1. Кремний карбидинин негизги негизи жана полиморфизми
1.1 Кристалл химиясы жана политиптүү сорт
(Кремний карбид керамика)
Кремний карбиди (SiC) тетраэдрдик башкарууда орнотулган кремний жана көмүртек атомдорунан турган коваленттүү жабышкан керамикалык продукт, абдан туруктуу жана бекем кристалл торду иштеп чыгуу.
Көптөгөн кадимки керамикадан айырмаланып, SiC жалгыздыкка ээ эмес, айырмаланган кристаллдык алкак; ордуна, ал политипизм деп аталган таасирдүү сезимди көрсөтөт, ошол эле химиялык түзүлүш үстүнөн калыптанышы мүмкүн 250 айырмаланган политиптер, ар бири бири-бирине жакын атомдук катмарлардын тизилиши боюнча өзгөрөт.
Технологиялык жактан эң маанилүү политиптердин бири 3C-SiC болуп саналат (куб, цинк аралашмасы), 4H-SiC, жана 6H-SiC (экөө тең алты бурчтуу), ар кандай электрондук сунуш кылат, жылуулук, жана механикалык имараттар.
3C-SiC, ошондой эле бета-SiC деп аталат, адатта төмөндөтүлгөн температурада түзүлөт жана метастабилдүү, ал эми 4H жана 6H политиптери, alpha-SiC деп аталат, термикалык жактан туруктуураак жана көбүнчө жогорку температурада жана санариптик тиркемелерде колдонулат.
Бул структуралык көп түрдүүлүк, белгиленген өтүнмөнүн негизинде максаттуу материал тандоо мүмкүнчүлүгүн берет, ал электрдик аспаптарда болобу, жогорку ылдамдыкта иштетүү, же катуу термикалык чөйрөлөр.
1.2 Байланыш сапаттары жана натыйжасы
SiC туруктуулугу анын күчтүү коваленттик Si-C байланыштарынан келип чыгат, узундугу кыска жана абдан багыттуу, катуу үч өлчөмдүү тармактын натыйжасында.
Бул бириктирүү механизми укмуштуудай механикалык үйлөрдү тартуулайт, анын ичинде жогорку бекемдик (адатта 25– 30 Vickers диапазонундагы GPa), өзгөчө ийкемдүүлүк (ошончолук 600 агломерацияланган түрлөрү үчүн МПа), жана башка керамика жөнүндө жакшы жарака бышык.
Коваленттик табияты да SiCдин жогорку жылуулук өткөрүмдүүлүгүн кошот, 120га чейин жетет– 490 В/м · К политипке жана тазалыкка таянат– кээ бир металлдарга окшош жана архитектуралык фарфорлордун көбүнөн алда канча ашат.
Мындан тышкары, SiC жылуулук өнүгүүнүн төмөнкү коэффициентин көрсөтөт, 4.0 тегерегинде– 5.6 × 10 ⁻⁶/ К, кайсы, жогорку жылуулук өткөрүмдүүлүк менен айкалышканда, ал укмуштуудай термикалык шок туруктуулугун сунуш кылат.
Бул SiC компоненттери жарылбай туруп тез температураны тууралай алат дегенди билдирет, жылыткыч бөлүктөрү сыяктуу колдонмолордо маанилүү атрибуту, жылуу алмаштыргычтар, жана аэрокосмостук термикалык коргонуу системалары.
2. Кремний карбид керамикасын синтездөө жана иштетүү стратегиялары
( Кремний карбид керамика)
2.1 Негизги өндүрүштүк мамилелер: Ачесондон өнүккөн синтезге чейин
Кремний карбидинин өнөр жай өндүрүшү 19-кылымдын аягында Ачесон процедурасынын өнүгүшү менен башталат., жогорку тазалыктагы кремнеземди камтыган карботермикалык калыбына келтирүү ыкмасы (SiO ₂) жана көмүртек (адатта мунай коксу) жогору температурага чейин ысытылат 2200 ° C электр каршылык жылыткычта.
Бул ыкма, адатта, абразивдик жана отко чыдамдуу заттар үчүн чийки SiC порошок алуу үчүн колдонула берет., бул аралашмалар жана тегиз эмес бөлүкчөлөрдүн морфологиясы бар материалды берет, жогорку өндүрүмдүүлүктөгү керамикада аны колдонууну чектөө.
Заманбап өркүндөтүүлөр химиялык бууларды жайгаштыруу сыяктуу альтернативдүү синтез жолдоруна алып келди (CVD), бул өтө жогорку тазалыкты жаратат, жарым өткөргүч колдонуу үчүн бир-кристалл SiC, жана наноөлчөмдүү порошок үчүн лазердин жардамы менен же плазма менен күчөтүлгөн синтез.
Бул татаал ыкмалар стехиометрияны так көзөмөлдөөгө мүмкүндүк берет, бөлүкчө өлчөмү, жана фазалык тазалык, өзгөчө дизайн талаптарга SiC ылайыкташтыруу үчүн маанилүү.
2.2 Тыгыздандыруу жана микроструктуралык көзөмөл
SiC фарфорлорун өндүрүүдөгү эң жакшы кыйынчылыктардын бири - бул күчтүү коваленттик байланыштын жана өзүн-өзү диффузиянын төмөн коэффициенттеринин эсебинен толук тыгыздоого жетишүү., стандарттуу агломерацияга тоскоол болот.
Муну жеңүү үчүн, бир катар конкреттуу тыгыздашты-руу стратегиялары иштелип чыккан.
Реакциялык байланыш эриген кремний менен тешиктүү көмүртек преформасын инфильтрациялоону талап кылат, SiC in situ иштеп чыгууга жооп берет, натыйжада абдан аз кичирейүү менен жакын тор формасындагы компонент пайда болот.
Басымсыз агломерацияга бор жана көмүр сыяктуу агломерациялоочу каражаттарды кошуу аркылуу жетишилет, дандын диффузиясын чектөө жана тешикчелерди жок кылуу.
Жылуу пресстөө жана ысык изостатикалык пресстөө (HIP) жылытуу учурунда тышкы стрессти колдонуу, төмөндөтүлгөн температуранын деңгээлинде толук тыгыздалууга жана укмуштуудай механикалык турак-жай же соода касиеттери бар материалдарды түзүүгө мүмкүндүк берет.
Бул иштетүү ыкмалары майда бүртүкчөлөрү менен SiC бөлүктөрүн курууга мүмкүндүк берет, бирдиктүү микроструктуралар, күчүн жогорулатуу үчүн маанилүү, каршылык кийүү, жана бүтүндүк.
3. Практикалык эффективдүүлүк жана көп функциялуу колдонмолор
3.1 Катуу чөйрөдө жылуулук жана механикалык ийкемдүүлүк
Кремний карбид фарфорлору ысыкта структуралык туруктуулукту сактоо жөндөмдүүлүгүнөн улам оор проблемаларда процедурага өзгөчө шайкеш келет., кычкылданууга каршы туруу, жана механикалык тозууга туруштук берет.
кычкылдануучу чөйрөдө, SiC коопсуздук кремнезем түзөт (SiO ₂) анын бетиндеги катмар, андан ары кычкылданууну азайтат жана температура деңгээлинде тынымсыз колдонууга мүмкүндүк берет 1600 ° C.
Бул кычкылданууга каршылык, жогорку сойлоп каршылык менен бириктирилген, газ генераторлорунун тетиктери үчүн SiC ылайыктуу кылат, күйүү камералары, жана жогорку натыйжалуу жылуу алмаштыргычтар.
Анын өзгөчө катуулугу жана абразияга туруктуулугу суспензия насосунун бөлүктөрү сыяктуу коммерциялык колдонмолордо колдонулат, кум чачуучу саптамалар, жана кесүүчү аппараттар, металл альтернативалары тез эле начарлай турган жерде.
Мындан тышкары, SiC кыскартылган жылуулук кеңейүүсү жана жогорку жылуулук өткөрүмдүүлүк аны космостук телескоптордогу жана лазердик системалардагы күзгүлөр үчүн сунушталган продукт кылат., бул жерде термикалык велосипед менен өлчөмдүү коопсуздук абдан маанилүү.
3.2 Электрдик жана жарым өткөргүчтөрдү колдонуу
Анын структуралык пайдалуулугунан тышкары, кремний карбиди энергетикалык электроника тармагында өзгөрүүчү функцияны аткарат.
4H-SiC, өзгөчө, болжол менен кенен тилкеге ээ 3.2 eV, түзмөктөр жогорку чыңалуу менен иштөөгө мүмкүндүк берет, температуралар, жана салттуу кремний негизиндеги жарым өткөргүчтөргө караганда алмаштыруу мыйзамдуулугу.
Мунун натыйжасында электр куралдары пайда болот– мисалы, Шоттки диоддору, MOSFETs, жана JFETs– электр энергиясынын жоготуулары бир кыйла кыскарган, кичинекей өлчөмү, жана натыйжалуулугун жогорулатты, азыркы учурда электр унааларында кеңири колдонулат, кайра жаралуучу ресурстарды инверторлор, жана акылдуу тор системалары.
SiC жогорку бузулуу электр аянты (жөнүндө 10 кремнийден эсе көп) ичке дрейф катмарларына жол берет, каршылыкты азайтуу жана гаджеттин иштешин жогорулатуу.
Мындан тышкары, SiCдин жогорку жылуулук өткөрүмдүүлүгү жылууну ийгиликтүү таркатууга жардам берет, чоң кондиционер системаларына болгон муктаждыкты азайтуу жана андан да кичинесин иштетүү, ишенимдүү электрондук компоненттери.
4. Кремний карбидинин технологиясында жаралган чек аралар жана келечекке сереп салуу
4.1 Өркүндөтүлгөн күч жана аэрокосмостук чечимдердеги айкалышы
Таза энергияга жана кубатталган транспортко кайра-кайра өтүү SiC негизиндеги элементтерге теңдешсиз суроо-талапты жаратууда..
Күн инверторлорунда, шамал энергиясын өзгөрткүчтөр, жана батареяны башкаруу системалары, SiC куралдары кубаттуулукту конверсиялоонун натыйжалуулугун жогорулатат, көмүртектин разрядын жана эксплуатациялык чыгымдарды түз кыскартуу.
Аэрокосмосто, SiC буласы менен бекемделген SiC матрицалык композиттери (SiC/SiC ЖМБлар) шамал турбинасынын кабактары үчүн түзүлүп жатат, күйгүзүүчү каптамалар, жана жылуулук коопсуздук системалары, никель негизиндеги суперэритмелерге караганда салмагын үнөмдөө жана өндүрүмдүүлүктү жогорулатуу.
Бул керамикалык матрицалык композиттер ашкан температурада иштей алат 1200 ° C, салмакка көбүрөөк пропорциядагы жана жакшыртылган газ көрсөткүчтөрү менен кийинки муундун реактивдүү кыймылдаткычтарына мүмкүндүк берет.
4.2 Нанотехнология жана кванттык колдонмолор
Нано масштабда, кремний карбиди кийинки муундагы технологиялар үчүн текшерилип жаткан айырмаланган кванттык имараттарды көрсөтөт.
SiC кээ бир политиптери кремний тешиктерин жана divacancies спин-активдүү маселелер катары иштейт, кванттык кичинекей бит катары иштейт (кубиттер) кванттык компьютер жана кванттык байкагыч колдонмолор үчүн.
Бул көйгөйлөрдү оптикалык жүктөөгө болот, көзөмөлдөнөт, жана бөлмө температурасында карап чыгуу, криогендик көйгөйлөрдү талап кылган көптөгөн башка кванттык системаларга караганда бир топ артыкчылык.
Мындан тышкары, SiC нано зымдары жана нанобөлүкчөлөрү талаа эмиссиясынын гаджеттеринде колдонуу үчүн изилденип жатат, фотокатализ, жана биомедициналык сүрөттөр, анткени алардын жогорку катышы, химиялык коопсуздук, жана электроникалык турак-жай же коммерциялык касиеттери.
Окуу өнүккөн сайын, SiC туура кроссбреддик кванттык системаларга жана наноэлектромеханикалык түзүлүштөргө ассимиляциялоо (NEMS) салттуу дизайн домендердин чегинен тышкары, анын милдетин жогорулатууга убада берет.
4.3 Туруктуулуктун жана жашоо циклинин факторлорун карап чыгуу
SiC өндүрүү энергияны көп талап кылат, айрыкча жогорку температурадагы синтез жана агломерация процесстеринде.
Ошентсе да, SiC элементтеринин туруктуу пайдасы– мисалы, өмүрүнүн узактыгы, багуу кыскарган, жана системанын натыйжалуулугун жогорулатуу– адатта баштапкы экологиялык таасиринен ашып кетет.
Мындан да туруктуу өндүрүш жолдорун түзүү боюнча демилгелер жүрүп жатат, микротолкундардын жардамы менен агломерациялоодон турат, кошумча өндүрүш (3D басып чыгаруу) SiC, жана жарым өткөргүч пластиналарды кайра иштетүүдөн чыккан SiC калдыктарын кайра иштетүү.
Бул жетишкендиктер электр энергиясын керектөөнү азайтууга багытталган, материалдык калдыктарды минималдаштыруу, жана прогрессивдуу материалдар секторлорунда тегерек экономикалык климатты колдоо.
Аягында, кремний карбид фарфор заманбап буюмдар илим негизги таш болуп саналат, архитектуралык туруктуулук менен практикалык ийкемдүүлүктүн ортосундагы ажырымды жоюу.
Таза энергия системаларын иштетүүдөн баштап, кванттык инновацияларды иштетүүгө чейин, SiC долбоорлоо жана илимий изилдөөдө мүмкүн болгон чектерди кайра аныктоо үчүн калууда.
Иштөө техникалары өнүккөн сайын жаңы колдонмолор пайда болот, кремний карбидинин келечеги абдан жаркын бойдон калууда.
5. Жабдуучу
Advanced Ceramics октябрда негизделген 17, 2012, изилдөө жана өнүктүрүү үчүн жасалган жогорку технологиялуу ишкана болуп саналат, өндүрүш, иштетүү, керамикалык салыштырмалуу материалдарды жана буюмдарды сатуу жана техникалык тейлөө. Биздин өнүмдөрдү камтыйт, бирок алар менен эле чектелбестен, бор карбиди керамикалык буюмдар, Бор нитриди керамикалык буюмдар, Кремний карбид керамикалык буюмдар, Кремний нитриди керамикалык буюмдар, Цирконий диоксиди керамикалык буюмдар, жана башкалар. Кызык болсоңуз, сураныч биз менен байланышуудан тартынба.([email protected])
Тегдер: Кремний карбид керамика,кремний карбиди,кремний карбид баасы
Бардык макалалар жана сүрөттөр Интернеттен алынган. Эгерде кандайдыр бир автордук укук маселеси бар болсо, жок кылуу үчүн убагында биз менен байланышыңыз.
Бизден сура