1. التركيب البلوري والتعددية في كربيد السيليكون
1.1 أنواع متعددة مكعبة وسداسية: من 3C إلى 6H وما بعده
(سيراميك كربيد السيليكون)
كربيد السيليكون (كربيد كربيد) عبارة عن سيراميك ملتصق تساهميًا يتكون من ذرات السيليكون والكربون الموجودة في تزامن رباعي السطوح, إنشاء أحد أكثر أنظمة تعدد الأنماط تعقيدًا في علم المواد.
على عكس الكثير من السيراميك ذو الإطار البلوري الثابت الانفرادي, SiC موجود في أكثر من 250 الأنواع المتعددة المعروفة– تسلسلات خوازيق مميزة لطبقات ثنائية Si-C معبأة بشكل وثيق على طول المحور c– متفاوتة من مكعب 3C-SiC (يشار إليه أيضًا باسم β-SiC) إلى سداسي 6H-SiC و15R-SiC معيني السطوح.
أحد الأنواع المتعددة الأكثر شيوعًا المستخدمة في تطبيقات التصميم هو 3C (مكعب), 4ح, و 6 ح (كلاهما سداسي), يُظهر كل منها هياكل الفرقة الإلكترونية المختلفة والموصلات الحرارية.
3سي-سيك, مع إطار مزيج الزنك, لديه أضيق فجوة الحزمة (~ 2.3 فولت) وعادة ما يتم توسيعه على ركائز السيليكون لأدوات أشباه الموصلات, بينما يوفر 4H-SiC مرونة إلكترونية ملحوظة ويفضل للأجهزة الإلكترونية عالية الطاقة.
الرابطة التساهمية الصلبة والطبيعة الاتجاهية لـ Si– السندات C تمنح صلابة استثنائية, الأمن الحراري, ومقاومة الانزلاق والاعتداء الكيميائي, مما يجعل SiC مثاليًا لتطبيقات البيئة القاسية.
1.2 مشاكل, المنشطات, والإقامة الرقمية
بغض النظر عن تعقيد هيكلها, يمكن تخدير SiC للحصول على الموصلية من النوع n والنوع p, السماح باستخدامه في أجهزة أشباه الموصلات.
يعمل النيتروجين والفوسفور كمواد ملوثة مساهمة, إدخال الإلكترونات مباشرة في نطاق النقل, بينما يعمل الألومنيوم والبورون خفيف الوزن كمستقبلات, إنتاج ثقوب في الفرقة التكافؤ.
ومع ذلك, كفاءة المنشطات من النوع p مقيدة بقدرات التنشيط العالية, خاصة في 4H-SiC, مما يشكل عقبات أمام تخطيط الأداة ثنائية القطب.
العيوب الأصلية مثل وضع المسمار في غير موضعه, الأنابيب الدقيقة, ويمكن أن تؤدي أخطاء التراكم إلى إضعاف أداء الأداة من خلال العمل كمرافق لإعادة التركيب أو دورات تدريبية للتسرب, تتطلب تطويرًا أحادي البلورة من الدرجة الأولى للتطبيقات الإلكترونية.
فجوة النطاق الواسعة (2.3– 3.3 فولت اعتمادا على النوع المتعدد), منطقة كهربائية عالية الفشل (~ 3 فولت/سم), والتوصيل الحراري الممتاز (~ 3– 4 W/m · K لـ 4H-SiC) جعل SiC متفوقًا بكثير على السيليكون في درجات الحرارة العالية, الجهد العالي, وإلكترونيات الطاقة عالية التردد.
2. المناولة والتصميم المجهري
( سيراميك كربيد السيليكون)
2.1 تقنيات التلبيد والتكثيف
من الصعب تكثيف كربيد السيليكون بشكل طبيعي بسبب روابطه التساهمية القوية وانخفاض معاملات الانتشار الذاتي, الحاجة إلى تقنيات معالجة مبتكرة لتحقيق الكثافة الكاملة بدون إضافات أو بمساعدة قليلة جدًا في التلبيد.
التلبيد بدون ضغط لمساحيق SiC دون الميكرون ممكن مع تعزيز البورون والكربون, التي تعزز التكثيف عن طريق إزالة طبقات الأكسيد وتعزيز انتشار الحالة الصلبة.
يطبق الدفع الدافئ ضغطًا أحادي المحور أثناء تدفئة المنزل, مما يسمح بالتكثيف الكامل عند مستويات درجات الحرارة المنخفضة (~ 1800– 2000 درجة مئوية )وتوليد الحبيبات الدقيقة, مكونات عالية القوة مثالية لتقليل الأجهزة ووضع الأجزاء.
للأشكال الكبيرة أو المعقدة, يتم استخدام رابطة الاستجابة, حيث يتم اختراق التشكيلات الكربونية المسامية بالسيليكون المنصهر عند ~ 1600 درجة مئوية, إنشاء β-SiC في الموقع مع انكماش هامشي.
ومع ذلك, المتبقية خالية من التكلفة السيليكون (~ 5– 10%) يبقى في البنية المجهرية, الحد من كفاءة درجات الحرارة العالية ومقاومة الأكسدة أعلاه 1300 درجة مئوية.
2.2 الإنتاج الإضافي وتصنيع الشكل القريب من الشبكة
الاختراقات الحالية في التصنيع الإضافي (أكون), على وجه التحديد، نفث الموثق والطباعة الحجرية المجسمة باستخدام مساحيق SiC أو بوليمرات ما قبل السيراميك, السماح بتصنيع أشكال هندسية معقدة لم يكن من الممكن تحقيقها في السابق باستخدام الأساليب التقليدية.
في السيراميك المشتق من البوليمر (بي دي سي) الطرق, يتم تشكيل أسلاف SiC السائل من خلال الطباعة ثلاثية الأبعاد ثم يتم تحليلها حرارياً عند درجات الحرارة لإنتاج SiC غير المتبلور أو النانوي, عادة ما تحتاج إلى مزيد من التكثيف.
تعمل هذه التقنيات على خفض أسعار التصنيع ونفايات المنتج, مما يجعل SiC متاحًا بشكل أكبر للفضاء, النووية, وتطبيقات المبادلات الدافئة حيث تعمل التخطيطات المعقدة على تعزيز الكفاءة.
إجراءات ما بعد المعالجة مثل تسلل البخار الكيميائي (السيدا) أو تسرب السيليكون السائل (إل إس آي) تستخدم أحيانًا لتحسين الكثافة والاستقرار الميكانيكي.
3. ميكانيكية, الحرارية, والكفاءة البيئية
3.1 قوة, صلابة, واستخدام المقاومة
يعد كربيد السيليكون من بين أصعب المنتجات المعترف بها, مع صلابة موس ~ 9.5 وتفوق فيكرز الحزم 25 المعدل التراكمي, مما يجعلها شديدة المناعة ضد التآكل, التفكك, وكشط.
تتراوح قوة الانثناء عمومًا من 300 ل 600 MPa, الاعتماد على نهج المعالجة وحجم الحبوب, ويحافظ على صلابته عند درجات حرارة تصل إلى 1400 درجة مئوية في أجواء خاملة.
قوة الكسر, بينما متواضعة (~ 3– 4 ميجاباسكال · م 1/ اثنان), يكفي للكثير من التطبيقات المعمارية, على وجه التحديد عند دمجها مع دعم الألياف في مركبات المصفوفة الخزفية (CMCs).
يتم استخدام CMCs المستندة إلى SiC في شفرات التوربينات, بطانات الاحتراق, وأنظمة الفرامل, حيث أنها توفر وفورات في تكلفة الوزن, كفاءة الغاز, وعمر خدمة طويل مقارنة بالمعادلات المعدنية.
إن مقاومة التآكل الاستثنائية تجعل SiC مثاليًا للأختام, محامل, عناصر المضخة, والدرع الباليستي, حيث تعد المتانة في ظل التحميل الميكانيكي الشديد أمرًا بالغ الأهمية.
3.2 الموصلية الحرارية وأمن الأكسدة
واحدة من الخصائص السكنية أو التجارية الأكثر فائدة لـ SiC هي الموصلية الحرارية العالية– تقريبًا 490 W/m · K للبلورة الواحدة 4H-SiC و~ 30– 120 W/m · K للأنواع متعددة البلورات– تتجاوز تلك الموجودة في الكثير من المعادن وتجعل من الممكن تبديد الحرارة بشكل فعال.
هذا العقار السكني مهم في إلكترونيات الطاقة, حيث تولد أجهزة SiC حرارة أقل بكثير ويمكن تشغيلها بكثافة طاقة أكبر من الأجهزة المعتمدة على السيليكون.
عند مستويات درجات الحرارة المرتفعة في البيئات المؤكسدة, SiC يخلق السيليكا الواقية (شافي ₂) طبقة تقلل الأكسدة الإضافية, تقدم متانة بيئية جيدة بقدر ~ 1600 درجة مئوية.
ومع ذلك, في الأجواء الغنية ببخار الماء, يمكن أن تتطاير هذه الطبقة على شكل Si(أوه)₄, مما يؤدي إلى التدهور المتسارع– التحدي الرئيسي في تطبيقات توربينات الغاز.
4. تطبيقات متقدمة في الطاقة, الأجهزة الإلكترونية, والفضاء
4.1 أجهزة الطاقة الإلكترونية وأدوات أشباه الموصلات
لقد أحدث كربيد السيليكون تحولًا في إلكترونيات الطاقة من خلال تمكين الأدوات مثل صمامات شوتكي, الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة, و JFETs التي تعمل بجهد أعلى, الترددات, ودرجات الحرارة من مطابقات السيليكون.
تعمل هذه الأدوات على تقليل فقد الطاقة في السيارات الكهربائية, محولات الطاقة المتجددة, ومحركات المحركات الكهربائية التجارية, إضافة إلى تحسينات كفاءة الطاقة العالمية.
القدرة على التشغيل عند مستويات درجة حرارة الوصلة 200 درجة مئوية تسمح بأنظمة تبريد مبسطة وزيادة موثوقية النظام.
بالإضافة إلى, يتم استخدام رقائق SiC كطبقات أساسية لنتريد الغاليوم (الجاليوم) النفوق في الترانزستورات ذات الحركة العالية للإلكترون (HEMTs), دمج مزايا كل من أشباه الموصلات واسعة النطاق.
4.2 النووية, الفضاء الجوي, والمعدات البصرية
في محطات الطاقة الذرية, يعد SiC عنصرًا أساسيًا في تكسية الوقود المتحملة للحوادث, حيث انخفاض المقطع العرضي لامتصاص النيوترونات, مقاومة الإشعاع, وصلابة درجات الحرارة العالية تعمل على تحسين السلامة والأمن والكفاءة.
في الفضاء الجوي, تُستخدم المركبات المقواة بالألياف SiC في المحركات النفاثة والسيارات التي تفوق سرعتها سرعة الصوت بسبب خفة وزنها واستقرارها الحراري.
بالإضافة إلى, تُستخدم مرايا SiC فائقة النعومة قبل التلسكوبات نتيجة لنسبة صلابتها إلى كثافتها العالية, الاستقرار الحراري, وقابلية التلميع لخشونة أقل من نانومتر.
في ملخص, يمثل سيراميك كربيد السيليكون حجر الزاوية في المواد الحديثة المتقدمة, الجمع بين الميكانيكية المتميزة, الحرارية, والخصائص الرقمية.
مع تحكم محدد في النوع المتعدد, البنية المجهرية, والتعامل معها, يبقى SiC لتمكين الابتكارات التكنولوجية في مجال الطاقة, ينقل, وهندسة الإعداد المتطرفة.
5. مزود
TRUNNANO هي المورد لمسحوق التنغستن الكروي مع أكثر من ذلك 12 سنوات من الخبرة في الحفاظ على الطاقة في بناء النانو وتطوير تكنولوجيا النانو. ويقبل الدفع عن طريق بطاقة الائتمان, تي/تي, ويسترن يونيون وباي بال. ستقوم Trunnano بشحن البضائع إلى العملاء في الخارج من خلال FedEx, دي إتش إل, عن طريق الجو, أو عن طريق البحر. إذا كنت تريد معرفة المزيد عن مسحوق التنغستن الكروي, لا تتردد في الاتصال بنا وإرسال استفسار([email protected]).
العلامات: سيراميك كربيد السيليكون,منتجات سيراميك كربيد السيليكون, صناعة السيراميك
جميع المقالات والصور من الإنترنت. إذا كان هناك أي قضايا حقوق الطبع والنشر, يرجى الاتصال بنا في الوقت المناسب للحذف.
الاستفسار لنا