سرامیک سیلیکون کاربید: مواد با کارایی بالا برای کاربردهای محیطی شدید بلبرینگ سرامیکی

1. ساختار کریستالی و چند تایپیسم کاربید سیلیکون

1.1 چند نوع مکعبی و شش ضلعی: از 3C تا 6H و گذشته

(سرامیک سیلیکون کاربید)

کاربید سیلیکون (SiC) یک سرامیک چسبیده کووالانسی متشکل از اتم های سیلیکون و کربن است که در یک همگام سازی چهار وجهی تنظیم شده اند., ایجاد یکی از پیچیده ترین سیستم های چند تایپیسم در علم مواد.

بر خلاف بسیاری از سرامیک ها با چارچوب کریستالی ثابت, SiC در بیش از آن وجود دارد 250 پلی تایپ های شناخته شده– توالی شمع بندی متمایز از دو لایه Si-C بسته بندی شده در امتداد محور c– متفاوت از مکعب 3C-SiC (علاوه بر این به عنوان β-SiC نامیده می شود) به 6H-SiC شش ضلعی و 15R-SiC لوزی.

یکی از رایج ترین پلی تایپ های مورد استفاده در برنامه های طراحی 3C است (مکعبی), 4اچ, و 6H (هر دو شش ضلعی), هر کدام کمی ساختارهای نوار الکترونیکی مختلف و رسانایی حرارتی را نشان می دهند.

3C-SiC, با چارچوب مخلوط روی آن, باریک ترین فاصله باند را دارد (~ 2.3 eV) و معمولاً روی بسترهای سیلیکونی برای ابزارهای نیمه هادی منبسط می شود, در حالی که 4H-SiC انعطاف پذیری الکترونی قابل توجهی را فراهم می کند و برای دستگاه های الکترونیکی با قدرت بالا مورد علاقه است..

پیوند کووالانسی جامد و ماهیت جهتی Si– پیوند C استحکام استثنایی می دهد, امنیت حرارتی, و مقاومت در برابر لغزش و حمله شیمیایی, SiC را برای کاربردهای محیطی ایده آل می کند.

1.2 مسائل, دوپینگ, و اقامتگاه دیجیتال

صرف نظر از پیچیدگی ساختاری آن, SiC را می توان برای دستیابی به رسانایی نوع n و نوع p دوپ کرد, اجازه استفاده از آن در دستگاه های نیمه هادی را می دهد.

نیتروژن و فسفر به عنوان آلاینده های کمک کننده عمل می کنند, وارد کردن الکترون ها به باند انتقال, در حالی که آلومینیوم سبک و بور به عنوان پذیرنده کار می کنند, ایجاد سوراخ در نوار ظرفیت.

با این وجود, بازده دوپینگ نوع p توسط قدرت فعال سازی بالا محدود می شود, به خصوص در 4H-SiC, که موانعی را برای طرح ابزار دوقطبی ایجاد می کند.

عیوب بومی مانند جای نادرست پیچ, میکرولوله ها, و اشتباهات شمع بندی می تواند عملکرد ابزار را با عمل به عنوان امکانات نوترکیب یا دوره های نشت ضعیف کند, تقاضا برای توسعه تک کریستالی درجه یک برای برنامه های الکترونیکی.

شکاف باند وسیع (2.3– 3.3 eV بسته به چند نوع), ناحیه الکتریکی با شکست زیاد (~ 3 MV/cm), و هدایت حرارتی عالی (~ 3– 4 W/m · K برای 4H-SiC) SiC را در دمای بالا بسیار برتر از سیلیکون می کند, ولتاژ بالا, و الکترونیک قدرت با فرکانس بالا.

2. هندلینگ و طراحی ریزساختار

( سرامیک سیلیکون کاربید)

2.1 تکنیک های زینترینگ و متراکم سازی

کاربید سیلیکون به دلیل پیوند کووالانسی قوی و کاهش ضرایب خود انتشار به طور طبیعی به سختی قابل چگالش است., نیاز به تکنیک‌های پردازش نوآورانه برای دستیابی به چگالی کامل بدون مواد افزودنی یا با کمک پخت بسیار کم.

پخت بدون فشار پودرهای SiC زیر میکرونی با افزایش بور و کربن امکان پذیر است., که با از بین بردن لایه های اکسید و افزایش انتشار حالت جامد، تراکم را افزایش می دهند.

فشار گرم فشار تک محوری را در هنگام گرم کردن خانه اعمال می کند, امکان چگالش کامل در سطوح دمایی کاهش یافته (~ 1800– 2000 درجه سانتیگراد )و تولید ریزدانه, قطعات با استحکام بالا ایده آل برای کاهش دستگاه ها و قرار دادن قطعات.

برای اشکال بزرگ یا پیچیده, پیوند پاسخ استفاده می شود, که در آن پریفرم های کربن متخلخل با سیلیکون مذاب در ~ نفوذ می کنند 1600 درجه سانتیگراد, ایجاد β-SiC در محل با انقباض حاشیه ای.

با این وجود, سیلیکون بدون هزینه باقیمانده (~ 5– 10%) در ریزساختار باقی می ماند, محدود کردن راندمان در دمای بالا و مقاومت در برابر اکسیداسیون در بالا 1300 درجه سانتیگراد.

2.2 تولید افزودنی و ساخت نزدیک به شبکه

پیشرفت های فعلی در تولید مواد افزودنی (AM), به طور خاص جت بایندر و استریولیتوگرافی با استفاده از پودرهای SiC یا پلیمرهای پر سرامیک, اجازه ساخت هندسه های پیچیده را می دهد که قبلاً با رویکردهای مرسوم دست نیافتنی نبود.

در سرامیک مشتق از پلیمر (PDC) مسیرها, پیشروهای سیال سیال از طریق پرینت سه بعدی تشکیل می شوند و سپس در حرارت برای تولید SiC آمورف یا نانوبلور تجزیه می شوند., معمولاً به تراکم بیشتر نیاز دارند.

این تکنیک ها قیمت ماشینکاری و ضایعات محصول را کاهش می دهند, SiC را برای هوافضا بسیار در دسترس تر می کند, هسته ای, و برنامه های مبدل گرم که در آن چیدمان های پیچیده کارایی را افزایش می دهند.

اقدامات پس از پردازش مانند نفوذ بخار شیمیایی (CVI) یا نشت سیلیکون مایع (LSI) گاهی اوقات برای بهبود چگالی و پایداری مکانیکی استفاده می شود.

3. مکانیکی, حرارتی, و بهره وری زیست محیطی

3.1 قدرت, سختی, و از مقاومت استفاده کنید

کاربید سیلیکون در میان سخت ترین محصولات شناخته شده قرار دارد, با استحکام Mohs از ~ 9.5 و استحکام ویکرز فراتر رفت 25 معدل, آن را به شدت در برابر سایش مصون می کند, تجزیه, و سوهان زدن.

استحکام خمشی آن به طور کلی از 300 به 600 MPa, با تکیه بر رویکرد پردازش و اندازه دانه, و چقرمگی را در دماهای بالا نگه می دارد 1400 درجه سانتی گراد در محیط های بی اثر.

قدرت شکست, در حالی که متواضع (~ 3– 4 MPa · m 1ST/TWO), برای بسیاری از کاربردهای معماری کافی است, به ویژه هنگامی که با پشتیبانی فیبر در کامپوزیت های زمینه سرامیکی ادغام می شود (CMC ها).

CMC های مبتنی بر SiC در پره های توربین استفاده می شوند, آسترهای احتراق, و سیستم های ترمز, جایی که آنها باعث کاهش هزینه وزن می شوند, بهره وری گاز, و عمر مفید طولانی نسبت به معادل های فلزی.

مقاومت در برابر سایش استثنایی آن باعث می شود SiC برای آب بندی مناسب باشد, بلبرینگ ها, عناصر پمپ, و سپر بالستیک, که در آن استحکام تحت بارگذاری شدید مکانیکی بسیار مهم است.

3.2 رسانایی حرارتی و امنیت اکسیداسیون

یکی از مفیدترین خواص مسکونی یا تجاری SiC رسانایی حرارتی بالای آن است– تقریبا 490 W/m · K برای تک کریستال 4H-SiC و ~ 30– 120 W/m · K برای انواع پلی کریستالی– فراتر از بسیاری از فلزات است و اتلاف موثر گرما را ممکن می سازد.

این ملک مسکونی در الکترونیک قدرت مهم است, که در آن دستگاه‌های SiC گرمای اتلاف کمتری تولید می‌کنند و می‌توانند با چگالی توان بیشتری نسبت به گجت‌های مبتنی بر سیلیکون کار کنند..

در سطوح درجه حرارت بالا در محیط های اکسید کننده, SiC یک سیلیس محافظ ایجاد می کند (SiO2) لایه ای که اکسیداسیون اضافی را کاهش می دهد, ارائه استحکام اکولوژیکی خوب به اندازه ~ 1600 درجه سانتیگراد.

با این وجود, در اتمسفرهای غنی از بخار آب, این لایه می تواند به صورت Si فرار شود(اوه)₄, منجر به تسریع تخریب می شود– یک چالش کلیدی در کاربردهای توربین گازی.

4. کاربردهای پیشرفته در انرژی, دستگاه های الکترونیکی, و هوافضا

4.1 دستگاه های الکترونیکی قدرت و گجت های نیمه هادی

کاربید سیلیکون با ایجاد امکان برای ابزارهایی مانند دیودهای شاتکی، الکترونیک قدرت را متحول کرده است., ماسفت ها, و JFET هایی که در ولتاژهای بالاتر کار می کنند, فرکانس ها, و دما نسبت به تطابق سیلیکونی.

این ابزارها تلفات انرژی در خودروهای الکتریکی را کاهش می دهند, اینورترهای انرژی تجدیدپذیر, و موتورهای الکتریکی تجاری, افزودن به افزایش بهره وری انرژی جهانی.

قابلیت اجرا در سطوح دمای محل اتصال 200 درجه سانتی گراد سیستم های خنک کننده ساده و قابلیت اطمینان سیستم را افزایش می دهد.

علاوه بر این, ویفرهای SiC به عنوان زیر لایه برای نیترید گالیوم استفاده می شود (GaN) اپیتاکسی در ترانزیستورهای با تحرک الکترون بالا (HEMT ها), ادغام مزایای هر دو نیمه هادی با شکاف گسترده.

4.2 هسته ای, هوافضا, و تجهیزات نوری

در نیروگاه های اتمی, SiC یک عنصر کلیدی در پوشش سوخت مقاوم در برابر تصادف است, که در آن سطح مقطع جذب نوترون کاهش یافته است, مقاومت در برابر تشعشع, و چقرمگی در دمای بالا ایمنی و امنیت و کارایی را بهبود می بخشد.

در هوافضا, کامپوزیت های تقویت شده با فیبر SiC در موتورهای جت و اتومبیل های مافوق صوت به دلیل سبک وزن و پایداری حرارتی استفاده می شوند..

علاوه بر این, آینه های SiC فوق العاده صاف به دلیل نسبت سختی به چگالی بالا، قبل از تلسکوپ ها استفاده می شوند., پایداری حرارتی, و صیقل پذیری تا زبری زیر نانومتری.

به طور خلاصه, سرامیک های کاربید سیلیکون به عنوان سنگ اصلی از مواد پیشرفته مدرن هستند, ترکیب مکانیکی برجسته, حرارتی, و خواص دیجیتالی.

با کنترل خاص پلی تایپ, ریزساختار, و جابجایی, SiC همچنان برای فعال کردن نوآوری های تکنولوژیکی در قدرت باقی مانده است, حمل و نقل, و مهندسی تنظیمات افراطی.

5. تامین کننده

TRUNNANO تامین کننده پودر تنگستن کروی با بیش از حد است 12 سالها تجربه در حفظ انرژی نانوساختمان و توسعه فناوری نانو. پرداخت از طریق کارت اعتباری را می پذیرد, T/T, West Union و Paypal. Trunnano کالاها را از طریق FedEx برای مشتریان خارج از کشور ارسال خواهد کرد, DHL, از طریق هوا, یا از طریق دریا. اگر می خواهید در مورد پودر تنگستن کروی بیشتر بدانید, لطفا با ما تماس بگیرید و درخواست ارسال کنید([email protected]).
برچسب ها: سرامیک کاربید سیلیکون,محصولات سرامیکی کاربید سیلیکون, سرامیک صنعتی

همه مقالات و تصاویر از اینترنت هستند. اگر هر گونه مشکل کپی رایت وجود دارد, لطفا به موقع برای حذف با ما تماس بگیرید.

از ما پرس و جو کنید