1. Фундаментальны каркас і палімарфізм карбіду крэмнію
1.1 Крышталахімія і палітыпная разнастайнасць
(Кераміка з карбіду крэмнія)
Карбід крэмнію (SiC) гэта кавалентна злеплены керамічны прадукт, які складаецца з атамаў крэмнію і вугляроду, размешчаных у чатырохграннай форме, распрацоўка вельмі ўстойлівай і трывалай крышталічнай рашоткі.
У адрозненне ад многіх звычайных керамічных вырабаў, SiC не мае адзіночнага, выразны крыштальны каркас; замест гэтага, ён дэманструе ўражлівае адчуванне, вядомае як політыпізм, дзе тая самая хімічная структура можа сфармавацца ў больш чым 250 выразныя палітыпы, кожны вар'іруецца ў паслядоўнасці кладкі шчыльна ўпакаваных атамных слаёў.
Адным з найбольш тэхналагічна значных політыпаў з'яўляецца 3C-SiC (кубічны, каркас з цынкавай абманкі), 4H-SiC, і 6H-SiC (абодва шасцігранныя), кожны прапануе розныя электронныя, тэрмічны, і механічных будынкаў.
3C-SiC, таксама называецца бэта-SiC, звычайна ўтвараецца пры паніжаных тэмпературах і метастабільны, у той час як палітыпы 4H і 6H, называюць альфа-SiC, значна больш тэрмічнаму ўстойлівыя і звычайна выкарыстоўваюцца ў высокатэмпературных і лічбавых праграмах.
Гэта структурнае разнастайнасць дазваляе выбіраць мэтавы матэрыял у залежнасці ад прымянення, няхай гэта будзе ў сілавых электронных прыладах, высакахуткасная апрацоўка, або сур'ёзныя тэрмічныя ўмовы.
1.2 Якасці злучэння і выніковая характарыстыка
Цягавітасць SiC абумоўлена яго моцнымі кавалентнымі сувязямі Si-C, якія кароткія па даўжыні і вельмі накіраваныя, у выніку атрымліваецца жорсткая трохмерная сетка.
Такое злучэнне стварае фенаменальныя механічныя дамы, у тым ліку высокай трываласці (звычайна 25– 30 ГПа на дыяпазоне Віккерса), выдатная цягавітасць пры згіне (столькі, колькі 600 МПа для спеченных тыпаў), і добрая трываласць на расколіны адносна іншай керамікі.
Кавалентная прырода таксама павялічвае высокую цеплаправоднасць SiC, які можа дасягнуць 120– 490 Ш/м · К з апорай на палітып і чысціню– падобны на некаторыя металы і значна пераўзыходзіць большасць архітэктурных вырабаў з фарфору.
Акрамя таго, SiC мае нізкі каэфіцыент цеплавой праявы, каля 4,0– 5.6 × 10 ⁻⁶/ К, які, у спалучэнні з высокай цеплаправоднасцю, забяспечвае выдатную ўстойлівасць да тэрмічнага ўдару.
Гэта азначае, што кампаненты SiC могуць хутка наладжваць тэмпературу без расколін, найважнейшы атрыбут у такіх прыкладаннях, як награвальныя дэталі, цеплаабменнікі, і аэракасмічныя сістэмы цеплавой абароны.
2. Стратэгіі сінтэзу і апрацоўкі керамікі з карбіду крэмнію
( Кераміка з карбіду крэмнія)
2.1 Асноўныя вытворчыя падыходы: Ад Acheson да Advanced Synthesis
Прамысловая вытворчасць карбіду крэмнію пачалася ў канцы 19 стагоддзя з распрацоўкай працэдуры Ачесона, карбатэрмічны метад аднаўлення, пры якім дыяксід крэмнія высокай чысціні (SiO ₂) і вуглярод (звычайна нафтавы кокс) награваюцца да тэмператур вышэй 2200 ° C у электрычным награвальніку супраціву.
У той час як гэты метад працягвае шырока выкарыстоўвацца для атрымання сырога парашка SiC для абразіваў і вогнеўпораў, гэта дае матэрыял з прымешкамі і нераўнамернай марфалогіяй часціц, абмежаванне яго выкарыстання ў высокапрадукцыйнай кераміцы.
Сучасныя ўдасканаленні прывялі да альтэрнатыўных шляхоў сінтэзу, такіх як хімічнае асаджэнне з паравай фазы (ССЗ), які стварае звышвысокай чысціні, монакрышталічны SiC для паўправаднікоў, і лазерны або плазменны сінтэз для нанапамерных парашкоў.
Гэтыя складаныя метады дазваляюць дакладна кантраляваць стэхіаметрыю, памернасць часціц, і фазавай чысціні, важны для адаптацыі SiC да канкрэтных патрабаванняў дызайну.
2.2 Ушчыльненне і мікраструктурны кантроль
Сярод найбольшых цяжкасцей у вытворчасці фарфору SiC - дасягненне поўнага ўшчыльнення з-за моцнай кавалентнай сувязі і нізкіх каэфіцыентаў самадыфузіі, якія перашкаджаюць стандартнаму спяканню.
Каб пераадолець гэта, быў распрацаваны шэраг канкрэтных стратэгій ўшчыльнення.
Рэакцыя злучэння цягне за сабой пранікненне кіпрай вугляроднай нарыхтоўкі расплаўленым крэмніем, які рэагуе на развіццё SiC in situ, у выніку чаго кампанент амаль чыстай формы з вельмі невялікай ўсаджваннем.
Спяканне без ціску дасягаецца шляхам уключэння дапаможных рэчываў для спякання, такіх як бор і вуглярод, якія рэкламуюць збожжа абмяжоўваюць дыфузію і ліквідуюць пары.
Цёплае прэсаванне і гарачае ізастатычнае прэсаванне (ХІП) прымяняць знешнія нагрузкі на працягу ўсяго нагрэву, забяспечваючы поўнае ўшчыльненне пры паніжаных тэмпературных узроўнях і ствараючы матэрыялы з выдатнымі механічнымі ўласцівасцямі для жылых і камерцыйных памяшканняў.
Гэтыя падыходы да апрацоўкі дазваляюць вырабляць дробназярністыя дэталі з SiC, аднастайныя мікраструктуры, важна для максімальнай трываласці, зносаўстойлівасць, і цэласнасць.
3. Практычная эфектыўнасць і шматфункцыянальнасць прымянення
3.1 Цеплавая і механічная ўстойлівасць у цяжкіх умовах
Фарфор з карбіду крэмнію асабліва падыходзіць для працэдур пры сур'ёзных праблемах з-за іх здольнасці захоўваць структурную стабільнасць пры награванні, супрацьстаяць акісленню, і супрацьстаяць механічнаму зносу.
У акісляльных асяроддзях, SiC утварае бяспечны кремнезем (SiO ₂) пласта на плошчы яго паверхні, што памяншае далейшае акісленне і дазваляе бесперапыннае выкарыстанне пры высокіх тэмпературах 1600 °C.
Гэта ўстойлівасць да акіслення, інтэграваны з высокай устойлівасцю да паўзучасці, робіць SiC прыдатным для дэталяў газагенератараў, камеры згарання, і высокаэфектыўныя цеплаабменнікі.
Яго выключная цвёрдасць і ўстойлівасць да ізаляцыі выкарыстоўваюцца ў камерцыйных прымяненнях, такіх як дэталі шламавых помпаў, пескоструйные асадкі, і рэжучыя прылады, дзе металічныя альтэрнатывы хутка сапсуюцца.
Больш за тое, Паменшанае цеплавое пашырэнне і высокая цеплаправоднасць SiC робяць яго рэкамендаваным прадуктам для люстэркаў у касмічных тэлескопах і лазерных сістэмах, дзе бяспека памераў пры тэрмабайку жыццёва важная.
3.2 Прымяненне электратэхнікі і паўправаднікоў
Акрамя сваёй структурнай карыснасці, карбід крэмнію гуляе пераўтваральную функцыю ў галіне сілавы электронікі.
4H-SiC, у прыватнасці, валодае шырокай забароненай зонай прыкладна 3.2 эВ, дазваляючы прыладам працаваць пры больш высокім напружанні, тэмпературы, і заканамернасці пераключэння, чым традыцыйныя паўправаднікі на аснове крэмнія.
Гэта прыводзіць да электраінструментаў– напрыклад, дыёды Шоткі, МАП-транзістары, і JFET– са значна паніжанымі стратамі магутнасці, меншага памеру, і павышэнне эфектыўнасці, якія ў цяперашні час шырока выкарыстоўваюцца ў электрамабілях, інвертары аднаўляльных рэсурсаў, і сістэмы Wise Grid.
Высокая няспраўнасць электрычнай вобласці SiC (аб 10 разоў больш, чым у крэмнію) дазваляе больш тонкія пласты дрэйфу, звядзенне да мінімуму супраціву і павышэнне прадукцыйнасці гаджэта.
Акрамя таго, Высокая цеплаправоднасць SiC дапамагае паспяхова рассейваць цяпло, звядзенне да мінімуму патрэбы ў вялікіх сістэмах кандыцыянавання паветра і стварэнне яшчэ большай колькасці малых, надзейныя электронныя кампаненты.
4. Узнікаючыя межы і будучы агляд у тэхналогіі карбіду крэмнія
4.1 Спалучэнне перадавых энергетычных і аэракасмічных рашэнняў
Перыядычны пераход да чыстай энергіі і энергазабеспячэння транспарту выклікае неперасягнены попыт на элементы на аснове SiC.
У сонечных інвертары, пераўтваральнікі энергіі ветру, і сістэмы кіравання батарэяй, Інструменты SiC павялічваюць эфектыўнасць пераўтварэння энергіі, прамае зніжэнне выкідаў вугляроду і эксплуатацыйных выдаткаў.
У касманаўтыцы, Кампазіты з матрыцы SiC, армаваныя валакном (SiC/SiC CMC) ствараюцца для лопасцей ветравых турбін, футроўкі камеры згарання, і сістэмы цеплавой бяспекі, забяспечваючы эканомію вагі і павышэнне прадукцыйнасці ў параўнанні са суперсплавамі на аснове нікеля.
Гэтыя кампазітныя керамічныя матрыцы могуць працаваць пры тэмпературах, якія перавышаюць 1200 °C, што робіць магчымым для рэактыўных рухавікоў наступнага пакалення з большай прапорцыяй цягі да масы і палепшанымі газавымі характарыстыкамі.
4.2 Нанатэхналогіі і квантавыя прыкладання
У нанамаштабе, карбід крэмнія дэманструе розныя квантавыя будынкі, якія правяраюцца на прадмет тэхналогій наступнага пакалення.
Пэўныя палітыпы SiC утрымліваюць крамянёвыя адтуліны і дзівакансіі, якія дзейнічаюць як спін-актыўныя выпускі, якія працуюць як квантавыя біты (кубіты) для квантавага кампутара і квантавых прыкладанняў.
Гэтыя праблемы можна аптычна загрузіць, кантраляваны, і аглядаць пры пакаёвай тэмпературы, значная перавага ў параўнанні з многімі іншымі квантавымі сістэмамі, якія патрабуюць крыягенных праблем.
Больш за тое, Нанаправады і наначасціцы SiC даследуюцца для выкарыстання ў палявых эмісійных гаджэтах, фотакаталіз, і біямедыцынскія выявы з-за іх высокага суадносін бакоў, хімічная бяспека, і наладжвальная электронная жылая або камерцыйная нерухомасць.
Па меры прасоўвання вучобы, асіміляцыя SiC прама ў скрыжаваных квантавых сістэмах і нанаэлектрамеханічных прыладах (НЭМС) абяцае павялічыць свае абавязкі за рамкі традыцыйных даменаў дызайну.
4.3 Фактары ўстойлівага развіцця і жыццёвага цыкла, якія варта ўлічваць
Вытворчасць SiC энергаёмістая, асабліва ў працэсах высокатэмпературнага сінтэзу і спякання.
Тым не менш, працяглыя перавагі элементаў SiC– напрыклад, працягласць жыцця, зніжэнне абслугоўвання, і павышэнне эфектыўнасці сістэмы– звычайна перавышае першапачатковае экалагічнае ўздзеянне.
Вядуцца ініцыятывы па стварэнні яшчэ больш устойлівых вытворчых маршрутаў, які складаецца з мікрахвалевага спякання, адытыўная вытворчасць (3D друк) SiC, і перапрацоўка адходаў SiC ад апрацоўкі паўправадніковых пласцін.
Гэтыя дасягненні накіраваны на зніжэнне спажывання энергіі, мінімізаваць матэрыяльныя адходы, і падтрымліваць круглы эканамічны клімат у перадавых сектарах матэрыялаў.
У заключэнне, Фарфор з карбіду крэмнію ўяўляе сабой краевугольны камень сучаснай навукі аб прадуктах, пераадоленне разрыву паміж архітэктурнай трываласцю і практычнай гнуткасцю.
Ад стварэння больш чыстых сістэм харчавання да квантавых інавацый, SiC застаецца перавызначыць межы таго, што магчыма ў дызайне і навуковых даследаваннях.
Па меры прасоўвання тэхнікі апрацоўкі з'яўляюцца зусім новыя прыкладанні, будучыня карбіду крэмнію застаецца вельмі яркай.
5. Пастаўшчык
Кампанія Advanced Ceramics заснавана ў кастрычніку 17, 2012, гэта высокатэхналагічнае прадпрыемства, якое займаецца даследаваннямі і распрацоўкамі, вытворчасці, апрацоўка, продаж і тэхнічнае абслугоўванне керамічных матэрыялаў і вырабаў. Наша прадукцыя ўключае, але не абмяжоўваецца імі, керамічныя вырабы з карбіду бору, Керамічныя вырабы з нітрыду бору, Керамічныя вырабы з карбіду крэмнію, Керамічныя вырабы з нітрыду крэмнія, Керамічныя вырабы з дыяксіду цырконія, г.д. Калі вам цікава, калі ласка, не саромейцеся звяртацца да нас.([email protected])
Тэгі: Кераміка з карбіду крэмнія,карбід крэмнію,карбід крэмнію цана
Усе артыкулы і малюнкі з Інтэрнэту. Калі ёсць праблемы з аўтарскім правам, калі ласка, звяжыцеся з намі своечасова, каб выдаліць.
Запытайце нас