)的核心部件是压电陶瓷超声探头,尤其是高频(>10MHz)、高分辨率阵列探头(如128阵元以上),用于心血管、肿瘤检测等精密诊断。

国内中低端探头(如3-5MHz)已实现国产化,但在高端医疗超声探头(尤其是高频、高密度阵列探头)或多或少依赖进口(如美国CTS、日本村田、TDK),差距主要在于材料的一致性、加工精度(如切割工艺)与国外仍有差距。

随着医疗技术的不断进步,对超声诊断设备的需求也在不断增加,这也带动着压电陶瓷在该领域的应用量。

(2)军用/海洋探测领域:声呐是利用压电陶瓷制造的水下探测设备,广泛应用于海洋探测、水下导航等领域。声呐、海底测绘需大功率、耐高压压电陶瓷(如PZT-4、PZT-8),用于发射和接收声波。

在军用领域,我国压电陶瓷及声呐技术取得了显著进展,国产化率较高。像中船重工715所等科研机构和企业,在压电陶瓷材料研发、声呐系统设计制造等方面积累了丰富的经验和技术实力,能够为军队提供性能可靠的声呐设备,满足国防需求。

但对于深海换能器(工作深度>1000米),我国目前仍存在一定程度的进口依赖。深海环境复杂,对换能器的性能要求极高,如需要具备更高的耐压能力、更低的噪声水平、更好的频率稳定性等。美国MSI等公司在深海换能器技术方面起步较早,具有较为成熟的技术和产品,在深海换能器市场占据一定优势,我国部分高端深海换能器仍需从其进口。

在民用高端市场,如油气勘探领域,美国Sparkler、法国Sercel等公司凭借其先进的技术和优质的产品,占据了较大的市场份额。

(3)其他领域(用量不一定大但是国产化程度低):

在半导体设备精密运动控制上,例如光刻机的物镜纳米定位台(压电陶瓷致动器,精度<1nm),几乎被德国PI(Physik Instrumente)、美国Aerotech垄断,国内厂商仅能提供低端开环产品。

在汽车高压共轨压电喷油器上,柴油发动机高压共轨系统的压电喷油阀(响应时间<0.1ms,寿命>10亿次),完全被博世(Bosch)、日本电装(Denso)垄断,国内无量产能力,实验室阶段(如无锡油泵油嘴所)尚未解决油污环境下的长期可靠性问题。尽管在新能源车冲击下,该市场可能萎缩,但高端柴油机(如商用车)仍有需求。

Q from @挖掘能手


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