1. Crystal Structure at Polytypism ng Silicon Carbide
1.1 Cubic at Hexagonal Polytypes: Mula 3C hanggang 6H at Nakaraan
(Silicon Carbide Ceramics)
Silicon carbide (SiC) ay isang covalently adhered ceramic na binubuo ng silicon at carbon atoms na naka-set up sa isang tetrahedral sychronization, paglikha ng isa sa mga pinaka-kumplikadong sistema ng polytypism sa agham ng mga materyales.
Hindi tulad ng maraming mga keramika na may isang solong matatag na kristal na balangkas, Umiiral na ang SiC 250 kilalang polytypes– natatanging mga pagkakasunud-sunod ng pagtatambak ng mga malapit na naka-pack na Si-C bilayer sa kahabaan ng c-axis– nag-iiba mula sa kubiko 3C-SiC (karagdagang tinutukoy bilang β-SiC) sa hexagonal 6H-SiC at rhombohedral 15R-SiC.
Ang isa sa mga pinakakaraniwang polytype na ginagamit sa mga application ng disenyo ay 3C (kubiko), 4H, at 6H (parehong heksagonal), bawat isa ay nagpapakita ng kaunting iba't ibang mga istruktura ng electronic band at thermal conductivity.
3C-SiC, kasama ang zinc blende framework nito, may pinakamakitid na bandgap (~ 2.3 eV) at kadalasang pinalawak sa mga substrate ng silikon para sa mga kasangkapang semiconductor, habang ang 4H-SiC ay nagbibigay ng kahanga-hangang electron flexibility at pinapaboran para sa mga high-power na electronic device.
Ang solidong covalent bonding at directional na kalikasan ng Si– C bond ay nagbibigay ng pambihirang solidity, thermal seguridad, at paglaban sa madulas at pag-atake ng kemikal, ginagawang perpekto ang SiC para sa mga matinding aplikasyon sa kapaligiran.
1.2 Mga isyu, Doping, at Digital Residence
Anuman ang structural intricacy nito, Maaaring i-doped ang SiC upang makamit ang parehong n-type at p-type na conductivity, na nagpapahintulot sa paggamit nito sa mga aparatong semiconductor.
Ang nitrogen at phosphorus ay nagsisilbing contributor pollutants, pagpapasok ng mga electron sa mismong transmission band, habang ang magaan na aluminyo at boron ay gumagana bilang mga acceptor, paggawa ng mga butas sa valence band.
Gayunpaman, Ang p-type na doping efficiency ay pinaghihigpitan ng mataas na activation powers, lalo na sa 4H-SiC, na nagdudulot ng mga hadlang para sa layout ng bipolar tool.
Mga katutubong depekto tulad ng mga maling pagkakalagay ng turnilyo, micropipe, at ang mga pagkakamali sa pagtatambak ay maaaring magpahina sa pagganap ng tool sa pamamagitan ng pagkilos bilang mga pasilidad ng recombination o mga kurso sa pagtagas, hinihingi ang nangungunang single-crystal na pag-unlad para sa mga elektronikong aplikasyon.
Ang malawak na bandgap (2.3– 3.3 eV depende sa polytype), high failure electric area (~ 3 MV/cm), at mahusay na thermal conductivity (~ 3– 4 W/m · K para sa 4H-SiC) gawing mas mataas ang SiC kaysa sa silikon sa mataas na temperatura, mataas na boltahe, at high-frequency power electronics.
2. Paghawak at Microstructural Design
( Silicon Carbide Ceramics)
2.1 Sintering at Densification Techniques
Ang silicone carbide ay natural na mahirap pakapalin dahil sa malakas nitong covalent bonding at nabawasan ang self-diffusion coefficient., nangangailangan ng mga makabagong pamamaraan sa pagpoproseso upang makuha ang buong density nang walang mga additives o may napakakaunting tulong sa sintering.
Ang walang presyon na sintering ng mga submicron na SiC powder ay magagawa sa pagpapahusay ng boron at carbon, na nagtataguyod ng densification sa pamamagitan ng pag-aalis ng mga layer ng oxide at pagpapahusay ng solid-state diffusion.
Ang mainit na pagtulak ay naglalapat ng uniaxial pressure sa panahon ng pag-init ng bahay, na nagpapahintulot sa buong densification sa pinababang antas ng temperatura (~ 1800– 2000 ° C )at pagbuo ng pinong butil, ang mga high-strength na bahagi ay perpekto para sa pagbabawas ng mga device at ilagay sa mga bahagi.
Para sa malaki o kumplikadong mga hugis, ginagamit ang response bonding, kung saan ang mga porous na carbon preform ay pinapasok ng molten silicon sa ~ 1600 ° C, lumilikha ng β-SiC in situ na may marginal shrinkage.
Gayunpaman, natitirang silikon na walang gastos (~ 5– 10%) nananatili sa microstructure, nililimitahan ang kahusayan sa mataas na temperatura at paglaban sa oksihenasyon sa itaas 1300 ° C.
2.2 Additive Production at Near-Net-Shape na Paggawa
Mga kasalukuyang tagumpay sa paggawa ng additive (AM), partikular na binder jetting at stereolithography gamit ang mga SiC powder o preceramic polymers, payagan ang katha ng masalimuot na mga geometry na dating hindi naaabot sa mga kumbensyonal na diskarte.
Sa ceramic na nagmula sa polimer (PDC) mga ruta, nabubuo ang fluid na mga forerunner ng SiC sa pamamagitan ng 3D printing at pagkatapos ay na-pyrolyzed sa mga heats upang makabuo ng amorphous o nanocrystalline SiC, karaniwang nangangailangan ng higit pang densification.
Ang mga diskarteng ito ay nagpapababa ng mga presyo ng machining at basura ng produkto, ginagawang mas magagamit ang SiC para sa aerospace, nuklear, at mainit na exchanger application kung saan ang mga kumplikadong layout ay nagpapahusay ng kahusayan.
Mga aksyon pagkatapos ng pagproseso tulad ng pagpasok ng singaw ng kemikal (CVI) o tuluy-tuloy na silicon seepage (LSI) minsan ay ginagamit upang mapabuti ang density at mekanikal na katatagan.
3. Mekanikal, Thermal, at Kahusayan sa Kapaligiran
3.1 Lakas, Katigasan, at Gamitin ang Paglaban
Ang Silicon carbide ay kabilang sa pinakamahirap na kinikilalang mga produkto, na may Mohs solidity ng ~ 9.5 at Vickers katatagan daig 25 Grade point average, ginagawa itong lubos na immune sa abrasion, pagkakawatak-watak, at pagkayod.
Ang flexural strength nito sa pangkalahatan ay mula sa 300 sa 600 MPa, umaasa sa diskarte sa pagproseso at laki ng butil, at pinapanatili nito ang katigasan sa temperatura hanggang sa 1400 ° C sa mga inert na kapaligiran.
Lakas ng bali, habang mahinhin (~ 3– 4 MPa · m 1ST/ TWO), ay sapat para sa maraming mga aplikasyon sa arkitektura, partikular kapag isinama sa fiber support sa ceramic matrix composites (Mga CMC).
Ang mga CMC na nakabatay sa SiC ay ginagamit sa mga blades ng turbine, mga lining ng combustor, at mga sistema ng preno, kung saan nagbibigay sila ng pagtitipid sa timbang, kahusayan ng gas, at matagal na buhay ng serbisyo sa mga katumbas na metal.
Ang pambihirang wear resistance nito ay ginagawang perpekto ang SiC para sa mga seal, bearings, mga elemento ng bomba, at ballistic shield, kung saan ang katatagan sa ilalim ng matinding mekanikal na pagkarga ay kritikal.
3.2 Thermal Conductivity at Oxidation Security
Isa sa pinakakapaki-pakinabang na residential o commercial property ng SiC ay ang mataas na thermal conductivity nito– humigit-kumulang 490 W/m · K para sa single-crystal 4H-SiC at ~ 30– 120 W/m · K para sa mga uri ng polycrystalline– lumalampas sa maraming mga metal at ginagawang posible para sa epektibong pag-alis ng init.
Ang residential property na ito ay mahalaga sa power electronics, kung saan ang mga SiC device ay gumagawa ng mas kaunting init ng basura at maaaring tumakbo sa mas malaking densidad ng kuryente kaysa sa mga gadget na nakabatay sa silicon.
Sa itinaas na mga antas ng temperatura sa mga kapaligirang nag-o-oxidize, Lumilikha ang SiC ng proteksiyon na silica (SiO ₂) layer na nagpapababa ng karagdagang oksihenasyon, nag-aalok ng magandang ekolohikal na katatagan gaya ng ~ 1600 ° C.
Gayunpaman, sa mga kapaligirang mayaman sa singaw ng tubig, ang layer na ito ay maaaring mag-volatilize bilang Si(OH)₄, na nagreresulta sa pinabilis na pagkasira– isang pangunahing hamon sa mga aplikasyon ng gas turbine.
4. Mga Advanced na Aplikasyon sa Enerhiya, Mga Electronic Device, at Aerospace
4.1 Mga Power Electronic Device at Semiconductor Gadget
Binago ng Silicon carbide ang power electronics sa pamamagitan ng paggawang posible para sa mga gadget tulad ng Schottky diodes, Mga MOSFET, at mga JFET na gumagana sa mas mataas na boltahe, mga frequency, at mga temperatura kaysa sa mga pagtutugma ng silikon.
Ang mga tool na ito ay nagpapababa ng mga pagkawala ng enerhiya sa mga de-koryenteng sasakyan, renewable energy inverters, at komersyal na electric motor drive, pagdaragdag sa pandaigdigang pagpapahusay ng kahusayan ng kuryente.
Ang kakayahang tumakbo sa mga antas ng temperatura ng junction 200 Pinahihintulutan ng ° C ang mga naka-streamline na sistema ng paglamig at pinataas ang pagiging maaasahan ng system.
Higit pa rito, Ang mga SiC wafer ay ginagamit bilang substratum para sa gallium nitride (GaN) epitaxy sa high-electron-mobility transistors (Mga HEMT), pagsasama ng mga pakinabang ng parehong malawak na bandgap na semiconductors.
4.2 Nuklear, Aerospace, at Mga Kagamitang Optical
Sa mga atomic power plant, Ang SiC ay isang mahalagang elemento ng pag-cladding ng gasolina na mapagparaya sa aksidente, kung saan ang pinababang neutron absorption cross-section nito, paglaban sa radiation, at mataas na temperatura kayamutan mapabuti ang kaligtasan at seguridad at kahusayan.
Sa aerospace, Ang SiC fiber-reinforced composites ay ginagamit sa mga jet engine at hypersonic na kotse para sa kanilang magaan at thermal stability.
Higit pa rito, Ang mga ultra-smooth na SiC mirror ay ginagamit na nauuna sa mga teleskopyo bilang resulta ng kanilang mataas na stiffness-to-density na proporsyon, thermal katatagan, at pagiging polish sa sub-nanometer na pagkamagaspang.
Sa buod, Ang silicon carbide ceramics ay kumakatawan sa isang pangunahing bato ng mga modernong advanced na materyales, pinagsasama ang natitirang mekanikal, thermal, at mga digital na katangian.
Na may tiyak na kontrol ng polytype, microstructure, at paghawak, Nananatili ang SiC upang paganahin ang mga makabagong teknolohiya sa kapangyarihan, transportasyon, at matinding setting ng engineering.
5. Supplier
Ang TRUNNANO ay isang supplier ng Spherical Tungsten Powder na may higit pa 12 taon ng karanasan sa nano-building energy conservation at nanotechnology development. Tumatanggap ito ng bayad sa pamamagitan ng Credit Card, T/T, West Union at Paypal. Ipapadala ni Trunnano ang mga kalakal sa mga customer sa ibang bansa sa pamamagitan ng FedEx, DHL, sa pamamagitan ng hangin, o sa pamamagitan ng dagat. Kung gusto mong malaman ang higit pa tungkol sa Spherical Tungsten Powder, mangyaring huwag mag-atubiling makipag-ugnay sa amin at magpadala ng isang katanungan([email protected]).
Mga tag: silicon carbide ceramic,mga produktong seramik na silikon karbid, seramik sa industriya
Lahat ng mga artikulo at larawan ay mula sa Internet. Kung mayroong anumang mga isyu sa copyright, mangyaring makipag-ugnay sa amin sa oras upang tanggalin.
Inquiry sa amin