1. Kristallographie und Materialgrundlagen von Siliziumkarbid
1.1 Polymorphismus und Atombindung in SiC
(Siliziumkarbid-Keramikplatten)
Siliziumkarbid (SiC) ist eine kovalente keramische Substanz, die aus Silizium- und Kohlenstoffatomen besteht 1:1 stöchiometrisches Verhältnis, zeichnet sich durch seinen außergewöhnlichen Polymorphismus aus– über 250 bekannte Polytypen– Alle teilen feste gerichtete kovalente Bindungen, unterscheiden sich jedoch in der Stapelreihe von Si-C-Doppelschichten.
Einer der am besten geeigneten Polytypen ist 3C-SiC (Kubisches Zinkblende-Gerüst), und die hexagonalen Arten 4H-SiC und 6H-SiC, Jedes weist subtile Variationen in der Bandlücke auf, Elektronenmobilität, und Wärmeleitfähigkeit, die ihre Eignung für Detailanwendungen beeinflussen.
Die Zähigkeit des Si– C-Bindung, mit einer Bindungsenergie von ca 318 kJ/mol, untermauert die bemerkenswerte Festigkeit von SiC (Mohs-Festigkeit von 9– 9.5), hoher Schmelzfaktor (~ 2700 °C), und Beständigkeit gegen chemische Zerstörung und Thermoschock.
In Keramikplatten, Der Polytyp wird üblicherweise basierend auf der beabsichtigten Verwendung ausgewählt: 6H-SiC überwiegt aufgrund seiner einfachen Synthese in Architekturanwendungen, während 4H-SiC Hochleistungselektronik für seinen hochwertigen Rollstuhl steuert.
Die große Bandlücke (2.9– 3.3 eV je nach Polytyp) Darüber hinaus ist SiC in seiner reinen Form ein außergewöhnlicher elektrischer Isolator, Es kann jedoch dotiert werden, um in speziellen digitalen Werkzeugen als Halbleiter zu fungieren.
1.2 Mikrostruktur und Stufenreinheit in Keramikplatten
Die Leistung von Siliziumkarbid-Keramikplatten hängt entscheidend von mikrostrukturellen Merkmalen wie der Korngröße ab, Dicke, Bühnenhomogenität, und das Vorhandensein zusätzlicher Stufen oder Kontaminationen.
Hochwertige Platten werden in der Regel aus SiC-Pulvern im Submikron- oder Nanobereich mit aufwendigen Sinterverfahren hergestellt, verursacht feinkörnig, Völlig dichte Mikrostrukturen, die die mechanische Festigkeit und Wärmeleitfähigkeit maximieren.
Verunreinigungen wie komplementärer Kohlenstoff, Kieselsäure (SiO ZWEI), oder Sinterhilfsmittel wie Bor oder Leichtaluminium müssen gründlich reguliert werden, da sie intergranulare Filme bilden können, die die Hochtemperaturbeständigkeit und Oxidationsbeständigkeit verringern.
Wiederkehrende Porosität, auch in reduzierten Graden (
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