1. Pagrindinis silicio karbido karkasas ir polimorfizmas
1.1 Kristalų chemija ir politipinė įvairovė
(Silicio karbido keramika)
Silicio karbidas (SiC) yra kovalentiškai prilipęs keramikos gaminys, sudarytas iš silicio ir anglies atomų, išdėstytų tetraedrinėje kontrolėje, sukurti labai pastovią ir tvirtą kristalinę gardelę.
Skirtingai nuo daugelio įprastų keramikos gaminių, SiC neturi pavienio, atskiras kristalų karkasas; vietoj to, jis demonstruoja įspūdingą pojūtį, žinomą kaip politipizmas, kur gali susiformuoti ta pati cheminė struktūra 250 išskirtiniai politipai, kiekvienas skiriasi glaudžiai supakuotų atominių sluoksnių seka.
Vienas iš technologiškai reikšmingiausių politipų yra 3C-SiC (kub, cinko mišinio karkasas), 4H-SiC, ir 6H-SiC (abu šešiakampiai), kiekvienas siūlo įvairius elektroninius, terminis, ir mechaniniai pastatai.
3C-SiC, dar vadinamas beta-SiC, paprastai susidaro žemesnėje temperatūroje ir yra metastabilus, o 4H ir 6H politipai, vadinamas alfa-SiC, yra daug termiškai stabilesni ir paprastai naudojami aukštos temperatūros ir skaitmeninėse programose.
Ši struktūrinė įvairovė leidžia pasirinkti medžiagą pagal paskirtį, ar tai galios elektroniniuose įrenginiuose, greitas apdirbimas, arba sunkioje šiluminėje aplinkoje.
1.2 Klijavimo savybės ir gaunamos charakteristikos
SiC ištvermė kyla dėl stiprių kovalentinių Si-C ryšių, kurie yra trumpo ilgio ir labai kryptingi, todėl susidaro standus trimatis tinklas.
Šis sujungimo būdas pristato fenomenalius mechaninius namus, įskaitant didelį tvirtumą (dažniausiai 25– 30 GPa Vickers asortimente), puiki lenkimo ištvermė (tiek, kiek 600 MPa sukepintoms rūšims), ir geras atsparumas įtrūkimams, palyginti su kitomis keramikos medžiagomis.
Kovalentinė prigimtis taip pat padidina SiC didesnį šilumos laidumą, kuris gali pasiekti 120– 490 W/m · K remiantis politipu ir grynumu– panašus į kai kuriuos metalus ir gerokai pranoksta daugumą architektūrinių porcelianų.
Be to, SiC pasižymi mažu šiluminio vystymosi koeficientu, apie 4.0– 5.6 × 10 ⁻⁶/ K, kurios, kai kartu su dideliu šilumos laidumu, pasižymi puikiu atsparumu šiluminiam smūgiui.
Tai reiškia, kad SiC komponentai gali greitai reguliuoti temperatūrą be įtrūkimų, esminis požymis tokiose srityse kaip šildytuvo dalys, šilumokaičiai, ir aerokosminės šiluminės apsaugos sistemos.
2. Silicio karbido keramikos sintezės ir naudojimo strategijos
( Silicio karbido keramika)
2.1 Pagrindiniai gamybos metodai: Nuo Acheson iki pažangios sintezės
Pramoninė silicio karbido gamyba prasidėjo XIX amžiaus pabaigoje, kai buvo sukurta Acheson procedūra., karboterminės redukcijos metodas, kurio metu didelio grynumo silicio dioksidas (SiO ₂) ir anglies (paprastai naftos koksas) kaitinami iki aukštesnės temperatūros 2200 ° C elektros varžos šildytuve.
Nors šis metodas ir toliau plačiai naudojamas gaminant neapdorotus SiC miltelius, skirtus abrazyvinėms ir ugniai atsparioms medžiagoms, iš jo gaunama medžiaga su priemaišomis ir netolygi dalelių morfologija, ribojant jo naudojimą aukštos kokybės keramikoje.
Dėl šiuolaikinių patobulinimų atsirado alternatyvių sintezės būdų, tokių kaip cheminis garų nusodinimas (CVD), kuri sukuria itin aukštą grynumą, vieno kristalo SiC puslaidininkiams, ir nanoskalės miltelių sintezė lazeriu arba plazma.
Šie sudėtingi metodai leidžia tiksliai valdyti stechiometriją, dalelių matmuo, ir fazės grynumas, svarbu pritaikyti SiC pagal konkrečius dizaino reikalavimus.
2.2 Tankinimas ir mikrostruktūrinė kontrolė
Vienas didžiausių sunkumų gaminant SiC porcelianą yra visiškas tankinimas dėl stipraus kovalentinio ryšio ir mažų savaiminio difuzijos koeficientų., kurios slopina standartinį sukepinimą.
Norėdami tai įveikti, buvo sukurta nemažai specifinių tankinimo strategijų.
Reakcinis sujungimas apima išlydyto silicio įsiskverbimą į porėtą anglies ruošinį, kuris reaguoja į SiC susidarymą in situ, todėl gaunamas beveik tinklo formos komponentas, kurio susitraukimas labai mažas.
Beslėgis sukepinimas pasiekiamas naudojant pagalbines sukepinimo priemones, tokias kaip boras ir anglis, kurios reklamuoja grūdus, riboja difuziją ir pašalina poras.
Šiltas presavimas ir karštas izostatinis presavimas (HIP) viso šildymo metu taikyti išorinį įtampą, leidžia visiškai sutankinti esant žemai temperatūrai ir sukurti medžiagas, pasižyminčias nepaprastomis mechaninėmis gyvenamosiomis ar komercinėmis savybėmis.
Šie apdorojimo metodai leidžia pagaminti smulkiagrūdžio SiC dalis, vienodos mikrostruktūros, svarbu siekiant maksimaliai padidinti jėgą, atsparumas dilimui, ir vientisumą.
3. Praktinis efektyvumas ir daugiafunkcinis pritaikymas
3.1 Šiluminis ir mechaninis atsparumas sunkioje aplinkoje
Silicio karbido porcelianai yra išskirtinai pritaikyti procedūroms esant rimtoms problemoms, nes gali išlaikyti konstrukcinį stabilumą karštyje, atsparus oksidacijai, ir atlaiko mechaninį susidėvėjimą.
Oksiduojančioje aplinkoje, SiC sudaro saugų silicio dioksidą (SiO ₂) sluoksnis ant jo paviršiaus, kuris sumažina tolesnę oksidaciją ir leidžia nepertraukiamai naudoti esant tokioms temperatūroms kaip 1600 °C.
Šis atsparumas oksidacijai, integruotas su dideliu atsparumu šliaužimui, todėl SiC tinka dujų generatorių dalims, degimo kameros, ir didelio efektyvumo šilumokaičiai.
Jo išskirtinis kietumas ir atsparumas dilimui yra naudojami komercinėse srityse, pavyzdžiui, srutų siurblio dalyse, smėliavimo purkštukai, ir pjovimo įtaisai, kur metalo alternatyvos greitai pablogėtų.
Be to, Dėl sumažinto SiC šiluminio plėtimosi ir didelio šilumos laidumo jis yra rekomenduojamas kosminių teleskopų ir lazerinių sistemų veidrodžiams., kur matmenų saugumas važiuojant terminiu dviračiu yra gyvybiškai svarbus.
3.2 Elektros ir puslaidininkių taikymas
Be jo struktūrinio naudingumo, silicio karbidas atlieka transformuojančią funkciją galios elektronikos srityje.
4H-SiC, ypač, turi apytiksliai platų pralaidumą 3.2 eV, leidžiantys įrenginiams veikti aukštesne įtampa, temperatūros, ir perjungimo dėsningumus nei tradiciniai silicio pagrindo puslaidininkiai.
Dėl to atsiranda elektriniai įrankiai– pavyzdžiui, Schottky diodai, MOSFET, ir JFET– su žymiai mažesniais galios nuostoliais, mažesnio dydžio dydis, ir padidino efektyvumą, kurie šiuo metu plačiai naudojami elektromobiliuose, atsinaujinančių išteklių keitikliai, ir protingas tinklelio sistemas.
Didelis SiC gedimo elektrinis plotas (apie 10 kartų daugiau nei silicio) leidžia plonesniems dreifuojantiems sluoksniams, sumažina pasipriešinimą ir pagerina įtaiso našumą.
Be to, Didelis SiC šilumos laidumas padeda sėkmingai išsklaidyti šilumą, sumažinti didelių oro kondicionavimo sistemų poreikį ir įgalinti dar daugiau mažų, patikimi elektroniniai komponentai.
4. Silicio karbido technologijos kylančios ribos ir ateities apžvalga
4.1 Pažangių energijos ir kosmoso sprendimų derinys
Pasikartojantis perėjimas prie tvarkingos energijos ir energetinio transporto skatina neprilygstamą SiC pagrindu pagamintų elementų paklausą.
Saulės inverteriuose, vėjo energijos keitikliai, ir baterijų valdymo sistemos, SiC įrankiai padidina galios konversijos efektyvumą, tiesiogiai mažėja anglies išmetimas ir veiklos sąnaudos.
Aviacijos erdvėje, SiC pluoštu sustiprinti SiC matriciniai kompozitai (SiC/SiC CMC) kuriami vėjo turbinų mentėms, degimo kamerų antdėklai, ir šiluminės apsaugos sistemos, leidžia sutaupyti svorio ir pagerinti našumą, palyginti su nikelio pagrindu pagamintais superlydiniais.
Šios keraminės matricos kompozitai gali veikti aukštesnėje temperatūroje 1200 °C, leidžia sukurti naujos kartos reaktyvinius variklius, turinčius didesnę traukos ir svorio proporciją ir geresnes dujų charakteristikas.
4.2 Nanotechnologijos ir kvantinės programos
Nano skalėje, Silicio karbidas rodo skirtingus kvantinius pastatus, kuriuose tikrinamos naujos kartos technologijos.
Tam tikri SiC politipai turi silicio angas ir įtrūkimus, kurie veikia kaip sukimosi problema, veikiantis kaip kvantinės smulkmenos (kubitai) kvantiniams kompiuteriams ir kvantinio stebėjimo programoms.
Šios problemos gali būti optiškai paleidžiamos, kontroliuojamas, ir peržiūrėti kambario temperatūroje, didelė nauda, palyginti su daugeliu kitų kvantinių sistemų, kurioms reikia kriogeninių problemų.
Be to, SiC nanolaidai ir nanodalelės yra tiriami naudoti lauko emisijos įtaisuose, fotokatalizė, ir biomedicininis vaizdavimas dėl didelio formato santykio, cheminis saugumas, ir derinamos elektroninės gyvenamosios ar komercinės nuosavybės.
Studijoms tobulėjant, SiC asimiliacija į kryžmines kvantines sistemas ir nanoelektromechaninius įrenginius (NEMS) žada padidinti savo pareigas už tradicinių dizaino sričių ribų.
4.3 Tvarumas ir gyvavimo ciklo veiksniai, į kuriuos reikia atsižvelgti
SiC gamyba reikalauja daug energijos, ypač aukštos temperatūros sintezės ir sukepinimo procesuose.
Nepaisant to, ilgalaikė SiC elementų nauda– pavyzdžiui, pailgėjusi gyvenimo trukmė, sumažėjo priežiūra, ir pagerino sistemos efektyvumą– paprastai viršija pradinį ekologinį poveikį.
Vykdomos iniciatyvos sukurti dar tvaresnius gamybos būdus, susidedantis iš sukepinimo naudojant mikrobangų krosnelę, priedų gamyba (3D spausdinimas) SiC, puslaidininkinių plokštelių apdorojimo SiC atliekų perdirbimas.
Šia pažanga siekiama sumažinti energijos suvartojimą, sumažinti medžiagų atliekas, ir remti apvalią ekonominę aplinką pažangių medžiagų sektoriuose.
Apibendrinant, Silicio karbido porcelianas yra šiuolaikinio gaminių mokslo kertinis akmuo, panaikina atotrūkį tarp architektūrinio ilgaamžiškumo ir praktinio lankstumo.
Nuo švaresnių energijos sistemų sukūrimo iki kvantinių naujovių diegimo, SiC belieka iš naujo apibrėžti dizaino ir mokslinių tyrimų galimybes.
Tobulėjant tvarkymo technikoms, atsiranda visiškai naujų programų, silicio karbido ateitis išlieka itin šviesi.
5. Tiekėjas
Advanced Ceramics įkurta spalio mėn 17, 2012, yra aukštųjų technologijų įmonė, įsipareigojusi atlikti tyrimus ir plėtrą, gamyba, apdorojimas, keraminių medžiagų ir gaminių pardavimas ir techninės paslaugos. Mūsų gaminiai apima boro karbido keramikos gaminius, bet jais neapsiribojant, Boro nitrido keramikos gaminiai, Silicio karbido keramikos gaminiai, Silicio nitrido keramikos gaminiai, Cirkonio dioksido keramikos gaminiai, ir tt. Jei jus domina, nedvejodami susisiekite su mumis.([email protected])
Žymos: Silicio karbido keramika,silicio karbidas,silicio karbido kaina
Visi straipsniai ir nuotraukos yra iš interneto. Jei yra kokių nors autorių teisių problemų, susisiekite su mumis laiku, kad ištrintumėte.
Pasiteiraukite mūsų