1. Kristalna struktura i politipizam silicijevog karbida
1.1 Kubični i heksagonalni politip: Od 3C do 6H i prošlost
(Keramika od silicij karbida)
Silicij karbid (SiC) je kovalentno zalijepljena keramika sastavljena od atoma silicija i ugljika postavljenih u tetraedarskoj sinkronizaciji, stvarajući jedan od najsloženijih sustava politipizma u znanosti o materijalima.
Za razliku od većine keramike s usamljenim stabilnim kristalnim okvirom, SiC postoji u preko 250 poznati politipovi– različite sekvence gomilanja tijesno pakiranih Si-C dvoslojeva duž c-osi– varira od kubičnog 3C-SiC (dodatno se naziva β-SiC) na heksagonalni 6H-SiC i romboedarski 15R-SiC.
Jedan od najčešćih politipova koji se koristi u aplikacijama dizajna je 3C (kubični), 4H, i 6H (oba šesterokutna), svaki prikazuje malo različite elektronske vrpce i toplinsku vodljivost.
3C-SiC, sa svojim okvirom od mješavine cinka, ima najuži pojasni razmak (~ 2.3 eV) i obično se ekspandira na silikonske podloge za poluvodičke alate, dok 4H-SiC pruža izvanrednu fleksibilnost elektrona i omiljen je za elektroničke uređaje velike snage.
Čvrsta kovalentna veza i usmjerena priroda Si– C bond daje iznimnu čvrstoću, toplinska sigurnost, i otpornost na klizanje i kemijski napad, što čini SiC idealnim za primjene u ekstremnim uvjetima.
1.2 Problemi, Doping, i Digital Residence
Bez obzira na svoju konstrukcijsku zamršenost, SiC se može dopirati kako bi se postigla i n-tip i p-tip vodljivosti, dopuštajući njegovu upotrebu u poluvodičkim uređajima.
Dušik i fosfor služe kao zagađivači, uvodeći elektrone točno u prijenosni pojas, dok lagani aluminij i bor rade kao akceptori, stvarajući rupe u valentnom pojasu.
Usprkos tome, Učinkovitost dopiranja p-tipa ograničena je visokim aktivacijskim moćima, posebno u 4H-SiC, što predstavlja prepreke za bipolarni raspored alata.
Izvorni nedostaci kao što su pogrešni položaji vijaka, mikrocijevi, a greške u gomilanju mogu oslabiti performanse alata djelujući kao rekombinacijski objekti ili tečajevi curenja, zahtjevan vrhunski razvoj monokristala za elektroničke primjene.
Ogromni pojasni jaz (2.3– 3.3 eV ovisno o politipu), električno područje visokog kvara (~ 3 MV/cm), i izvrsnu toplinsku vodljivost (~ 3– 4 W/m · K za 4H-SiC) čine SiC mnogo boljim od silicija na visokim temperaturama, visokonaponski, i visokofrekventna energetska elektronika.
2. Rukovanje i mikrostrukturni dizajn
( Keramika od silicij karbida)
2.1 Tehnike sinteriranja i zgušnjavanja
Silicijev karbid je prirodno teško zgusnuti zbog njegove jake kovalentne veze i smanjenih koeficijenata samodifuzije, kojima su potrebne inovativne tehnike obrade kako bi se postigla puna gustoća bez aditiva ili uz vrlo malo pomoći pri sinteriranju.
Sinteriranje submikronskih prahova SiC bez tlaka moguće je s povećanjem bora i ugljika, koji potiču zgušnjavanje uklanjanjem oksidnih slojeva i pojačavanjem difuzije čvrstog stanja.
Toplo guranje primjenjuje jednoosni pritisak tijekom grijanja doma, omogućujući potpuno zgušnjavanje na nižim temperaturnim razinama (~ 1800– 2000 °C )i generiranje sitnozrnatih, komponente visoke čvrstoće idealne za redukcijske uređaje i dijelove.
Za velike ili komplicirane oblike, koristi se povezivanje odgovora, gdje se u porozne ugljične predoblike prodire rastaljeni silicij na ~ 1600 °C, stvaranje β-SiC in situ s marginalnim skupljanjem.
Usprkos tome, preostali besplatni silicij (~ 5– 10%) ostaje u mikrostrukturi, ograničavanje učinkovitosti pri visokim temperaturama i otpornosti na oksidaciju iznad 1300 °C.
2.2 Aditivna proizvodnja i proizvodnja gotovo neto oblika
Trenutačna otkrića u aditivnoj proizvodnji (AM), posebno mlazom veziva i stereolitografijom korištenjem praha SiC ili prekeramičkih polimera, omogućuju izradu zamršenih geometrija koje su prije bile nedostižne konvencionalnim pristupima.
U keramici dobivenoj od polimera (PDC) rute, tekući SiC preteče nastaju 3D ispisom, a zatim se piroliziraju pri zagrijavanju kako bi se proizveo amorfni ili nanokristalni SiC, obično treba više zgušnjavanja.
Ove tehnike smanjuju cijene strojne obrade i otpad proizvoda, čineći SiC mnogo dostupnijim za zrakoplovstvo, nuklearni, i aplikacije toplog izmjenjivača gdje složeni rasporedi povećavaju učinkovitost.
Radnje naknadne obrade kao što je infiltracija kemijskom parom (CVI) ili curenje tekućeg silicija (LSI) ponekad se koriste za poboljšanje gustoće i mehaničke stabilnosti.
3. Mehanički, Toplinski, i Ekološka učinkovitost
3.1 Snaga, Tvrdoća, i Koristite otpor
Silicijev karbid ubraja se među najteže priznate proizvode, s Mohsovom čvrstoćom ~ 9.5 a Vickersova čvrstoća nadmašuje 25 Prosjek ocjena, što ga čini vrlo otpornim na abraziju, dezintegracija, i struganje.
Njegova čvrstoća na savijanje općenito se kreće od 300 do 600 MPa, oslanjajući se na pristup obradi i veličinu zrna, i zadržava žilavost na temperaturama do 1400 °C u inertnim ambijentima.
Snaga loma, dok je skroman (~ 3– 4 MPa · m 1ST/ DVA), je dovoljan za mnoge arhitektonske primjene, posebno kada je integriran s potporom od vlakana u keramičkim matričnim kompozitima (CMC-ovi).
CMC na bazi SiC-a koriste se u turbinskim lopaticama, obloge ložišta, i kočni sustavi, gdje osiguravaju uštedu troškova težine, učinkovitost plina, i produljeni vijek trajanja u odnosu na metalne ekvivalente.
Njegova izuzetna otpornost na trošenje čini SiC savršenim za brtve, ležajevi, elementi pumpe, i balistički štit, gdje je čvrstoća pod ekstremnim mehaničkim opterećenjem kritična.
3.2 Toplinska vodljivost i sigurnost od oksidacije
Jedno od najkorisnijih stambenih ili poslovnih svojstava SiC-a je njegova visoka toplinska vodljivost– približno 490 W/m · K za monokristal 4H-SiC i ~ 30– 120 W/m · K za polikristalne vrste– nadilazeći mnogo metala i omogućujući učinkovitu disipaciju topline.
Ova stambena nekretnina važna je u energetskoj elektronici, gdje SiC uređaji generiraju puno manje otpadne topline i mogu raditi s većom gustoćom snage od naprava na bazi silicija.
Na povišenim temperaturama u oksidirajućim sredinama, SiC stvara zaštitni silicij (SiO ₂) sloj koji smanjuje dodatnu oksidaciju, nudeći dobru ekološku čvrstoću koliko ~ 1600 °C.
Usprkos tome, u atmosferama bogatim vodenom parom, ovaj sloj može ispariti kao Si(OH)₄, što rezultira ubrzanom razgradnjom– ključni izazov u primjenama plinskih turbina.
4. Napredne primjene u energetici, Elektronički uređaji, i Aerospace
4.1 Energetski elektronički uređaji i poluvodički uređaji
Silicijev karbid transformirao je energetsku elektroniku omogućivši gadgete kao što su Schottky diode, MOSFET-ovi, i JFET-ovi koji rade na višim naponima, frekvencije, i temperature od silicijskih podudarnosti.
Ovi alati smanjuju gubitke energije u električnim vozilima, pretvarači obnovljive energije, i komercijalni elektromotorni pogoni, dodavanje globalnih poboljšanja energetske učinkovitosti.
Sposobnost rada na prekomjernoj temperaturi spoja 200 °C omogućuje pojednostavljene sustave hlađenja i povećanu pouzdanost sustava.
Nadalje, SiC pločice se koriste kao supstrati za galijev nitrid (GaN) epitaksija u tranzistorima visoke pokretljivosti elektrona (HEMTs), integrirajući prednosti oba širokopojasna poluvodiča.
4.2 Nuklearna, Aerospace, i optička oprema
U atomskim elektranama, SiC je ključni element obloge goriva otporne na nezgode, gdje je njegov smanjeni presjek apsorpcije neutrona, otpornost na zračenje, i otpornost na visoke temperature poboljšavaju sigurnost i učinkovitost.
U zrakoplovstvu, Kompoziti ojačani SiC vlaknima koriste se u mlaznim motorima i hipersoničnim automobilima zbog svoje male težine i toplinske stabilnosti.
Nadalje, ultra-glatka SiC zrcala koriste se prije teleskopa zbog visokog omjera krutosti i gustoće, toplinska stabilnost, i mogućnost poliranja do subnanometarske hrapavosti.
Ukratko, silicij karbid keramika stoji za temelj modernih naprednih materijala, kombinirajući izvanredne mehaničke, toplinski, i digitalna svojstva.
Uz specifičnu kontrolu politipa, mikrostruktura, i rukovanje, SiC ostaje omogućiti tehnološke inovacije u energetici, prijevoz, i inženjering ekstremnih postavki.
5. Dobavljač
TRUNNANO je dobavljač sferičnog volframovog praha s preko 12 godine iskustva u očuvanju energije u nanogradnjama i razvoju nanotehnologije. Prihvaća plaćanje putem kreditne kartice, T/T, West Union i Paypal. Trunnano će slati robu kupcima u inozemstvu putem FedExa, DHL, zračnim putem, ili morem. Ako želite saznati više o sferičnom prahu od volframa, slobodno nas kontaktirajte i pošaljite upit([email protected]).
oznake: silicij karbid keramika,keramički proizvodi od silicijevog karbida, keramička industrija
Svi članci i slike su s interneta. Ako postoje problemi s autorskim pravima, kontaktirajte nas na vrijeme za brisanje.
Upitajte nas