1. Кремний карбидінің кристалдық құрылымы және политипі
1.1 Кубтық және алтыбұрышты политиптер: 3C-ден 6H және өткенге дейін
(Кремний карбидті керамика)
Кремний карбиді (SiC) тетраэдрлік синхронизацияда орнатылған кремний мен көміртек атомдарынан тұратын ковалентті жабысқан керамика., материалтанудағы политипизмнің ең күрделі жүйелерінің бірін жасау.
Жалғыз тұрақты кристалды қаңқасы бар көптеген керамикадан айырмашылығы, SiC астам бар 250 белгілі политиптер– с осі бойымен тығыз орналасқан Si-C қос қабаттарының айқын қада тізбегі– текше 3C-SiC-тен өзгереді (қосымша β-SiC деп аталады) алтыбұрышты 6H-SiC және ромбоэдрлік 15R-SiC.
Дизайндық қосымшаларда қолданылатын ең қарапайым политиптердің бірі 3С болып табылады (текше), 4Х, және 6H (екеуі де алтыбұрышты), әрқайсысы аздап әртүрлі электронды жолақ құрылымдарын және жылу өткізгіштіктерді көрсетеді.
3C-SiC, мырыш қоспасының негізімен, ең тар жолақ аралығы бар (~ 2.3 eV) және әдетте жартылай өткізгіш құралдарға арналған кремний астарларында кеңейтіледі, ал 4H-SiC тамаша электронды икемділікті қамтамасыз етеді және жоғары қуатты электрондық құрылғылар үшін қолайлы..
Si-ның қатты коваленттік байланысы және бағытталған табиғаты– C байланысы ерекше беріктік береді, термиялық қауіпсіздік, және сырғанау мен химиялық шабуылға төзімділік, SiC экстремалды орта қолданбалары үшін өте қолайлы етеді.
1.2 Мәселелер, Допинг, және Digital Residence
Оның құрылымдық күрделілігіне қарамастан, SiC n-типті және p-типті өткізгіштікке жету үшін легирленген болуы мүмкін, жартылай өткізгіш құрылғыларда қолдануға мүмкіндік береді.
Азот пен фосфор ластаушы заттар ретінде қызмет етеді, электрондарды тікелей тасымалдау жолағына енгізу, жеңіл алюминий мен бор қабылдаушы ретінде жұмыс істейді, валенттілік зонасында саңылаулар пайда болады.
Соған қарамастан, p-типті допинг тиімділігі жоғары белсендіру күштерімен шектеледі, әсіресе 4H-SiC, бұл биполярлық құралдың орналасуына кедергілер тудырады.
Бұранданың дұрыс емес орналасуы сияқты табиғи ақаулар, микроқұбырлар, және қада қателері рекомбинация қондырғылары немесе ағып кету курстары ретінде әрекет ету арқылы құрал өнімділігін әлсіретуі мүмкін, электронды қосымшалар үшін жоғары деңгейлі монокристалды әзірлеуді талап етеді.
Кең ауқым (2.3– 3.3 политипке байланысты эВ), жоғары ақаулы электр аймағы (~ 3 MV/см), және тамаша жылу өткізгіштік (~ 3– 4 4H-SiC үшін Вт/м · К) SiC жоғары температурада кремнийден әлдеқайда жоғары етеді, жоғары вольтты, және жоғары жиілікті қуат электроникасы.
2. Өңдеу және микроқұрылымдық дизайн
( Кремний карбидті керамика)
2.1 Агломерация және тығыздау әдістері
Кремний карбиді оның күшті коваленттік байланысына және өзіндік диффузия коэффициенттерінің төмендеуіне байланысты табиғи түрде тығыздалу қиын., қоспаларсыз немесе өте аз агломерациялық көмексіз толық тығыздыққа жету үшін инновациялық өңдеу әдістерін қажет етеді.
Субмикронды SiC ұнтақтарын қысымсыз агломерациялау бор мен көміртекті жоғарылату арқылы жүзеге асады., оксид қабаттарын жою және қатты күйдегі диффузияны күшейту арқылы тығыздауға ықпал етеді.
Жылы итеру үйді жылыту кезінде бір осьті қысымды қолданады, төмендетілген температура деңгейінде толық тығыздауға мүмкіндік береді (~ 1800– 2000 ° C )және ұсақ түйіршікті генерациялау, құрылғыларды азайтуға және бөлшектерді киюге өте ыңғайлы жоғары берік компоненттер.
Үлкен немесе күрделі пішіндер үшін, жауап байланысы қолданылады, мұнда кеуекті көміртекті преформалар балқытылған кремниймен ~ кезінде енеді 1600 ° C, шекті шөгуімен in situ β-SiC құру.
Соған қарамастан, қалдық құны жоқ кремний (~ 5– 10%) микроқұрылымында қалады, жоғары температура тиімділігі мен тотығуға төзімділігін шектеу 1300 ° C.
2.2 Қосымша өндіріс және жақын желілік өндіріс
Қосымша өндірістегі қазіргі жетістіктер (AM), SiC ұнтақтарын немесе прекерамикалық полимерлерді пайдалана отырып, арнайы байланыстырғыш ағынды және стереолитография, дәстүрлі тәсілдермен бұрын қол жетімсіз күрделі геометрияларды жасауға мүмкіндік береді.
Полимерден алынған керамикада (PDC) маршруттар, сұйық SiC ізашарлары 3D басып шығару арқылы қалыптасады, содан кейін аморфты немесе нанокристалды SiC алу үшін қыздыру кезінде пиролизденеді., әдетте көбірек тығыздауды қажет етеді.
Бұл әдістер өңдеу бағасын және өнім қалдықтарын төмендетеді, SiC аэроғарыш үшін әлдеқайда қолжетімді етеді, ядролық, және күрделі орналасулар тиімділікті арттыратын жылы алмастырғыш қолданбалары.
Химиялық булардың инфильтрациясы сияқты өңдеуден кейінгі әрекеттер (CVI) немесе сұйық кремнийдің ағуы (LSI) кейде тығыздық пен механикалық тұрақтылықты жақсарту үшін қолданылады.
3. Механикалық, Жылулық, және қоршаған ортаны қорғау тиімділігі
3.1 Күш, Қаттылық, және Қарсылықты пайдалану
Кремний карбиді ең қатты танылған өнімдердің бірі болып табылады, ~ Mohs беріктігімен 9.5 және Викерстің қаттылығы асып түсті 25 Орташа балл, оны тозуға қарсы жоғары иммунитетті етеді, ыдырау, және тырнау.
Оның иілу беріктігі әдетте мынадан тұрады 300 дейін 600 МПа, өңдеу тәсіліне және дәннің мөлшеріне сүйенеді, және температураға дейін қаттылықты сақтайды 1400 ° C инертті ортада.
Сыну күші, қарапайым болған кезде (~ 3– 4 МПа · м 1СТ/ ЕКІ), көптеген архитектуралық қолданбалар үшін жеткілікті, керамикалық матрицалық композиттердегі талшықты тіреуішпен біріктірілген кезде (CMCs).
SiC негізіндегі CMCs турбиналық қалақтарда қолданылады, жанғыш қаптамалар, және тежеу жүйелері, мұнда олар салмақты үнемдеуді қамтамасыз етеді, газ тиімділігі, және металдық эквиваленттерге қарағанда ұзартылған қызмет ету мерзімі.
Оның ерекше тозуға төзімділігі SiC тығыздағыштар үшін тамаша етеді, подшипниктер, сорғы элементтері, және баллистикалық қалқан, мұнда қатты механикалық жүктеме кезінде беріктік маңызды.
3.2 Жылу өткізгіштік және тотығу қауіпсіздігі
SiC-тің ең пайдалы тұрғын үй немесе коммерциялық қасиеттерінің бірі оның жоғары жылу өткізгіштігі болып табылады– шамамен 490 Вт/м · К монокристалды 4H-SiC және ~ 30 үшін– 120 Вт/м · К поликристалды түрлері үшін– көптеген металдардан асып түседі және жылуды тиімді таратуға мүмкіндік береді.
Бұл тұрғын үй электр электроникасында маңызды, мұнда SiC құрылғылары қалдық жылуды әлдеқайда аз шығарады және кремний негізіндегі гаджеттерге қарағанда үлкен қуат тығыздығында жұмыс істей алады.
Тотықтырғыш орталарда жоғары температура деңгейінде, SiC қорғаныс кремний диоксиді жасайды (SiO ₂) қосымша тотығуды төмендететін қабат, ~ сияқты жақсы экологиялық беріктікті ұсынады 1600 ° C.
Соған қарамастан, су буына бай атмосферада, бұл қабат Si ретінде өзгере алады(OH)₄, тездетілген деградацияға әкеледі– газ турбинасын қолданудағы басты мәселе.
4. Энергетикадағы кеңейтілген қолданбалар, Электрондық құрылғылар, және Аэроғарыш
4.1 Қуатты электронды құрылғылар және жартылай өткізгіш гаджеттер
Кремний карбиді Schottky диодтары сияқты гаджеттерге мүмкіндік беру арқылы қуат электроникасын өзгертті., MOSFETs, және жоғары кернеулерде жұмыс істейтін JFET, жиіліктер, және кремний сәйкестіктеріне қарағанда температура.
Бұл құралдар электр көліктеріндегі энергия шығынын азайтады, жаңартылатын энергия инверторлары, және коммерциялық электр қозғалтқыштары, жаһандық қуат тиімділігін арттыруға қосу.
Түйіспе температура деңгейінде жұмыс істеу мүмкіндігі 200 ° C жеңілдетілген салқындату жүйелеріне және жүйенің сенімділігін арттыруға мүмкіндік береді.
Одан әрі, SiC пластиналары галий нитриді үшін субстрат ретінде пайдаланылады (GaN) жоғары электронды қозғалғыш транзисторлардағы эпитаксия (HEMTs), кең жолақты жартылай өткізгіштердің де артықшылықтарын біріктіру.
4.2 Ядролық, Аэроғарыш, және Оптикалық жабдықтар
Атом электр станцияларында, SiC апатқа төзімді отын қаптамасының негізгі элементі болып табылады, мұндағы оның нейтронды сіңіру қимасының қысқартылған, радиацияға төзімділік, және жоғары температура беріктігі қауіпсіздік пен қауіпсіздік пен тиімділікті жақсартады.
Аэроғарышта, SiC талшықтарымен күшейтілген композиттер жеңіл және термиялық тұрақтылық үшін реактивті қозғалтқыштарда және гипер дыбысты автомобильдерде қолданылады..
Одан әрі, ультра тегіс SiC айналары жоғары қаттылық пен тығыздық пропорциясы нәтижесінде телескоптардан бұрын пайдаланылады., термиялық тұрақтылық, және суб-нанометрлік кедір-бұдырға дейін жылтыратылуы.
Қысқаша, кремний карбиді керамика заманауи озық материалдардың негізгі тірегі болып табылады, тамаша механикалық біріктіру, термиялық, және цифрлық қасиеттер.
Политипті арнайы бақылаумен, микроқұрылым, және өңдеу, SiC қуаттағы технологиялық инновацияларды қамтамасыз ету үшін қалады, тасымалдау, және экстремалды орнату инженериясы.
5. Жеткізуші
TRUNNANO - сфералық вольфрам ұнтағының жеткізушісі 12 нано-құрылыс энергиясын үнемдеу және нанотехнологияларды дамытудағы көп жылдық тәжірибе. Несие картасы арқылы төлемді қабылдайды, Т/Т, West Union және Paypal. Trunnano тауарларды FedEx арқылы шетелдегі тұтынушыларға жеткізеді, DHL, әуе арқылы, немесе теңіз арқылы. Сфералық вольфрам ұнтағы туралы көбірек білгіңіз келсе, бізбен байланысып, сұрау жіберіңіз([email protected]).
Тегтер: кремний карбиді керамика,кремний карбидті керамикалық бұйымдар, өнеркәсіптік керамика
Барлық мақалалар мен суреттер Интернеттен алынған. Авторлық құқық мәселелері болса, жою үшін уақытында бізге хабарласыңыз.
Бізден сұраңыз