بوته های سیلیکون کاربید: بوته سرامیکی پایداری در دمای بالا برای فرآیندهای حرارتی خواستار

1. اصول محصول و ویژگی های ساختاری

1.1 شیمی کریستال و چند شکلی

(بوته های سیلیکون کاربید)

کاربید سیلیکون (SiC) یک سرامیک کووالانسی متشکل از اتم های سیلیکون و کربن است که در یک شبکه چهار وجهی قرار گرفته اند., در حال توسعه در میان یکی از بادوام ترین مواد از نظر حرارتی و شیمیایی شناخته شده است.

در بیش از آن وجود دارد 250 انواع چند تایپی, با 3C (مکعبی), 4اچ, و ساختارهای شش ضلعی 6H مناسب ترین برای کاربردهای در دمای بالا هستند.

سی قوی– اوراق قرضه C, با قدرت پیوند فراتر از آن 300 kJ/mol, استحکام فوق العاده ای می بخشد, هدایت حرارتی, و مقاومت در برابر شوک حرارتی و ضربه شیمیایی.

در کاربردهای بوته, SiC متخلخل یا باند واکنشی به دلیل توانایی آن در حفظ پایداری معماری تحت گرادیان های حرارتی شدید و جو مذاب مخرب انتخاب می شود..

بر خلاف سرامیک های اکسیدی, SiC به اندازه فاکتور تصعید خود، انتقال فاز مخرب را انجام نمی دهد (~ 2700 درجه سانتیگراد), آن را برای روش پایدار بالا مناسب می کند 1600 درجه سانتیگراد.

1.2 عملکرد حرارتی و مکانیکی

ویژگی بارز بوته های SiC رسانایی حرارتی بالای آنها است– اعم از 80 به 120 W/(m · K)– که گردش یکنواخت گرما را تبلیغ می کند و اضطراب حرارتی را در طول گرمایش سریع یا تهویه مطبوع کاهش می دهد..

این ملک مسکونی با ظروف چینی کم رسانایی مانند آلومینا تضاد زیادی دارد (≈ 30 W/(m · K)), که در برابر ضربه حرارتی آسیب پذیر هستند.

SiC علاوه بر این، مقاومت مکانیکی استثنایی را در سطوح دمایی بالا نشان می‌دهد, حفظ کردن 80% از چقرمگی خمشی آن در دمای اتاق (به اندازه 400 MPa) حتی در 1400 درجه سانتیگراد.

کاهش ضریب انبساط حرارتی آن (~ 4.0 × 10 6/ ک) مقاومت در برابر شوک حرارتی را بیشتر افزایش می دهد, دوچرخه سواری مکرر بین سطوح دمای محیط و عملکردی بسیار مهم است.

علاوه بر این, SiC مقاومت بالایی در برابر سایش و سایش نشان می دهد, اطمینان از عمر طولانی در اتمسفرهایی که مستلزم جابجایی مکانیکی یا گردش ذوب طوفانی است.

2. روش های ساخت و کنترل ریزساختاری

( بوته های سیلیکون کاربید)

2.1 روشهای زینترینگ و روشهای چگالش

بوته های SiC صنعتی عمدتاً از طریق تف جوشی بدون فشار تولید می شوند, پیوند پاسخ, یا پرس داغ, هر کدام مزایای منحصر به فردی در هزینه ارائه می دهند, خلوص, و عملکرد.

تف جوشی بدون فشار شامل فشرده سازی پودر SiC بزرگ با مواد کمکی تف جوشی مانند بور و کربن است., با درمان با دمای بالا مطابقت دارد (2000– 2200 درجه سانتیگراد )در اتمسفر بی اثر برای دستیابی به چگالی تقریباً نظری.

این تکنیک دارای خلوص بالایی است, بوته های با استحکام بالا مناسب برای حمل و نقل نیمه هادی و آلیاژ پیشرفته.

SiC با پیوند با واکنش (RBSC) با نفوذ به یک پیش‌فرم کربن متخلخل با سیلیکون مذاب ایجاد می‌شود, که برای ایجاد نشستن β-SiC واکنش نشان می دهد, در نتیجه ترکیبی از SiC و سیلیکون عود کننده ایجاد می شود.

در حالی که رسانایی حرارتی به دلیل افزودن سیلیکون فلزی کمی کاهش یافته است, RBSC ثبات ابعادی فوق العاده و قیمت تولید پایین تر را فراهم می کند, آن را برای استفاده تجاری بزرگ برجسته می کند.

SiC فشرده داغ, هر چند گران تر, بیشترین ضخامت و خلوص را می دهد, برای کاربردهای فوق العاده پر تقاضا مانند توسعه تک کریستالی محفوظ است.

2.2 سطح با کیفیت بالا و دقت هندسی

ماشینکاری پس از پخت, متشکل از سنگ زنی و شستشو, مقاومت های ابعادی خاص و سطوح داخلی صاف را تضمین می کند که وب سایت های هسته سازی را کاهش می دهد و خطر آلودگی را کاهش می دهد.

زبری سطح با دقت بسیار مدیریت می شود تا اتصال ذوب را متوقف کند و آزادسازی بسیار آسان محصولات تقویت شده را تسهیل کند..

هندسه بوته– مانند ضخامت سطح دیوار, زاویه مخروطی, و انحنای کمتر– برای متعادل کردن جرم حرارتی تقویت می شود, استقامت ساختاری, و سازگاری با بخاری مشعل.

طرح های سفارشی حجم ذوب معینی را در خود جای می دهند, پروفیل های گرمایشی, و حساسیت مواد, تضمین بهره وری بهینه در فرآیندهای مختلف صنعتی.

کنترل کیفیت پیشرفته, از جمله پراش اشعه ایکس, میکروسکوپ الکترونی روبشی, و غربالگری اولتراسونیک, همگنی ریزساختاری و عدم وجود مسائلی مانند منافذ یا شکاف را تایید می کند.

3. مقاومت شیمیایی و تعامل با مذاب

3.1 بی اثری در محیط های تهاجمی

بوته های SiC مقاومت فوق العاده ای در برابر حمله شیمیایی توسط فولادهای مذاب از خود نشان می دهند, مهربان, و نمک های غیر اکسید کننده, فراتر از گرافیت و سرامیک های اکسید معمولی.

آنها در تماس با آلومینیوم مذاب ایمن هستند, مس, نقره ای, و آلیاژهای آنها, مقاومت در برابر خیس شدن و انحلال در نتیجه قدرت سطحی کم و تشکیل اکسیدهای سطحی محافظ.

در جابجایی سیلیکون و ژرمانیوم برای فتوولتائیک ها و نیمه هادی ها, بوته های SiC از آلودگی فلزی که می تواند املاک مسکونی دیجیتال را تضعیف کند، جلوگیری می کند.

با این حال, تحت شرایط بسیار اکسید کننده یا در دید تغییرات قلیایی, SiC می تواند اکسید شود و سیلیس تولید کند (SiO2), که ممکن است حتی بیشتر برای تشکیل سیلیکات های با نقطه ذوب پایین پاسخ دهند.

به همین دلیل, SiC بهترین سازگاری را برای محیط های خنثی یا کاهش دهنده دارد, جایی که پایداری آن به حداکثر می رسد.

3.2 محدودیت ها و ملاحظات سازگاری

با وجود سختی اش, SiC به طور جهانی بی اثر نیست; با برخی محصولات مذاب واکنش نشان می دهد, به ویژه فلزات گروه آهن (Fe, در, شرکت) در دماهای بالا با فرآیندهای کربوریزاسیون و انحلال.

در فرآوری فولاد مایع, بوته های SiC به سرعت خراب می شوند و به همین دلیل از آنها اجتناب می شود.

به روشی مشابه, آنتی اسیدها و فولادهای قلیایی خاکی (به عنوان مثال, لی, در حال حاضر, حدود) می تواند SiC را به حداقل برساند, پرتاب کربن و ایجاد سیلیسید, محدود کردن استفاده از آنها در سنتز مواد باتری یا ریخته گری واکنشی فولاد.

برای شیشه مایع و سرامیک, SiC معمولاً سازگار است، اما ممکن است سیلیکون را مستقیماً در عینک های نوری یا الکترونیکی بسیار حساس نشان دهد.

شناخت این فعل و انفعالات خاص مواد برای انتخاب نوع بوته مناسب و تضمین خلوص فرآیند و طول عمر بوته ضروری است..

4. کاربردهای صنعتی و تکامل فناوری

4.1 متالورژی, نیمه هادی, و بخش های انرژی های تجدیدپذیر

بوته های SiC در تولید شمش های سیلیکونی چند کریستالی و تک کریستالی برای باتری های خورشیدی حیاتی هستند., جایی که آنها در برابر قرار گرفتن در معرض مستقیم طولانی مدت سیلیکون مذاب در ~ مقاومت می کنند 1420 درجه سانتیگراد.

امنیت حرارتی آنها چگالش یکنواخت خاصی ایجاد می کند و تراکم نابجایی را کاهش می دهد, تاثیر مستقیم بر راندمان خورشیدی.

در کارخانه ها, بوته SiC برای ذوب فلزات غیر آهنی مانند آلومینیوم و برنج استفاده می شود., ارائه طول عمر طولانی تر و کاهش رشد تفاله در مقایسه با گزینه های رسی-گرافیت.

آنها علاوه بر این در آزمایشگاه با دمای بالا برای ارزیابی حرارتی استفاده می شوند, کالریمتری اسکن تفاضلی, و سنتز چینی های پیچیده و ترکیبات بین فلزی.

4.2 مدهای آینده و ترکیب محصولات پیشرفته

کاربردهای نوظهور شامل استفاده از بوته های SiC در غربالگری محصولات هسته ای نسل بعدی و راکتورهای نمک مذاب است., که در آن مقاومت آنها در برابر تشعشع و فلوریدهای مذاب مورد ارزیابی قرار می گیرد.

پوشش هایی مانند نیترید بور پیرولیتیک (PBN) یا ایتریا (Y TWO O ₃) برای افزایش بی اثری شیمیایی و توقف انتشار سیلیکون در فرآیندهای با خلوص فوق العاده بالا، در مناطق سطح SiC اعمال می شود..

تولید افزودنی عناصر SiC با استفاده از جت بایندر یا استریولیتوگرافی در حال توسعه است, هندسه تسهیلات جذاب و نمونه سازی سریع برای طراحی های بوته های تخصصی.

با افزایش نیاز به انرژی کارآمد, طولانی مدت, و جابجایی بدون آلودگی در دمای بالا, بوته های کاربید سیلیکون مطمئناً سنگ بنای فناوری مدرن در تولید محصولات پیشرفته باقی خواهند ماند.

در نتیجه, بوته های کاربید سیلیکون یک عنصر ضروری در فرآیندهای صنعتی و بالینی با دمای بالا هستند..

ترکیب بی نظیر آنها از پایداری حرارتی, چقرمگی مکانیکی, و مقاومت شیمیایی آنها را به ماده انتخابی برای کاربردهایی تبدیل می کند که کارایی و قابلیت اطمینان بسیار مهم است.

5. ارائه دهنده

Advanced Ceramics در اکتبر تاسیس شد 17, 2012, یک شرکت با فناوری بالا متعهد به تحقیق و توسعه است, تولید, پردازش, فروش و خدمات فنی مواد و محصولات نسبی سرامیک. محصولات ما شامل اما نه محدود به محصولات سرامیک کاربید بور است, محصولات سرامیکی نیترید بور, محصولات سرامیکی سیلیکون کاربید, محصولات سرامیکی سیلیکون نیترید, محصولات سرامیکی زیرکونیوم دی اکسید, و غیره. اگر علاقه مند هستید, لطفا با ما تماس بگیرید.
برچسب ها: بوته های سیلیکون کاربید, سیلیکون کاربید سرامیک, بوته های سرامیکی سیلیکون کاربید

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