1. სილიციუმის კარბიდის კრისტალური სტრუქტურა და პოლიტიპიზმი
1.1 კუბური და ექვსკუთხა პოლიტიპები: 3C-დან 6H-მდე და წარსული
(სილიკონის კარბიდის კერამიკა)
სილიციუმის კარბიდი (SiC) არის კოვალენტურად წებოვანი კერამიკა, რომელიც შედგება სილიციუმის და ნახშირბადის ატომებისგან, რომლებიც დაყენებულია ტეტრაედრულ სინქრონიზაციით, მასალის მეცნიერებაში პოლიტიპიზმის ერთ-ერთი ყველაზე რთული სისტემის შექმნა.
განსხვავებით ბევრი კერამიკისგან მარტოხელა სტაბილური ბროლის ჩარჩოთი, SiC არსებობს მეტი 250 ცნობილი პოლიტიპები– მჭიდროდ შეფუთული Si-C ორ ფენების მკაფიო დაწყობის თანმიმდევრობა c-ღერძის გასწვრივ– განსხვავდება კუბური 3C-SiC-დან (დამატებით მოიხსენიება როგორც β-SiC) ექვსკუთხა 6H-SiC-მდე და რომბოედრულ 15R-SiC-მდე.
ერთ-ერთი ყველაზე ჩვეულებრივი პოლიტიპი, რომელიც გამოიყენება დიზაინის აპლიკაციებში, არის 3C (კუბური), 4ჰ, და 6H (ორივე ექვსკუთხა), თითოეული გვიჩვენებს ცოტა სხვადასხვა ელექტრონული ზოლის სტრუქტურებს და თერმული კონდუქტომეტრებს.
3C-SiC, თავისი თუთიის ბლენდის ჩარჩოთი, აქვს ყველაზე ვიწრო ზოლი (~ 2.3 eV) და ჩვეულებრივ გაფართოებულია სილიკონის სუბსტრატებზე ნახევარგამტარული ხელსაწყოებისთვის, ხოლო 4H-SiC უზრუნველყოფს ელექტრონების საოცარ მოქნილობას და ხელსაყრელია მაღალი სიმძლავრის ელექტრონული მოწყობილობებისთვის.
Si-ის მყარი კოვალენტური კავშირი და მიმართულების ბუნება– C ბმა ანიჭებს განსაკუთრებულ სიმყარეს, თერმული უსაფრთხოება, და წინააღმდეგობა სრიალისა და ქიმიური შეტევის მიმართ, ხდის SiC იდეალური ექსტრემალური გარემოს გამოყენებისთვის.
1.2 საკითხები, დოპინგი, და ციფრული რეზიდენცია
მიუხედავად მისი სტრუქტურული სირთულისა, SiC შეიძლება დოპინგი იყოს როგორც n-ტიპის, ისე p-ტიპის გამტარობის მისაღწევად, საშუალებას იძლევა მისი გამოყენება ნახევარგამტარ მოწყობილობებში.
აზოტი და ფოსფორი ემსახურება როგორც დამაბინძურებლებს, ელექტრონების შეყვანა პირდაპირ გადაცემის ზოლში, ხოლო მსუბუქი ალუმინი და ბორი მუშაობს აქცეპტორებად, წარმოქმნის ხვრელებს ვალენტობის ზოლში.
მიუხედავად ამისა, p-ტიპის დოპინგის ეფექტურობა შეზღუდულია აქტივაციის მაღალი სიმძლავრით, განსაკუთრებით 4H-SiC-ში, რაც დაბრკოლებებს უქმნის ხელსაწყოების ბიპოლარული განლაგებას.
მშობლიური დეფექტები, როგორიცაა ხრახნების არასწორი განლაგება, მიკრომილები, და დაწყობის შეცდომებმა შეიძლება შეასუსტოს ხელსაწყოს მუშაობა რეკომბინაციის საშუალებების ან გაჟონვის კურსების მოქმედებით, მოთხოვნადი უმაღლესი დონის ერთკრისტალური განვითარება ელექტრონული აპლიკაციებისთვის.
უზარმაზარი ბანდაჟი (2.3– 3.3 eV დამოკიდებულია პოლიტიპზე), მაღალი უკმარისობის ელექტრო ზონა (~ 3 მვ/სმ), და შესანიშნავი თბოგამტარობა (~ 3– 4 W/m · K 4H-SiC-სთვის) ხდის SiC-ს ბევრად აღემატება სილიკონს მაღალ ტემპერატურაზე, მაღალი ძაბვის, და მაღალი სიხშირის დენის ელექტრონიკა.
2. მართვა და მიკროსტრუქტურული დიზაინი
( სილიკონის კარბიდის კერამიკა)
2.1 აგლომერაციისა და დენსიფიკაციის ტექნიკა
სილიციუმის კარბიდი ბუნებრივად რთულია გამკვრივება მისი ძლიერი კოვალენტური კავშირისა და თვითდიფუზიის შემცირებული კოეფიციენტების გამო., სჭირდება დამუშავების ინოვაციური ტექნიკა სრული სიმკვრივის მისაღწევად დანამატების გარეშე ან ძალიან მცირე აგლომერაციის დახმარებით.
სუბმიკრონული SiC ფხვნილების უწნეო შედუღება შესაძლებელია ბორის და ნახშირბადის გაძლიერებით, რომლებიც ხელს უწყობენ გამკვრივებას ოქსიდის ფენების ლიკვიდაციით და მყარ მდგომარეობაში დიფუზიის გაძლიერებით.
თბილი ბიძგი ახდენს ცალღერძულ წნევას სახლის გათბობისას, სრული გამკვრივების საშუალებას შემცირებულ ტემპერატურულ დონეზე (~ 1800 წ– 2000 ° C )და წარმოქმნის წვრილმარცვლოვანს, მაღალი სიმტკიცის კომპონენტები იდეალურია მოწყობილობების შესამცირებლად და ნაწილების დასაყენებლად.
დიდი ან რთული ფორმებისთვის, გამოიყენება საპასუხო კავშირი, სადაც ფოროვანი ნახშირბადის პრეფორმები შეაღწევს გამდნარ სილიციუმს ~-ზე 1600 ° C, ქმნის β-SiC in situ მარგინალური შეკუმშვით.
მიუხედავად ამისა, ნარჩენი უსასყიდლო სილიციუმი (~ 5– 10%) რჩება მიკროსტრუქტურაში, შეზღუდავს მაღალი ტემპერატურის ეფექტურობას და ჟანგვის წინააღმდეგობას ზემოთ 1300 ° C.
2.2 დანამატების წარმოება და თითქმის ქსელის ფორმის წარმოება
ამჟამინდელი მიღწევები დანამატების წარმოებაში (AM), კონკრეტულად შემკვრელის შერევა და სტერეოლითოგრაფია SiC ფხვნილების ან პრეკერამიკული პოლიმერების გამოყენებით, საშუალებას აძლევს შექმნას რთული გეომეტრიები, რომლებიც ადრე მიუღწეველი იყო ჩვეულებრივი მიდგომებით.
პოლიმერული წარმოშობის კერამიკაში (PDC) მარშრუტები, თხევადი SiC წინამორბედები წარმოიქმნება 3D ბეჭდვით და შემდეგ პიროლიზირდება სიცხეზე ამორფული ან ნანოკრისტალური SiC-ის წარმოქმნით., ჩვეულებრივ სჭირდება მეტი გამკვრივება.
ეს ტექნიკა ამცირებს დამუშავების ფასებს და პროდუქტის ნარჩენებს, ხდის SiC-ს ბევრად უფრო ხელმისაწვდომს საჰაერო კოსმოსისთვის, ბირთვული, და თბილი გადამცვლელი აპლიკაციები, სადაც რთული განლაგება აძლიერებს ეფექტურობას.
დამუშავების შემდგომი მოქმედებები, როგორიცაა ქიმიური ორთქლის ინფილტრაცია (CVI) ან თხევადი სილიციუმის გაჟონვა (LSI) ზოგჯერ გამოიყენება სიმკვრივისა და მექანიკური სტაბილურობის გასაუმჯობესებლად.
3. მექანიკური, თერმული, და გარემოს ეფექტურობა
3.1 სიძლიერე, სიხისტე, და გამოიყენეთ წინააღმდეგობა
სილიციუმის კარბიდი არის ყველაზე რთულად აღიარებულ პროდუქტებს შორის, მოჰს სიმყარით ~ 9.5 და ვიკერსის სიმტკიცე აღემატება 25 საშუალო ქულა, ხდის მას მაღალ იმუნურ აბრაზიას, დაშლა, და გახეხვა.
მისი მოქნილობის სიძლიერე ზოგადად მერყეობს 300 რომ 600 მპა, დამუშავების მიდგომასა და მარცვლის ზომაზე დაყრდნობით, და ის ინარჩუნებს სიმტკიცეს ტემპერატურამდე 1400 ° C ინერტულ გარემოში.
მოტეხილობის სიძლიერე, ხოლო მოკრძალებული (~ 3– 4 MPa · m 1ST/ TWO), საკმარისია მრავალი არქიტექტურული აპლიკაციისთვის, კონკრეტულად, როდესაც ინტეგრირებულია ბოჭკოვანი საყრდენით კერამიკული მატრიცის კომპოზიტებში (CMC-ები).
SiC-ზე დაფუძნებული CMC გამოიყენება ტურბინის პირებში, საწვავის გარსაცმები, და სამუხრუჭე სისტემები, სადაც ისინი უზრუნველყოფენ წონის დაზოგვას, გაზის ეფექტურობა, და ხანგრძლივი მომსახურების ვადა მეტალის ეკვივალენტებზე.
მისი განსაკუთრებული აცვიათ წინააღმდეგობა ხდის SiC სრულყოფილს ბეჭდებისთვის, საკისრები, ტუმბოს ელემენტები, და ბალისტიკური ფარი, სადაც სიმტკიცე უკიდურესი მექანიკური დატვირთვის დროს კრიტიკულია.
3.2 თბოგამტარობისა და ჟანგვის უსაფრთხოება
SiC-ის ერთ-ერთი ყველაზე სასარგებლო საცხოვრებელი ან კომერციული საკუთრებაა მისი მაღალი თბოგამტარობა– დაახლოებით 490 W/m · K ერთკრისტალური 4H-SiC და ~ 30– 120 W/m · K პოლიკრისტალური ტიპებისთვის– სცილდება ბევრი ლითონის დონეს და შესაძლებელს ხდის სითბოს ეფექტური გაფრქვევას.
ეს საცხოვრებელი საკუთრება მნიშვნელოვანია ელექტროენერგიის ელექტრონიკაში, სადაც SiC მოწყობილობები წარმოქმნიან გაცილებით ნაკლებ ნარჩენ სითბოს და შეუძლიათ იმუშაონ უფრო დიდი სიმძლავრით, ვიდრე სილიკონზე დაფუძნებული გაჯეტები.
ამაღლებული ტემპერატურის დონეზე ჟანგვის გარემოში, SiC ქმნის დამცავ სილიციუმს (SiO 2) ფენა, რომელიც ამცირებს დამატებით დაჟანგვას, გვთავაზობს კარგ ეკოლოგიურ სიმტკიცეს ისევე როგორც ~ 1600 ° C.
მიუხედავად ამისა, წყლის ორთქლით მდიდარ ატმოსფეროში, ამ ფენას შეუძლია აორთქლდეს Si-ის სახით(ოჰ)₄, რის შედეგადაც ხდება დაჩქარებული დეგრადაცია– მთავარი გამოწვევა გაზის ტურბინების გამოყენებაში.
4. გაფართოებული აპლიკაციები ენერგეტიკაში, ელექტრონული მოწყობილობები, და აერონავტიკა
4.1 ენერგეტიკული ელექტრონული მოწყობილობები და ნახევარგამტარული გაჯეტები
სილიკონის კარბიდმა გარდაქმნა ენერგეტიკული ელექტრონიკა და შესაძლებელი გახადა ისეთი გაჯეტები, როგორიცაა Schottky diodes, MOSFET-ები, და JFET-ები, რომლებიც მუშაობენ უფრო მაღალ ძაბვაზე, სიხშირეები, და ტემპერატურა, ვიდრე სილიკონის შესატყვისები.
ეს ხელსაწყოები ამცირებს ენერგიის დანაკარგებს ელექტრო მანქანებში, განახლებადი ენერგიის ინვერტორები, და კომერციული ელექტროძრავის ამძრავები, ემატება გლობალური ენერგოეფექტურობის გაუმჯობესებას.
შეერთების ტემპერატურის დონეზე მუშაობის შესაძლებლობა 200 ° C იძლევა გაგრილების სისტემების გამარტივებას და სისტემის საიმედოობის ამაღლებას.
უფრო მეტიც, SiC ვაფლები გამოიყენება როგორც სუბსტრატები გალიუმის ნიტრიდისთვის (GaN) ეპიტაქსია მაღალი ელექტრომობილურობის ტრანზისტორებში (HEMTs), ორივე ფართო ზოლიანი ნახევარგამტარის უპირატესობების ინტეგრირება.
4.2 ბირთვული, აერონავტიკა, და ოპტიკური აღჭურვილობა
ატომურ ელექტროსადგურებში, SiC არის უბედური შემთხვევისადმი ტოლერანტული საწვავის საფარის ძირითადი ელემენტი, სადაც მისი შემცირებული ნეიტრონის შთანთქმის განივი, რადიაციის წინააღმდეგობა, და მაღალი ტემპერატურის სიმტკიცე აუმჯობესებს უსაფრთხოებას და უსაფრთხოებას და ეფექტურობას.
აერონავტიკაში, SiC ბოჭკოვანი გამაგრებული კომპოზიტები გამოიყენება რეაქტიულ ძრავებში და ჰიპერბგერით მანქანებში მათი მსუბუქი და თერმული სტაბილურობისთვის..
უფრო მეტიც, ულტრა გლუვი SiC სარკეები გამოიყენება ტელესკოპების წინ, მათი მაღალი სიხისტე-სიმკვრივის პროპორციის გამო., თერმული სტაბილურობა, და გაპრიალება ქვენანომეტრულ უხეშობამდე.
მოკლედ, სილიციუმის კარბიდის კერამიკა წარმოადგენს თანამედროვე მოწინავე მასალების საყრდენ ქვას, აერთიანებს გამორჩეულ მექანიკას, თერმული, და ციფრული თვისებები.
პოლიტიპის სპეციფიკური კონტროლით, მიკროსტრუქტურა, და დამუშავება, SiC რჩება ძალაში ტექნოლოგიური ინოვაციების გასააქტიურებლად, ტრანსპორტი, და ექსტრემალური დაყენების ინჟინერია.
5. მიმწოდებელი
TRUNNANO არის სფერული ვოლფრამის ფხვნილის მიმწოდებელი 12 ნანო-შენობის ენერგიის დაზოგვისა და ნანოტექნოლოგიის განვითარების მრავალწლიანი გამოცდილება. იგი იღებს გადახდას საკრედიტო ბარათით, T/T, West Union და Paypal. Trunnano საქონელს მიაწვდის კლიენტებს საზღვარგარეთ FedEx-ის მეშვეობით, DHL, საჰაერო გზით, ან ზღვით. თუ გსურთ მეტი იცოდეთ სფერული ვოლფრამის ფხვნილის შესახებ, გთხოვთ მოგერიდებათ დაგვიკავშირდეთ და გამოგვიგზავნოთ შეკითხვა([email protected]).
ტეგები: სილიციუმის კარბიდის კერამიკა,სილიციუმის კარბიდის კერამიკული პროდუქტები, ინდუსტრიის კერამიკა
ყველა სტატია და სურათი არის ინტერნეტიდან. თუ არის საავტორო უფლებების პრობლემები, გთხოვთ დროულად დაგვიკავშირდეთ წასაშლელად.
გამოგვიკითხეთ