1. Кристална структура и политипизъм на силициевия карбид
1.1 Кубични и шестоъгълни политипи: От 3C до 6H и минало
(Керамика от силициев карбид)
Силициев карбид (SiC) е ковалентно залепена керамика, съставена от силициеви и въглеродни атоми, разположени в тетраедрична синхронизация, създавайки една от най-сложните системи на политипизъм в материалознанието.
За разлика от много керамика с единична стабилна кристална рамка, SiC съществува в над 250 добре познати политипи– различни натрупващи се последователности от плътно опаковани двойни слоеве Si-C по протежение на c-ос– вариращ от кубичен 3C-SiC (допълнително наричан β-SiC) към хексагонален 6H-SiC и ромбоедричен 15R-SiC.
Един от най-често използваните политипове в дизайнерските приложения е 3C (кубичен), 4з, и 6H (и двете шестоъгълни), всеки показва малко различни електронни лентови структури и топлопроводимост.
3C-SiC, със своята рамка от цинкова смес, има най-тясната забранена лента (~ 2.3 eV) и обикновено се разширява върху силициеви субстрати за полупроводникови инструменти, докато 4H-SiC осигурява забележителна електронна гъвкавост и е предпочитан за електронни устройства с висока мощност.
Твърдата ковалентна връзка и насоченият характер на Si– C връзката придава изключителна здравина, термична сигурност, и устойчивост на подхлъзване и химическо нападение, което прави SiC идеален за приложения в екстремни условия.
1.2 Проблеми, Допинг, и Digital Residence
Независимо от структурната му сложност, SiC може да бъде легиран, за да се постигне както n-тип, така и p-тип проводимост, което позволява използването му в полупроводникови устройства.
Азотът и фосфорът служат като допринасящи замърсители, въвеждайки електрони направо в лентата на предаване, докато лекият алуминий и бор работят като акцептори, създавайки дупки във валентната лента.
въпреки това, Ефективността на допиране от p-тип е ограничена от високи мощности на активиране, особено в 4H-SiC, което създава пречки за биполярното оформление на инструмента.
Естествени дефекти като неправилно поставяне на винтове, микротръби, и грешките при натрупване могат да отслабят работата на инструмента, като действат като съоръжения за рекомбинация или курсове за течове, взискателна първокласна монокристална разработка за електронни приложения.
Огромната ширина на лентата (2.3– 3.3 eV в зависимост от политипа), електрическа зона с висока повреда (~ 3 MV/cm), и отлична топлопроводимост (~ 3– 4 W/m · K за 4H-SiC) правят SiC много по-добър от силиция при висока температура, високо напрежение, и високочестотна силова електроника.
2. Боравене и микроструктурен дизайн
( Керамика от силициев карбид)
2.1 Техники за синтероване и уплътняване
Силициевият карбид е естествено труден за уплътняване поради силната си ковалентна връзка и намалените коефициенти на самодифузия, нуждаещи се от иновативни техники за обработка за постигане на пълна плътност без добавки или с много малко помощ при синтероване.
Синтероването без налягане на субмикронни SiC прахове е възможно с усилване на бор и въглерод, които насърчават уплътняването чрез елиминиране на оксидни слоеве и засилване на дифузията в твърдо състояние.
Топлото натискане прилага едноосно налягане по време на отопление на дома, позволява пълно уплътняване при понижени температурни нива (~ 1800– 2000 °C )и генериране на финозърнест, компоненти с висока якост, идеални за редуциращи устройства и поставяне на части.
За големи или сложни форми, използва се свързване на отговора, където порестите въглеродни преформи се проникват с разтопен силиций при ~ 1600 °C, създаване на β-SiC in situ с незначително свиване.
въпреки това, остатъчен безплатен силиций (~ 5– 10%) остава в микроструктурата, ограничаване на ефективността при висока температура и устойчивостта на окисляване по-горе 1300 °C.
2.2 Производство на добавки и производство в почти мрежова форма
Текущи пробиви в адитивното производство (сутринта), специално струйно свързващо вещество и стереолитография, използвайки SiC прахове или прекерамични полимери, позволяват производството на сложни геометрии, които преди са били непостижими с конвенционалните подходи.
В керамика, получена от полимер (PDC) маршрути, течните предшественици на SiC се образуват чрез 3D печат и след това се пиролизират при нагряване, за да се получи аморфен или нанокристален SiC, обикновено се нуждаят от повече уплътняване.
Тези техники намаляват цените на машинната обработка и отпадъците от продукти, правейки SiC много по-достъпен за космическото пространство, ядрен, и приложения за топъл обменник, където сложните оформления повишават ефективността.
Действия за последваща обработка, като инфилтрация с химически пари (CVI) или просмукване на течен силиций (LSI) понякога се използват за подобряване на плътността и механичната стабилност.
3. Механични, Термичен, и екологична ефективност
3.1 Сила, твърдост, и Използвайте съпротива
Силициевият карбид се нарежда сред най-твърдите признати продукти, със солидност по Моос ~ 9.5 и твърдост по Vickers превъзхожда 25 Средна оценка, което го прави изключително устойчив на абразия, разпадане, и остъргване.
Неговата якост на огъване обикновено варира от 300 към 600 MPa, разчитайки на подхода на обработка и размера на зърното, и запазва здравина при температури до 1400 °C в инертна среда.
Якост на счупване, докато скромен (~ 3– 4 MPa · m 1ST/ TWO), е достатъчен за много архитектурни приложения, особено когато са интегрирани с влакнеста опора в композити с керамична матрица (CMCs).
CMC на основата на SiC се използват в турбинните лопатки, облицовки на горивната камера, и спирачни системи, където осигуряват спестяване на разходи за тегло, газова ефективност, и удължен експлоатационен живот в сравнение с метални еквиваленти.
Неговата изключителна устойчивост на износване прави SiC идеален за уплътнения, лагери, помпени елементи, и балистичен щит, където здравината при екстремни механични натоварвания е критична.
3.2 Топлопроводимост и сигурност на окисляването
Една от най-полезните жилищни или търговски свойства на SiC е неговата висока топлопроводимост– приблизително 490 W/m · K за монокристален 4H-SiC и ~ 30– 120 W/m · K за поликристални видове– надхвърляйки тази на много метали и правейки възможно ефективното разсейване на топлината.
Този жилищен имот е важен за силовата електроника, където SiC устройствата генерират много по-малко отпадна топлина и могат да работят с по-висока плътност на мощността от базираните на силиций джаджи.
При повишени температурни нива в окислителни среди, SiC създава защитен силициев диоксид (SiO ₂) слой, който намалява допълнителното окисление, предлагайки добра екологична устойчивост до ~ 1600 °C.
въпреки това, в богати на водни пари атмосфери, този слой може да се изпари като Si(ОХ)₄, което води до ускорено разграждане– ключово предизвикателство в приложенията на газовите турбини.
4. Разширени приложения в енергетиката, Електронни устройства, и Аерокосмически
4.1 Силови електронни устройства и полупроводникови устройства
Силициевият карбид трансформира силовата електроника, като направи възможно джаджи като диоди на Шотки, MOSFET транзистори, и JFET, които работят при по-високи напрежения, честоти, и температури от силициевите съвпадения.
Тези инструменти намаляват загубите на енергия в електрическите превозни средства, инвертори за възобновяема енергия, и търговски електромоторни задвижвания, добавяне към глобалните подобрения на енергийната ефективност.
Способността да работи при температурни нива на кръстовището 200 °C позволява рационализирани системи за охлаждане и повишена надеждност на системата.
Освен това, SiC пластините се използват като субстрати за галиев нитрид (GaN) епитаксия в транзистори с висока подвижност на електрони (HEMTs), интегриране на предимствата на двата широколентови полупроводника.
4.2 Ядрена, Космонавтика, и оптично оборудване
В атомни електроцентрали, SiC е ключов елемент на толерантната към аварии обвивка на горивото, където неговото намалено напречно сечение на поглъщане на неутрони, устойчивост на радиация, и устойчивостта при висока температура подобрява безопасността и сигурността и ефективността.
В космонавтиката, Композитите, подсилени с влакна SiC, се използват в реактивни двигатели и хиперзвукови автомобили заради тяхната лека и термична стабилност.
Освен това, ултрагладките SiC огледала се използват преди телескопите в резултат на високото им съотношение на твърдост към плътност, термична стабилност, и възможност за полиране до суб-нанометрова грапавост.
В обобщение, Силициево-карбидната керамика е основен камък на съвременните усъвършенствани материали, съчетаващ изключителна механика, топлинна, и цифрови свойства.
Със специфичен контрол на политипа, микроструктура, и боравене, SiC остава да даде възможност за технологични иновации в енергетиката, транспорт, и инженерство при екстремни настройки.
5. Доставчик
TRUNNANO е доставчик на сферичен волфрамов прах с над 12 години опит в енергоспестяването на нано сгради и развитието на нанотехнологиите. Приема плащане чрез кредитна карта, T/T, West Union и Paypal. Trunnano ще изпрати стоките до клиенти в чужбина чрез FedEx, DHL, по въздух, или по море. Ако искате да научите повече за сферичния волфрамов прах, моля не се колебайте да се свържете с нас и да изпратите запитване([email protected]).
Етикети: керамика от силициев карбид,керамични продукти от силициев карбид, керамична индустрия
Всички статии и снимки са от интернет. Ако има проблеми с авторските права, моля, свържете се с нас навреме, за да изтриете.
Запитване до нас