1. Silīcija karbīda kristāla struktūra un politipisms
1.1 Kubiskie un sešstūraini politipi: No 3C līdz 6H un pagātne
(Silīcija karbīda keramika)
Silīcija karbīds (SiC) ir kovalenti pielipusi keramika, kas sastāv no silīcija un oglekļa atomiem, kas izveidoti tetraedriskā sinhronizācijā, radot vienu no sarežģītākajām politipisma sistēmām materiālu zinātnē.
Atšķirībā no daudziem keramikas izstrādājumiem ar atsevišķu stabilu kristāla karkasu, SiC pastāv vairāk nekā 250 plaši pazīstami politipi– atšķirīgas cieši iesaiņotu Si-C divslāņu sakraušanas secības gar c asi– atšķiras no kubiskā 3C-SiC (papildus saukts par β-SiC) uz sešstūra 6H-SiC un romboedrisku 15R-SiC.
Viens no visizplatītākajiem politipiem, ko izmanto dizaina lietojumos, ir 3C (kub), 4H, un 6H (abi sešstūraini), katrs parāda nedaudz dažādas elektronisko joslu struktūras un siltumvadītspējas.
3C-SiC, ar tā cinka maisījuma karkasu, ir šaurākā joslas atstarpe (~ 2.3 eV) un parasti tiek paplašināts uz silīcija substrātiem pusvadītāju instrumentiem, savukārt 4H-SiC nodrošina ievērojamu elektronu elastību un ir iecienīts lieljaudas elektroniskām ierīcēm.
Si cietā kovalentā saite un virziena raksturs– C saite nodrošina izcilu stingrību, termiskā drošība, un izturība pret slīdēšanu un ķīmisko uzbrukumu, padarot SiC ideālu lietošanai ekstremālos apstākļos.
1.2 problēmas, Dopings, un Digital Residence
Neatkarīgi no tā strukturālās sarežģītības, SiC var būt leģēts, lai sasniegtu gan n-tipa, gan p tipa vadītspēju, ļaujot to izmantot pusvadītāju ierīcēs.
Slāpeklis un fosfors kalpo kā piesārņotāji, elektronu ievadīšana tieši pārraides joslā, savukārt vieglais alumīnijs un bors darbojas kā akceptori, veidojot caurumus valences joslā.
Neskatoties uz to, p-tipa dopinga efektivitāti ierobežo lielas aktivizācijas spējas, īpaši 4H-SiC, kas rada šķēršļus bipolāru instrumentu izkārtojumam.
Vietējie defekti, piemēram, skrūvju nepareiza atrašanās vieta, mikrocaurules, un kaudzēšanas kļūdas var vājināt instrumenta veiktspēju, darbojoties kā rekombinācijas iekārtas vai noplūdes kursi, prasīga augstākā līmeņa viena kristāla izstrāde elektroniskām lietojumprogrammām.
Plašā josla (2.3– 3.3 eV atkarībā no politipa), augstas atteices elektriskā zona (~ 3 MV/cm), un lieliska siltumvadītspēja (~ 3– 4 W/m · K 4H-SiC) padara SiC daudz labāku par silīciju augstā temperatūrā, augstspriegums, un augstfrekvences jaudas elektronika.
2. Apstrāde un mikrostrukturālais dizains
( Silīcija karbīda keramika)
2.1 Saķepināšanas un blīvēšanas metodes
Silīcija karbīdu dabiski ir grūti sablīvēt, pateicoties tā spēcīgajai kovalentajai saitei un samazinātajiem pašdifūzijas koeficientiem, nepieciešamas inovatīvas apstrādes metodes, lai sasniegtu pilnu blīvumu bez piedevām vai ar ļoti nelielu saķepināšanas palīdzību.
Submikronu SiC pulveru bezspiediena saķepināšana ir iespējama, uzlabojot boru un oglekli, kas veicina blīvēšanu, likvidējot oksīdu slāņus un uzlabojot cietvielu difūziju.
Siltā stumšana mājas apkures laikā rada vienpusēju spiedienu, ļaujot pilnībā sablīvēt zemas temperatūras līmenī (~ 1800– 2000 °C )un radot smalkgraudainus, augstas stiprības komponenti, kas ideāli piemēroti ierīču samazināšanai un detaļu uzlikšanai.
Lielām vai sarežģītām formām, tiek izmantota reakcijas savienošana, kur porainas oglekļa sagataves tiek caurdurtas ar izkausētu silīciju pie ~ 1600 °C, radot β-SiC in situ ar nelielu saraušanos.
Neskatoties uz to, atlikušais bezmaksas silīcijs (~ 5– 10%) paliek mikrostruktūrā, ierobežojot augstākas temperatūras efektivitāti un oksidācijas izturību 1300 °C.
2.2 Piedevu ražošana un gandrīz neto formas ražošana
Pašreizējie sasniegumi piedevu ražošanā (AM), īpaši saistvielu strūklas un stereolitogrāfijas, izmantojot SiC pulverus vai preperamiskos polimērus, ļauj izgatavot sarežģītas ģeometrijas, kas agrāk nebija sasniedzamas ar tradicionālajām pieejām.
No polimēriem iegūtā keramikā (PDC) maršrutos, Šķidrais SiC priekšteči tiek veidoti ar 3D drukāšanu un pēc tam pirolizēti karstumā, lai iegūtu amorfu vai nanokristālisku SiC, parasti nepieciešama lielāka blīvēšana.
Šīs metodes samazina apstrādes cenas un produktu atkritumus, padarot SiC daudz pieejamāku kosmosa vajadzībām, kodolenerģijas, un siltu siltummaiņu pielietojumi, kur sarežģīti izkārtojumi uzlabo efektivitāti.
Pēcapstrādes darbības, piemēram, ķīmisko tvaiku infiltrācija (CVI) vai šķidrā silīcija noplūde (LSI) dažreiz tiek izmantoti blīvuma un mehāniskās stabilitātes uzlabošanai.
3. Mehāniski, Termiskā, un vides efektivitāte
3.1 Spēks, Cietība, un lietošanas pretestība
Silīcija karbīds ir viens no vissmagāk atzītajiem produktiem, ar Mosa stiprumu ~ 9.5 un Vickers stingrība pārspēj 25 Vidējā atzīme, padarot to ļoti izturīgu pret nodilumu, sadalīšanās, un nokasot.
Tā lieces izturība parasti svārstās no 300 uz 600 MPa, paļaujoties uz apstrādes pieeju un graudu lielumu, un tas saglabā stingrību temperatūrā līdz 1400 ° C inertā vidē.
Lūzuma stiprums, kamēr pieticīgs (~ 3– 4 MPa · m 1ST/ DIVI), ir pietiekams daudziem arhitektūras pielietojumiem, īpaši, ja tas ir integrēts ar šķiedru atbalstu keramikas matricas kompozītmateriālos (CMC).
Turbīnu lāpstiņās tiek izmantoti uz SiC balstīti CMC, sadedzināšanas kameras uzlikas, un bremžu sistēmas, kur tie nodrošina svara izmaksu ietaupījumu, gāzes efektivitāte, un ilgāks kalpošanas laiks, salīdzinot ar metāla ekvivalentiem.
Tā izcilā nodilumizturība padara SiC ideāli piemērotu blīvēm, gultņi, sūkņa elementi, un ballistisko vairogu, kur noturība ārkārtējas mehāniskās slodzes apstākļos ir kritiska.
3.2 Siltumvadītspēja un oksidācijas drošība
Viena no visnoderīgākajām SiC dzīvojamām vai komerciālajām īpašībām ir tā augstā siltumvadītspēja– aptuveni 490 W/m · K vienkristālam 4H-SiC un ~ 30– 120 W/m · K polikristāliskiem tipiem– kas pārsniedz daudzu metālu līmeni un nodrošina efektīvu siltuma izkliedi.
Šis dzīvojamais īpašums ir svarīgs jaudas elektronikā, kur SiC ierīces rada daudz mazāk atkritumu siltuma un var darboties ar lielāku jaudas blīvumu nekā uz silīcija bāzes izgatavotie sīkrīki.
Pie paaugstinātas temperatūras līmeņos oksidējošā vidē, SiC rada aizsargājošu silīcija dioksīdu (SiO ₂) slānis, kas samazina papildu oksidāciju, kas piedāvā labu ekoloģisko izturību tikpat daudz kā ~ 1600 °C.
Neskatoties uz to, ar ūdens tvaikiem bagātā atmosfērā, šis slānis var iztvaikot kā Si(Ak!)₄, kā rezultātā notiek paātrināta degradācija– galvenais izaicinājums gāzturbīnu lietojumos.
4. Uzlabotas lietojumprogrammas enerģētikā, Elektroniskās ierīces, un kosmosa
4.1 Jaudas elektroniskās ierīces un pusvadītāju sīkrīki
Silīcija karbīds ir pārveidojis jaudas elektroniku, padarot to iespējamu tādiem sīkrīkiem kā Schottky diodes, MOSFET, un JFET, kas darbojas ar augstāku spriegumu, frekvences, un temperatūras nekā silīcija atbilstības.
Šie rīki samazina enerģijas zudumus elektriskajos transportlīdzekļos, atjaunojamās enerģijas invertori, un komerciālās elektromotoru piedziņas, globālajiem energoefektivitātes uzlabojumiem.
Spēja darboties pie krustojuma temperatūras līmeņiem virs 200 ° C nodrošina racionalizētas dzesēšanas sistēmas un paaugstinātu sistēmas uzticamību.
Turklāt, SiC vafeles tiek izmantotas kā substrāti gallija nitrīdam (GaN) epitaksija augstas elektronu mobilitātes tranzistoros (HEMT), integrējot abu platjoslas spraugas pusvadītāju priekšrocības.
4.2 Kodolenerģija, Aviācija, un optiskais aprīkojums
Atomelektrostacijās, SiC ir negadījumu izturīgas degvielas apšuvuma galvenais elements, kur tā samazināts neitronu absorbcijas šķērsgriezums, starojuma pretestība, un izturība augstā temperatūrā uzlabo drošību un efektivitāti.
Kosmosā, Ar SiC šķiedru pastiprinātus kompozītmateriālus izmanto reaktīvos dzinējos un hiperskaņas automašīnās to vieglā svara un termiskās stabilitātes dēļ.
Turklāt, īpaši gludi SiC spoguļi tiek izmantoti pirms teleskopiem to augstās stingrības un blīvuma proporcijas dēļ, termiskā stabilitāte, un pulējamība līdz subnanometra raupjumam.
Rezumējot, silīcija karbīda keramika ir modernu, progresīvu materiālu stūrakmens, apvieno izcilu mehānisko, termiskais, un digitālās īpašības.
Ar īpašu politipa kontroli, mikrostruktūra, un apstrāde, SiC paliek, lai nodrošinātu tehnoloģiskus jauninājumus, transports, un ekstrēmo iestatījumu inženierija.
5. Piegādātājs
TRUNNANO ir sfēriskā volframa pulvera piegādātājs ar vairāk 12 gadu pieredze nanobūvju enerģijas saglabāšanā un nanotehnoloģiju attīstībā. Tas pieņem maksājumus ar kredītkarti, T/T, West Union un Paypal. Trunnano nosūtīs preces klientiem ārzemēs, izmantojot FedEx, DHL, pa gaisu, vai pa jūru. Ja vēlaties uzzināt vairāk par sfērisko volframa pulveri, lūdzu, sazinieties ar mums un nosūtiet pieprasījumu([email protected]).
Tagi: silīcija karbīda keramika,silīcija karbīda keramikas izstrādājumi, rūpnieciskā keramika
Visi raksti un bildes ir no interneta. Ja ir kādas autortiesību problēmas, lūdzu, savlaicīgi sazinieties ar mums, lai dzēstu.
Jautājiet mums