1. Kristalna struktura i politipizam silicijum karbida
1.1 Kubični i heksagonalni politipovi: Od 3C do 6H i prošlost
(Silicijum karbidna keramika)
Silicijum karbid (SiC) je kovalentno vezana keramika sastavljena od atoma silicija i ugljika postavljena u tetraedarskoj sinhronizaciji, stvarajući jedan od najsloženijih sistema politipizma u nauci o materijalima.
Za razliku od mnogih keramika sa usamljenim postojanim kristalnim okvirom, SiC postoji u preko 250 dobro poznati politipovi– različite sekvence gomilanja blisko zbijenih Si-C dvoslojeva duž c-ose– varira od kubičnog 3C-SiC (dodatno nazvan β-SiC) do heksagonalnog 6H-SiC i romboedarskog 15R-SiC.
Jedan od najčešćih politipova koji se koriste u dizajnerskim aplikacijama su 3C (kubni), 4H, i 6H (oba heksagonalna), svaki pokazuje malo različite elektronske strukture traka i toplotne provodljivosti.
3C-SiC, sa svojim okvirom od mješavine cinka, ima najuži pojas (~ 2.3 eV) i obično se širi na silikonske podloge za poluvodičke alate, dok 4H-SiC pruža izuzetnu fleksibilnost elektrona i favorizovan je za elektronske uređaje velike snage.
Čvrsta kovalentna veza i usmjerena priroda Si– C veza daje izuzetnu čvrstoću, termička sigurnost, i otpornost na klizanje i hemijski napad, čineći SiC idealnim za primjenu u ekstremnom okruženju.
1.2 Problemi, Doping, i Digital Residence
Bez obzira na njegovu strukturnu složenost, SiC se može dopirati da bi se postigla i n-tip i p-tip provodljivosti, omogućavajući njegovu upotrebu u poluvodičkim uređajima.
Azot i fosfor služe kao zagađivači koji doprinose, uvodeći elektrone pravo u transmisijski pojas, dok lagani aluminijum i bor rade kao akceptori, stvaraju rupe u valentnom pojasu.
Ipak, Efikasnost dopinga p-tipa je ograničena visokim moćima aktivacije, posebno u 4H-SiC, što predstavlja prepreku za bipolarni raspored alata.
Prirodni defekti kao što su pomaci zavrtnja, mikropipe, a greške u gomilanju mogu oslabiti performanse alata djelujući kao sredstva za rekombinaciju ili kursevi curenja, zahtjevan vrhunski razvoj monokristala za elektronske aplikacije.
Ogroman pojas (2.3– 3.3 eV u zavisnosti od politipa), električno područje velikog kvara (~ 3 MV/cm), i odlična toplotna provodljivost (~ 3– 4 W/m · K za 4H-SiC) čine SiC mnogo superiornijim od silicijuma na visokim temperaturama, visokog napona, i visokofrekventnu energetsku elektroniku.
2. Rukovanje i mikrostrukturno projektovanje
( Silicijum karbidna keramika)
2.1 Tehnike sinterovanja i zgušnjavanja
Silicijum karbid je prirodno teško zgusnuti zbog njegove jake kovalentne veze i smanjenih koeficijenata samodifuzije, potrebna im je inovativna tehnika obrade da bi se postigla puna gustoća bez aditiva ili uz vrlo malo pomoći pri sinterovanju.
Sinterovanje submikronskih SiC prahova bez pritiska je izvodljivo uz povećanje bora i ugljenika, koji potiču zgušnjavanje uklanjanjem oksidnih slojeva i povećanjem difuzije čvrstog stanja.
Toplo guranje primjenjuje jednoosni pritisak tokom grijanja doma, omogućava potpuno zgušnjavanje na smanjenim nivoima temperature (~ 1800– 2000 °C )i stvaranje sitnozrnatih, komponente visoke čvrstoće idealne za smanjenje uređaja i stavljanje na dijelove.
Za velike ili komplikovane oblike, koristi se odgovorno vezivanje, gdje se porozni ugljični predformi probijaju rastopljenim silicijumom na ~ 1600 °C, stvaranje β-SiC in situ uz marginalno skupljanje.
Ipak, preostali silicijum bez troškova (~ 5– 10%) ostaje u mikrostrukturi, ograničavajući visokotemperaturnu efikasnost i otpornost na oksidaciju iznad 1300 °C.
2.2 Aditivna proizvodnja i proizvodnja gotovo mreže
Trenutna otkrića u proizvodnji aditiva (AM), posebno brizganje veziva i stereolitografija korištenjem SiC praha ili predkeramičkih polimera, omogućavaju izradu zamršenih geometrija koje su ranije bile nedostižne konvencionalnim pristupima.
U keramici dobivenoj od polimera (PDC) rute, Fluid SiC prethodnici se formiraju 3D štampanjem, a zatim se piroliziraju na toploti kako bi se dobio amorfni ili nanokristalni SiC, obično treba više zgušnjavanja.
Ove tehnike smanjuju cijene strojne obrade i rasipanje proizvoda, čineći SiC mnogo dostupnijim za vazduhoplovstvo, nuklearna, i aplikacije toplih izmjenjivača gdje složeni rasporedi povećavaju efikasnost.
Radnje naknadne obrade kao što je infiltracija hemijske pare (CVI) ili curenje tečnog silicijuma (LSI) ponekad se koriste za poboljšanje gustoće i mehaničke stabilnosti.
3. Mehanički, Thermal, i ekološka efikasnost
3.1 Snaga, Tvrdoća, i Koristi otpor
Silicijum karbid spada među najtvrđe priznate proizvode, sa Mohsovom čvrstoćom od ~ 9.5 a Vickersova čvrstoća nadilazi 25 Prosjek ocjena, čineći ga vrlo otpornim na habanje, dezintegracija, i struganje.
Njegova čvrstoća na savijanje općenito varira od 300 to 600 MPa, oslanjajući se na pristup preradi i veličinu zrna, i održava žilavost na temperaturama do 1400 °C u inertnom ambijentu.
Čvrstoća loma, dok skroman (~ 3– 4 MPa · m 1./ DVA), dovoljan je za mnoge arhitektonske primjene, posebno kada se integrira s nosačem vlakana u keramičkim matričnim kompozitima (CMCs).
CMC bazirani na SiC se koriste u lopaticama turbina, obloge ložišta, i kočionim sistemima, gde obezbeđuju uštedu na težini, efikasnost gasa, i produženi vijek trajanja u odnosu na metalne ekvivalente.
Njegova izuzetna otpornost na habanje čini SiC savršenim za brtve, ležajevi, elementi pumpe, i balistički štit, gdje je čvrstoća pod ekstremnim mehaničkim opterećenjem kritična.
3.2 Toplotna provodljivost i sigurnost od oksidacije
Jedna od najkorisnijih stambenih ili komercijalnih svojstava SiC-a je njegova visoka toplinska provodljivost– otprilike 490 W/m · K za monokristal 4H-SiC i ~ 30– 120 W/m · K za polikristalne tipove– prevazilazeći ono što ima mnogo metala i omogućavajući efikasno odvođenje toplote.
Ova stambena nekretnina je važna u energetskoj elektronici, gdje SiC uređaji generiraju mnogo manje otpadne topline i mogu raditi s većim gustoćama snage nego uređaji na bazi silikona.
Na povišenim nivoima temperature u oksidirajućim sredinama, SiC stvara zaštitni silicijum dioksid (SiO ₂) sloj koji smanjuje dodatnu oksidaciju, nudeći dobru ekološku čvrstoću koliko ~ 1600 °C.
Ipak, u atmosferama bogatim vodenom parom, ovaj sloj može ispariti kao Si(OH)₄, što rezultira ubrzanom degradacijom– ključni izazov u primjeni plinskih turbina.
4. Napredne primjene u energetici, Elektronski uređaji, i Vazduhoplovstvo
4.1 Električni elektronski uređaji i poluvodički uređaji
Silicijum karbid je transformisao energetsku elektroniku tako što je omogućio gadgete kao što su Schottky diode, MOSFETs, i JFET-ovi koji rade na višim naponima, frekvencije, i temperature od silikonskih poklapanja.
Ovi alati smanjuju gubitke energije u električnim vozilima, pretvarači obnovljive energije, i komercijalni elektromotorni pogoni, dodajući globalnim poboljšanjima energetske efikasnosti.
Sposobnost rada na nivoima temperature spoja 200 °C dozvoljava modernizovane sisteme hlađenja i povećanu pouzdanost sistema.
Nadalje, SiC pločice se koriste kao supstrati za galijum nitrid (GaN) epitaksija u tranzistorima velike pokretljivosti elektrona (HEMTs), integrirajući prednosti oba širokopojasna poluvodiča.
4.2 Nuklearni, Vazduhoplovstvo, i optička oprema
U atomskim elektranama, SiC je ključni element omotača goriva otpornog na nezgode, gdje je njegov smanjeni presjek apsorpcije neutrona, otpornost na zračenje, i otpornost na visoke temperature poboljšavaju sigurnost i sigurnost i efikasnost.
U vazduhoplovstvu, Kompoziti ojačani SiC vlaknima koriste se u mlaznim motorima i hipersoničnim automobilima zbog svoje lagane i termičke stabilnosti.
Nadalje, ultra glatka SiC ogledala se koriste ispred teleskopa kao rezultat njihovog visokog omjera krutosti i gustoće, termička stabilnost, i mogućnost poliranja do sub-nanometarske hrapavosti.
Ukratko, Keramika od silicijum karbida predstavlja kamen temeljac modernih naprednih materijala, kombinujući izvanrednu mehaničku, termalni, i digitalna svojstva.
Sa specifičnom kontrolom politipa, mikrostruktura, i rukovanje, SiC ostaje da omogući tehnološke inovacije u snazi, transport, i inženjering ekstremnih postavki.
5. Dobavljač
TRUNNANO je dobavljač sfernog volframovog praha sa preko 12 godine iskustva u očuvanju energije u nano zgradama i razvoju nanotehnologije. Prihvata plaćanje putem kreditne kartice, T/T, West Union i Paypal. Trunnano će slati robu kupcima u inostranstvu preko FedEx-a, DHL, vazdušnim putem, ili morem. Ako želite saznati više o sferičnom prahu od volframa, slobodno nas kontaktirajte i pošaljite upit([email protected]).
Oznake: silicijum karbidna keramika,keramičkih proizvoda od silicijum karbida, industrija keramike
Svi članci i slike su sa interneta. Ako postoje problemi sa autorskim pravima, molimo da nas kontaktirate na vrijeme za brisanje.
Raspitajte se kod nas