1. Struktur Kristal dan Politipisme Silikon Karbida
1.1 Politaip Kubik dan Heksagon: Dari 3C hingga 6H dan Lepas
(Seramik Silikon Karbida)
Silikon karbida (SiC) ialah seramik melekat kovalen yang terdiri daripada atom silikon dan karbon yang ditubuhkan dalam penyegerakan tetrahedral, mewujudkan salah satu sistem politipisme yang paling kompleks dalam sains bahan.
Tidak seperti kebanyakan seramik dengan rangka kerja kristal mantap tunggal, SiC wujud lebih 250 polytype yang terkenal– jujukan cerucuk berbeza dwilapisan Si-C padat rapat sepanjang paksi-c– berbeza daripada kubik 3C-SiC (tambahan dirujuk sebagai β-SiC) kepada 6H-SiC heksagon dan rombohedral 15R-SiC.
Salah satu politip yang paling biasa digunakan dalam aplikasi reka bentuk ialah 3C (padu), 4H, dan 6H (kedua-duanya heksagon), setiap satu menunjukkan sedikit pelbagai struktur jalur elektronik dan kekonduksian terma.
3C-SiC, dengan rangka kerja campuran zinknya, mempunyai jurang jalur yang paling sempit (~ 2.3 eV) dan biasanya dikembangkan pada substrat silikon untuk alat semikonduktor, manakala 4H-SiC menyediakan fleksibiliti elektron yang luar biasa dan digemari untuk peranti elektronik berkuasa tinggi.
Ikatan kovalen pepejal dan sifat arah Si– Ikatan C memberikan kepejalan yang luar biasa, keselamatan haba, dan ketahanan terhadap tergelincir dan serangan kimia, menjadikan SiC ideal untuk aplikasi persekitaran yang melampau.
1.2 Isu, Doping, dan Kediaman Digital
Tanpa mengira kerumitan strukturnya, SiC boleh didop untuk mencapai kedua-dua jenis-n dan jenis-p kekonduksian, membenarkan penggunaannya dalam peranti semikonduktor.
Nitrogen dan fosforus berfungsi sebagai bahan pencemar penyumbang, memasukkan elektron terus ke dalam jalur penghantaran, manakala aluminium ringan dan boron berfungsi sebagai penerima, menghasilkan lubang pada jalur valens.
Namun begitu, Kecekapan doping jenis-p dihadkan oleh kuasa pengaktifan yang tinggi, terutamanya dalam 4H-SiC, yang menimbulkan halangan untuk susun atur alat bipolar.
Kecacatan asli seperti salah letak skru, paip mikro, dan kesilapan cerucuk boleh melemahkan prestasi alat dengan bertindak sebagai kemudahan penggabungan semula atau laluan bocor, menuntut pembangunan kristal tunggal terkemuka untuk aplikasi elektronik.
Jurang band yang luas (2.3– 3.3 eV bergantung kepada polytype), kawasan elektrik kegagalan tinggi (~ 3 MV/cm), dan kekonduksian terma yang sangat baik (~ 3– 4 W/m · K untuk 4H-SiC) menjadikan SiC jauh lebih unggul daripada silikon dalam suhu tinggi, voltan tinggi, dan elektronik kuasa frekuensi tinggi.
2. Pengendalian dan Reka Bentuk Mikrostruktur
( Seramik Silikon Karbida)
2.1 Teknik Pensinteran dan Pemadatan
Silikon karbida secara semula jadi sukar untuk ditumpat kerana ikatan kovalen yang kuat dan pekali resapan diri yang berkurangan, memerlukan teknik pemprosesan yang inovatif untuk mencapai ketumpatan penuh tanpa bahan tambahan atau dengan bantuan pensinteran yang sangat sedikit.
Pensinteran tanpa tekanan serbuk SiC submikron boleh dilaksanakan dengan peningkatan boron dan karbon, yang menggalakkan ketumpatan dengan menghapuskan lapisan oksida dan meningkatkan resapan keadaan pepejal.
Tolakan hangat menggunakan tekanan uniaksial semasa pemanasan rumah, membenarkan ketumpatan penuh pada tahap suhu yang dikurangkan (~ 1800– 2000 ° C )dan menghasilkan butiran halus, komponen berkekuatan tinggi sesuai untuk mengurangkan peranti dan memakai bahagian.
Untuk bentuk yang besar atau rumit, ikatan tindak balas digunakan, di mana prabentuk karbon berliang ditembusi dengan silikon cair pada ~ 1600 ° C, mencipta β-SiC in situ dengan pengecutan marginal.
Namun begitu, sisa silikon bebas kos (~ 5– 10%) kekal dalam struktur mikro, mengehadkan kecekapan suhu tinggi dan rintangan pengoksidaan di atas 1300 ° C.
2.2 Pengeluaran Aditif dan Pembuatan Berbentuk Hampir Bersih
Kejayaan semasa dalam pembuatan bahan tambahan (pagi), khususnya pengaliran pengikat dan stereolitografi menggunakan serbuk SiC atau polimer praseramik, membenarkan fabrikasi geometri rumit yang dahulunya tidak boleh dicapai dengan pendekatan konvensional.
Dalam seramik terbitan polimer (PDC) laluan, pendahulu SiC cecair terbentuk melalui cetakan 3D dan kemudian dipirolisis pada haba untuk menghasilkan SiC amorf atau nanohabluran, lazimnya memerlukan lebih kepadatan.
Teknik ini menurunkan harga pemesinan dan sisa produk, menjadikan SiC lebih tersedia untuk aeroangkasa, nuklear, dan aplikasi penukar hangat di mana susun atur kompleks meningkatkan kecekapan.
Tindakan pasca pemprosesan seperti penyusupan wap kimia (CVI) atau resapan silikon cecair (LSI) kadangkala digunakan untuk meningkatkan ketumpatan dan kestabilan mekanikal.
3. mekanikal, terma, dan Kecekapan Alam Sekitar
3.1 kekuatan, Kekerasan, dan Gunakan Rintangan
Silikon karbida berada di antara produk yang paling sukar diiktiraf, dengan keteguhan Mohs ~ 9.5 dan ketegasan Vickers mengatasi 25 Purata mata gred, menjadikannya sangat kebal terhadap lelasan, perpecahan, dan mengikis.
Kekuatan lenturnya biasanya berkisar dari 300 kepada 600 MPa, bergantung pada pendekatan pemprosesan dan saiz bijirin, dan ia mengekalkan keliatan pada suhu sehingga 1400 ° C dalam suasana lengai.
Kekuatan patah, sambil bersederhana (~ 3– 4 MPa · m 1ST/ DUA), adalah mencukupi untuk banyak aplikasi seni bina, khususnya apabila disepadukan dengan sokongan gentian dalam komposit matriks seramik (CMC).
CMC berasaskan SiC digunakan dalam bilah turbin, lapisan pembakar, dan sistem brek, di mana mereka memberikan penjimatan kos berat, kecekapan gas, dan hayat perkhidmatan yang berpanjangan berbanding setara logam.
Rintangan hausnya yang luar biasa menjadikan SiC sesuai untuk pengedap, galas, elemen pam, dan perisai balistik, di mana kekukuhan di bawah beban mekanikal yang melampau adalah kritikal.
3.2 Kekonduksian Terma dan Keselamatan Pengoksidaan
Salah satu harta kediaman atau komersial SiC yang paling berguna ialah kekonduksian terma yang tinggi– lebih kurang 490 W/m · K untuk 4H-SiC kristal tunggal dan ~ 30– 120 W/m · K untuk jenis polihabluran– melampaui banyak logam dan membolehkan pelesapan haba yang berkesan.
Harta kediaman ini penting dalam elektronik kuasa, di mana peranti SiC menghasilkan lebih sedikit haba buangan dan boleh berjalan pada ketumpatan kuasa yang lebih besar daripada alat berasaskan silikon.
Pada tahap suhu yang meningkat dalam persekitaran pengoksidaan, SiC mencipta silika pelindung (SiO ₂) lapisan yang mengurangkan pengoksidaan tambahan, menawarkan kekukuhan ekologi yang baik sebanyak ~ 1600 ° C.
Namun begitu, dalam atmosfera yang kaya dengan wap air, lapisan ini boleh meruap sebagai Si(OH)₄, mengakibatkan degradasi dipercepatkan– cabaran utama dalam aplikasi turbin gas.
4. Aplikasi Lanjutan dalam Tenaga, Peranti Elektronik, dan Aeroangkasa
4.1 Peranti Elektronik Kuasa dan Alat Semikonduktor
Silikon karbida telah mengubah elektronik kuasa dengan membolehkan alat seperti diod Schottky, MOSFET, dan JFET yang beroperasi pada voltan yang lebih tinggi, frekuensi, dan suhu daripada padanan silikon.
Alat ini mengurangkan kehilangan tenaga dalam kenderaan elektrik, penyongsang tenaga boleh diperbaharui, dan pemacu motor elektrik komersial, menambah kepada peningkatan kecekapan kuasa global.
Keupayaan untuk berjalan pada tahap suhu simpang melebihi 200 ° C membenarkan sistem penyejukan diperkemas dan meningkatkan kebolehpercayaan sistem.
Tambahan pula, Wafer SiC digunakan sebagai substratum untuk galium nitrida (GaN) epitaksi dalam transistor mobiliti elektron tinggi (HEMT), menyepadukan kelebihan kedua-dua semikonduktor jurang jalur lebar.
4.2 nuklear, Aeroangkasa, dan Peralatan Optik
Dalam loji kuasa atom, SiC ialah elemen utama pelapisan bahan api tahan kemalangan, di mana keratan rentas serapan neutron berkurangan, rintangan sinaran, dan keliatan suhu tinggi meningkatkan keselamatan dan keselamatan dan kecekapan.
Dalam aeroangkasa, Komposit bertetulang gentian SiC digunakan dalam enjin jet dan kereta hipersonik untuk kestabilan ringan dan termanya.
Tambahan pula, cermin SiC ultra licin digunakan mendahului teleskop hasil daripada perkadaran kekakuan-kepada-ketumpatannya yang tinggi, kestabilan haba, dan kebolehgilapan kepada kekasaran sub-nanometer.
Secara ringkasnya, seramik silikon karbida berdiri untuk batu kunci bahan termaju moden, menggabungkan mekanikal yang cemerlang, terma, dan sifat digital.
Dengan kawalan khusus polytype, struktur mikro, dan pengendalian, SiC kekal untuk membolehkan inovasi teknologi berkuasa, pengangkutan, dan kejuruteraan tetapan melampau.
5. Pembekal
TRUNNANO ialah pembekal Serbuk Tungsten Sfera dengan lebih 12 tahun pengalaman dalam pemuliharaan tenaga pembinaan nano dan pembangunan teknologi nano. Ia menerima pembayaran melalui Kad Kredit, T/T, West Union dan Paypal. Trunnano akan menghantar barangan kepada pelanggan di luar negara melalui FedEx, DHL, melalui udara, atau melalui laut. Jika anda ingin mengetahui lebih lanjut mengenai Serbuk Tungsten Sfera, sila hubungi kami dan hantar pertanyaan([email protected]).
Tag: seramik silikon karbida,produk seramik silikon karbida, seramik industri
Semua artikel dan gambar adalah dari Internet. Jika terdapat sebarang isu hak cipta, sila hubungi kami dalam masa untuk memadam.
Tanya kami