1. სილიციუმის კარბიდის ფუნდამენტური ჩარჩო და პოლიმორფიზმი
1.1 კრისტალური ქიმია და პოლიტიპური მრავალფეროვნება
(სილიკონის კარბიდის კერამიკა)
სილიციუმის კარბიდი (SiC) არის კოვალენტურად წებოვანი კერამიკული პროდუქტი, რომელიც შედგება სილიციუმის და ნახშირბადის ატომებისგან, რომლებიც დამონტაჟებულია ტეტრაედრულ კონტროლში, უაღრესად სტაბილური და მტკიცე ბროლის გისოსების შემუშავება.
ბევრი ჩვეულებრივი კერამიკისგან განსხვავებით, SiC-ს არ ჰყავს მარტოხელა, განსხვავებული ბროლის ჩარჩო; სამაგიეროდ, ის ავლენს შთამბეჭდავ შეგრძნებას, რომელიც ცნობილია როგორც პოლიტიპიზმი, სადაც იგივე ქიმიური სტრუქტურა შეიძლება გადაიზარდოს 250 განსხვავებული პოლიტიპები, თითოეული იცვლება მჭიდროდ შეფუთული ატომური ფენების დაწყობის თანმიმდევრობით.
ერთ-ერთი ყველაზე ტექნოლოგიურად მნიშვნელოვანი პოლიტიპია 3C-SiC (კუბური, თუთიის ბლენდის ჩარჩო), 4H-SiC, და 6H-SiC (ორივე ექვსკუთხა), თითოეული გთავაზობთ სხვადასხვა ელექტრონულ, თერმული, და მექანიკური შენობები.
3C-SiC, ასევე მოუწოდა ბეტა-SiC, ჩვეულებრივ წარმოიქმნება შემცირებულ ტემპერატურაზე და მეტასტაბილურია, ხოლო 4H და 6H პოლიტიპები, მოხსენიებულია როგორც alpha-SiC, ბევრად უფრო თერმულად სტაბილურია და ზოგადად გამოიყენება მაღალი ტემპერატურისა და ციფრული აპლიკაციებში.
ეს სტრუქტურული მრავალფეროვნება იძლევა მიზნობრივი მასალის ვარიანტს დანიშნულ აპლიკაციაზე დაყრდნობით, იქნება ეს ელექტრონულ მოწყობილობებში, მაღალსიჩქარიანი დამუშავება, ან მძიმე თერმული გარემო.
1.2 შემაკავშირებელი თვისებები და შედეგის მახასიათებელი
SiC-ის გამძლეობა გამომდინარეობს მისი ძლიერი კოვალენტური Si-C ბმებიდან, რომლებიც ხანმოკლეა და ძალიან მიმართულები, რის შედეგადაც ხისტი სამგანზომილებიანი ქსელი.
ეს შემაკავშირებელი მოწყობა წარმოადგენს ფენომენალურ მექანიკურ სახლებს, მაღალი სიმყარის ჩათვლით (ჩვეულებრივ 25– 30 GPa ვიკერსის დიაპაზონში), გამორჩეული მოქნილობის გამძლეობა (რამდენიც 600 MPa აგლომერირებული ტიპებისთვის), და კარგი ბზარის სიმტკიცე სხვა კერამიკასთან დაკავშირებით.
კოვალენტური ბუნება ასევე მატებს SiC-ის მაღალ თბოგამტარობას, რომელიც შეიძლება 120-მდე მიაღწიოს– 490 W/m · K ეყრდნობა პოლიტიპს და სისუფთავეს– მსგავსია ზოგიერთი ლითონისა და ბევრად აღემატება არქიტექტურულ ფაიფურს.
უფრო მეტიც, SiC ავლენს თერმული განვითარების დაბალ კოეფიციენტს, დაახლოებით 4.0– 5.6 × 10 ⁶6/ კ, რომელიც, როდესაც შერწყმულია მაღალ თბოგამტარობასთან, მას აქვს შესანიშნავი თერმული შოკის წინააღმდეგობა.
ეს ნიშნავს, რომ SiC კომპონენტებს შეუძლიათ განახორციელონ ტემპერატურის სწრაფი კორექტირება გატეხვის გარეშე, გადამწყვეტი ატრიბუტი ისეთ აპლიკაციებში, როგორიცაა გამათბობელი ნაწილები, თბილი გადამცვლელები, და საჰაერო კოსმოსური თერმული თავდაცვის სისტემები.
2. სილიკონის კარბიდის კერამიკის სინთეზისა და მართვის სტრატეგიები
( სილიკონის კარბიდის კერამიკა)
2.1 ძირითადი წარმოების მიდგომები: აჩესონიდან მოწინავე სინთეზამდე
სილიციუმის კარბიდის სამრეწველო წარმოება იწყება მე -19 საუკუნის ბოლოს აჩესონის პროცედურის განვითარებით., კარბოთერმული შემცირების მეთოდი, რომელშიც მაღალი სისუფთავის სილიციუმი (SiO 2) და ნახშირბადი (ჩვეულებრივ ნავთობის კოქსი) თბება ზემოთ ტემპერატურამდე 2200 ° C ელექტრული წინააღმდეგობის გამათბობელში.
მიუხედავად იმისა, რომ ეს მეთოდი აგრძელებს ჩვეულებრივ გამოყენებას ნედლი SiC ფხვნილის წარმოებისთვის აბრაზიული და ცეცხლგამძლე მასალებისთვის, იგი იძლევა მასალას მინარევებითა და არათანაბარი ნაწილაკების მორფოლოგიით, ზღუდავს მის გამოყენებას მაღალი ხარისხის კერამიკაში.
თანამედროვე გაუმჯობესებებმა განაპირობა სინთეზის ალტერნატიული გზები, როგორიცაა ქიმიური ორთქლის დეპონირება (CVD), რომელიც ქმნის ულტრა მაღალ სისუფთავეს, ერთკრისტალური SiC ნახევარგამტარული გამოყენებისთვის, და ლაზერული დახმარებით ან პლაზმური გაძლიერებული სინთეზი ნანომასშტაბიანი ფხვნილებისთვის.
ეს დახვეწილი ტექნიკა იძლევა ზუსტი კონტროლის საშუალებას სტექიომეტრიაზე, ნაწილაკების განზომილება, და ფაზის სისუფთავე, მნიშვნელოვანია SiC დიზაინის სპეციფიკურ მოთხოვნებზე მორგებისთვის.
2.2 დენსიფიკაცია და მიკროსტრუქტურული კონტროლი
SiC ფაიფურის წარმოების საუკეთესო სირთულეებს შორის არის სრული გამკვრივების მიღწევა მისი ძლიერი კოვალენტური კავშირისა და დაბალი თვითდიფუზიის კოეფიციენტების გამო., რომლებიც აფერხებენ სტანდარტულ აგლომერაციას.
ამის დასაძლევად, შემუშავებულია დენსიფიკაციის რამდენიმე სტრატეგია.
რეაქტიული შემაკავშირებელი გულისხმობს ფოროვანი ნახშირბადის პრეფორმის შეღწევას გამდნარი სილიკონით, რომელიც რეაგირებს SiC-ის განვითარებაზე in situ, რის შედეგადაც თითქმის ქსელის ფორმის კომპონენტი ძალიან მცირე შეკუმშვით.
უწნეო აგლომერაცია მიიღწევა შედუღების დამხმარე საშუალებების ჩათვლით, როგორიცაა ბორი და ნახშირბადი, რომლებიც რეკლამირებენ მარცვლეულის დიფუზიას და აცილებენ ფორებს.
თბილი წნეხი და ცხელი იზოსტატიკური წნეხი (ჰიპ) გამოიყენეთ გარე სტრესი მთელი გათბობის განმავლობაში, დაბალ ტემპერატურულ დონეზე სრული შეკუმშვის საშუალებას და შესანიშნავ მექანიკური საცხოვრებელი ან კომერციული თვისებების მქონე მასალების შექმნას.
დამუშავების ეს მიდგომები შესაძლებელს ხდის წვრილმარცვლოვანი SiC ნაწილების აგებას, ერთიანი მიკროსტრუქტურები, მნიშვნელოვანია მაქსიმალური სიძლიერისთვის, აცვიათ წინააღმდეგობა, და მთლიანობას.
3. პრაქტიკული ეფექტურობა და მრავალფუნქციური აპლიკაციები
3.1 თერმული და მექანიკური გამძლეობა მძიმე გარემოში
სილიციუმის კარბიდის ფაიფური გამორჩეულად ემთხვევა პროცედურებს მძიმე პრობლემების დროს, რადგან მათი უნარი შეინარჩუნონ სტრუქტურული სტაბილურობა სიცხეზე., წინააღმდეგობა გაუწიოს დაჟანგვას, და გაუძლოს მექანიკურ ცვეთას.
ჟანგვის გარემოში, SiC ქმნის უსაფრთხოების სილიციუმს (SiO 2) ფენა მისი ზედაპირის ფართობზე, რაც ამცირებს შემდგომ დაჟანგვას და იძლევა მუდმივ გამოყენებას ტემპერატურის დონეზე, რამდენადაც 1600 ° C.
ეს არის ჟანგვის წინააღმდეგობა, ინტეგრირებული მაღალი ცოცვის წინააღმდეგობასთან, ხდის SiC შესაფერისს გაზის გენერატორების ნაწილებისთვის, წვის კამერები, და მაღალი ეფექტურობის თბილი გადამცვლელები.
მისი განსაკუთრებული სიხისტე და აბრაზიას წინააღმდეგობა გამოიყენება კომერციულ პროგრამებში, როგორიცაა ტუმბოს ნაწილები, ქვიშის საქშენები, და საჭრელი მოწყობილობები, სადაც ლითონის ალტერნატივა სწრაფად გაუარესდება.
მეტიც, SiC-ის შემცირებული თერმული გაფართოება და მაღალი თბოგამტარობა მას რეკომენდებულ პროდუქტად აქცევს კოსმოსურ ტელესკოპებსა და ლაზერულ სისტემებში სარკეებისთვის., სადაც განზომილებიანი უსაფრთხოება თერმული ველოსიპედის პირობებში სასიცოცხლოდ მნიშვნელოვანია.
3.2 ელექტრო და ნახევარგამტარული აპლიკაციები
მისი სტრუქტურული სარგებლობის მიღმა, სილიციუმის კარბიდი ასრულებს ტრანსფორმაციულ ფუნქციას ენერგეტიკული ელექტრონიკის სფეროში.
4H-SiC, კერძოდ, ფლობს უხეშად ფართო ზოლს 3.2 eV, საშუალებას აძლევს მოწყობილობებს იმუშაონ მაღალ ძაბვაზე, ტემპერატურა, და გადართვის კანონზომიერებები, ვიდრე ტრადიციული სილიკონზე დაფუძნებული ნახევარგამტარები.
ეს იწვევს ელექტრო ინსტრუმენტებს– როგორიცაა შოთკის დიოდები, MOSFET-ები, და JFET-ები– მნიშვნელოვნად შემცირებული ენერგიის დანაკარგებით, უფრო მცირე ზომის, და გაიზარდა ეფექტურობა, რომლებიც ამჟამად ფართოდ გამოიყენება ელექტრომობილებში, განახლებადი რესურსების ინვერტორები, და გონივრული ბადის სისტემები.
SiC-ის მაღალი გაუმართაობის ელექტრული არე (შესახებ 10 სილიციუმზე მეტი) იძლევა თხელი დრიფტის ფენების საშუალებას, წინააღმდეგობის მინიმუმამდე შემცირება და გაჯეტის მუშაობის გაუმჯობესება.
უფრო მეტიც, SiC-ის მაღალი თბოგამტარობა ხელს უწყობს სითბოს წარმატებით გაფანტვას, კონდიცირების დიდი სისტემების საჭიროების მინიმუმამდე შემცირება და კიდევ უფრო მცირე ზომის შესაძლებლობა, საიმედო ელექტრონული კომპონენტები.
4. წარმოქმნილი საზღვრები და მომავლის მიმოხილვა სილიკონის კარბიდის ტექნოლოგიაში
4.1 კომბინაცია მოწინავე ენერგიისა და აერონავტიკის გადაწყვეტილებებში
მოწესრიგებულ ენერგიაზე და ენერგიულ ტრანსპორტზე განმეორებადი გადასვლა იწვევს SiC-ზე დაფუძნებულ ელემენტებზე შეუდარებელ მოთხოვნას..
მზის ინვერტორებში, ქარის ენერგიის გადამყვანები, და ბატარეის მართვის სისტემები, SiC ხელსაწყოები ზრდის ენერგიის კონვერტაციის ეფექტურობას, პირდაპირ მცირდება ნახშირბადის გამონადენი და საოპერაციო ხარჯები.
აერონავტიკაში, SiC ბოჭკოვანი გამაგრებული SiC მატრიცის კომპოზიტები (SiC/SiC CMC) იქმნება ქარის ტურბინის პირებისთვის, საწვავის გარსაცმები, და თერმული უსაფრთხოების სისტემები, უზრუნველყოფს წონის დაზოგვას და ეფექტურობის გაზრდას ნიკელზე დაფუძნებულ სუპერშენადნობებთან შედარებით.
ამ კერამიკული მატრიცის კომპოზიტებს შეუძლიათ მუშაობა აღემატებოდეს ტემპერატურაზე 1200 ° C, შესაძლებელს ხდის შემდეგი თაობის რეაქტიულ ძრავებს უფრო დიდი ბიძგს-წონის პროპორციებით და გაუმჯობესებული გაზის მაჩვენებლებით.
4.2 ნანოტექნოლოგია და კვანტური აპლიკაციები
ნანო მასშტაბით, სილიციუმის კარბიდი აჩვენებს განსხვავებულ კვანტურ შენობებს, რომლებიც შემოწმდება შემდეგი თაობის ტექნოლოგიებისთვის.
გარკვეული პოლიტიპები SiC მასპინძელი სილიკონის ღიობები და დივაკანტები, რომლებიც მოქმედებს როგორც სპინ-აქტიური საკითხები, მოქმედებს როგორც კვანტური პატარა ბიტები (კუბიტები) კვანტური კომპიუტერისთვის და კვანტური შემჩნევის აპლიკაციებისთვის.
ამ პრობლემების ოპტიკური ჩატვირთვა შესაძლებელია, კონტროლირებადი, და გადახედეთ ოთახის ტემპერატურაზე, მნიშვნელოვანი სარგებელი ბევრ სხვა კვანტურ სისტემასთან შედარებით, რომლებიც მოითხოვს კრიოგენურ პრობლემებს.
მეტიც, SiC ნანომავთულები და ნანონაწილაკები იკვლევენ საველე ემისიის გაჯეტებში გამოსაყენებლად, ფოტოკატალიზი, და ბიოსამედიცინო ვიზუალიზაცია მათი მაღალი ასპექტის თანაფარდობის გამო, ქიმიური უსაფრთხოება, და რეგულირებადი ელექტრონული საცხოვრებელი ან კომერციული ობიექტები.
როგორც სწავლა პროგრესირებს, SiC-ის ასიმილაცია კვანტურ სისტემებში და ნანოელექტრომექანიკურ მოწყობილობებში (NEMS) ჰპირდება თავისი მოვალეობის გაზრდას ტრადიციული დიზაინის დომენების მიღმა.
4.3 მდგრადობა და სასიცოცხლო ციკლის ფაქტორები, რომლებიც გასათვალისწინებელია
SiC-ის წარმოება ენერგო ინტენსიურია, განსაკუთრებით მაღალტემპერატურულ სინთეზსა და შედუღების პროცესებში.
მიუხედავად ამისა, SiC ელემენტების გრძელვადიანი სარგებელი– როგორიცაა გახანგრძლივებული სიცოცხლის ხანგრძლივობა, შემცირებული შენარჩუნება, და გაუმჯობესდა სისტემის ეფექტურობა– ჩვეულებრივ აღემატება საწყის ეკოლოგიურ ზემოქმედებას.
მიმდინარეობს ინიციატივები კიდევ უფრო მდგრადი საწარმოო მარშრუტების შესაქმნელად, რომელიც შედგება მიკროტალღური ღუმელის დახმარებით აგლომერაციისგან, დანამატების წარმოება (3D ბეჭდვა) SiC, და ნახევარგამტარული ვაფლის დამუშავებიდან SiC ნარჩენების გადამუშავება.
ეს მიღწევები მიზნად ისახავს ენერგიის მოხმარების შემცირებას, მატერიალური ნარჩენების მინიმუმამდე შემცირება, და მრგვალი ეკონომიკური კლიმატის მხარდაჭერა მოწინავე მასალების სექტორებში.
დასასრულს, სილიციუმის კარბიდის ფაიფური წარმოადგენს თანამედროვე პროდუქტების მეცნიერების ქვაკუთხედს, ხიდის ხიდი არქიტექტურულ გამძლეობასა და პრაქტიკულ მოქნილობას შორის.
სუფთა ენერგეტიკული სისტემების ჩართვიდან დაწყებული კვანტური ინოვაციების გაძლიერებამდე, SiC რჩება ხელახლა განსაზღვროს საზღვრები, რაც შესაძლებელია დიზაინსა და სამეცნიერო კვლევაში.
როდესაც დამუშავების ტექნიკა წინ მიიწევს და ჩნდება სრულიად ახალი აპლიკაციები, სილიციუმის კარბიდის მომავალი ძალიან ნათელი რჩება.
5. მიმწოდებელი
Advanced Ceramics დაარსდა ოქტომბერში 17, 2012, არის მაღალტექნოლოგიური საწარმო, რომელიც ერთგულია კვლევისა და განვითარებისათვის, წარმოება, დამუშავება, კერამიკული მასალებისა და პროდუქტების გაყიდვები და ტექნიკური მომსახურება. ჩვენი პროდუქცია მოიცავს, მაგრამ არ შემოიფარგლება ბორის კარბიდის კერამიკულ პროდუქტებზე, ბორის ნიტრიდის კერამიკული პროდუქტები, სილიკონის კარბიდის კერამიკული პროდუქტები, სილიკონის ნიტრიდის კერამიკული პროდუქტები, ცირკონიუმის დიოქსიდის კერამიკული პროდუქტები, და ა.შ. თუ გაინტერესებს, გთხოვთ მოგერიდებათ დაგვიკავშირდეთ.([email protected])
ტეგები: სილიკონის კარბიდის კერამიკა,სილიციუმის კარბიდი,სილიციუმის კარბიდის ფასი
ყველა სტატია და სურათი არის ინტერნეტიდან. თუ არის საავტორო უფლებების პრობლემები, გთხოვთ დროულად დაგვიკავშირდეთ წასაშლელად.
გამოგვიკითხეთ