1. Struktura krystaliczna i politypizm węglika krzemu
1.1 Politypy sześcienne i sześciokątne: Od 3C do 6H i przeszłość
(Ceramika z węglika krzemu)
Węglik krzemu (SiC) jest kowalencyjnie przylegającą ceramiką złożoną z atomów krzemu i węgla ustawionych w synchronizacji czworościennej, stworzenie jednego z najbardziej złożonych systemów politypizmu w materiałoznawstwie.
W przeciwieństwie do wielu ceramiki z pojedynczą, stabilną strukturą kryształową, SiC istnieje w ponad 250 dobrze znane politypy– wyraźne sekwencje układania ciasno upakowanych dwuwarstw Si-C wzdłuż osi c– różniące się od sześciennego 3C-SiC (dodatkowo określany jako β-SiC) do sześciokątnego 6H-SiC i romboedrycznego 15R-SiC.
Jednym z najpowszechniejszych typów politypów używanych w aplikacjach projektowych są 3C (sześcienny), 4H, i 6H (oba sześciokątne), każdy pokazuje trochę inną strukturę pasm elektronicznych i przewodność cieplną.
3C-SiC, z ramą z mieszanki cynku, ma najwęższe pasmo wzbronione (~ 2.3 eV) i jest zwykle ekspandowany na podłożach krzemowych do narzędzi półprzewodnikowych, podczas gdy 4H-SiC zapewnia niezwykłą elastyczność elektronów i jest preferowany w urządzeniach elektronicznych dużej mocy.
Stałe wiązanie kowalencyjne i kierunkowa natura Si– Wiązanie C zapewnia wyjątkową trwałość, bezpieczeństwo termiczne, oraz odporność na poślizg i atak chemiczny, dzięki czemu SiC idealnie nadaje się do zastosowań w ekstremalnych warunkach środowiskowych.
1.2 Kwestie, Doping, i cyfrowa rezydencja
Niezależnie od złożoności strukturalnej, SiC można domieszkować, aby uzyskać przewodność zarówno typu n, jak i p, co pozwala na jego zastosowanie w urządzeniach półprzewodnikowych.
Azot i fosfor są głównymi zanieczyszczeniami, wprowadzenie elektronów bezpośrednio do pasma transmisyjnego, podczas gdy lekkie aluminium i bor działają jako akceptory, tworząc dziury w paśmie walencyjnym.
Niemniej jednak, Skuteczność domieszkowania typu p jest ograniczona przez wysokie moce aktywacji, szczególnie w 4H-SiC, co stwarza przeszkody dla bipolarnego układu narzędzi.
Wady naturalne, takie jak nieprawidłowe umiejscowienie śrub, mikrorury, a błędy w układaniu mogą osłabić wydajność narzędzia, działając jako obiekty rekombinacyjne lub miejsca wycieku, wymagające najwyższej klasy rozwoju monokryształów do zastosowań elektronicznych.
Ogromna przerwa wzbroniona (2.3– 3.3 eV w zależności od politypu), obszar elektryczny o dużej awaryjności (~ 3 MV/cm), i doskonałą przewodność cieplną (~ 3– 4 W/m · K dla 4H-SiC) sprawiają, że SiC jest znacznie lepszy od krzemu w wysokiej temperaturze, Wysokie napięcie, i elektroniki mocy wysokiej częstotliwości.
2. Obsługa i projektowanie mikrostrukturalne
( Ceramika z węglika krzemu)
2.1 Techniki spiekania i zagęszczania
Węglik krzemu jest naturalnie trudny do zagęszczenia ze względu na silne wiązania kowalencyjne i zmniejszone współczynniki samodyfuzji, wymagające innowacyjnych technik przetwarzania, aby osiągnąć pełną gęstość bez dodatków lub przy bardzo niewielkiej pomocy spiekania.
Bezciśnieniowe spiekanie submikronowych proszków SiC jest możliwe dzięki wzmocnieniu boru i węgla, które sprzyjają zagęszczaniu poprzez eliminację warstw tlenków i zwiększenie dyfuzji w stanie stałym.
Ciepłe pchanie powoduje jednoosiowe ciśnienie podczas ogrzewania domu, umożliwiając pełne zagęszczenie w obniżonych poziomach temperatury (~ 1800– 2000 °C )i wytwarzanie drobnoziarnistych, komponenty o wysokiej wytrzymałości, idealne do redukcji urządzeń i nakładanych części.
Do dużych lub skomplikowanych kształtów, stosuje się wiązanie odpowiedzi, gdzie porowate preformy węglowe penetruje się roztopionym krzemem w temperaturze ~ 1600 °C, tworząc β-SiC in situ z marginalnym skurczem.
Niemniej jednak, resztkowy, bezpłatny krzem (~ 5– 10%) pozostaje w mikrostrukturze, ograniczając wydajność w wysokiej temperaturze i odporność na utlenianie powyżej 1300 °C.
2.2 Produkcja przyrostowa i produkcja w kształcie zbliżonym do netto
Aktualne przełomy w produkcji przyrostowej (JESTEM), w szczególności natryskiwanie spoiwa i stereolitografia przy użyciu proszków SiC lub polimerów preceramicznych, umożliwiają wytwarzanie skomplikowanych geometrii, które wcześniej były nieosiągalne przy użyciu konwencjonalnych metod.
Z ceramiki na bazie polimerów (PDC) trasy, płynne prekursory SiC powstają w wyniku druku 3D, a następnie poddawane są pirolizie w wysokiej temperaturze w celu wytworzenia amorficznego lub nanokrystalicznego SiC, zwykle wymagają większego zagęszczenia.
Techniki te obniżają ceny obróbki i straty produktu, dzięki czemu SiC jest znacznie bardziej dostępny dla przemysłu lotniczego, jądrowy, oraz aplikacje z ciepłymi wymiennikami, w których złożone układy zwiększają wydajność.
Działania po obróbce, takie jak infiltracja oparów chemicznych (CVI) lub wyciek płynnego krzemu (LSI) są czasami wykorzystywane w celu poprawy gęstości i stabilności mechanicznej.
3. Mechaniczny, Termiczny, i Efektywność Środowiskowa
3.1 Wytrzymałość, Twardość, i użyj oporu
Węglik krzemu należy do najtwardszych i uznanych produktów, z solidnością Mohsa ~ 9.5 i niezrównana jędrność Vickersa 25 Średnia ocen, dzięki czemu jest bardzo odporny na ścieranie, rozpad, i skrobanie.
Jego wytrzymałość na zginanie zazwyczaj waha się od 300 Do 600 MPa, w zależności od metody przetwarzania i wielkości ziaren, i utrzymuje wytrzymałość w temperaturach do 1400 °C w atmosferze obojętnej.
Wytrzymałość na pękanie, choć skromny (~ 3– 4 MPa · m 1./ DWA), jest wystarczający do wielu zastosowań architektonicznych, szczególnie po zintegrowaniu z nośnikiem włókien w kompozytach z osnową ceramiczną (CMC).
CMC na bazie SiC są stosowane w łopatkach turbin, okładziny komory spalania, i układy hamulcowe, gdzie zapewniają oszczędność kosztów masy, wydajność gazu, i dłuższą żywotność w porównaniu z odpowiednikami metali.
Wyjątkowa odporność na zużycie sprawia, że SiC jest idealny do uszczelek, namiar, elementy pompy, i tarcza balistyczna, gdzie wytrzymałość przy ekstremalnych obciążeniach mechanicznych ma kluczowe znaczenie.
3.2 Przewodność cieplna i bezpieczeństwo utleniania
Jedną z najbardziej przydatnych właściwości SiC w budynkach mieszkalnych i komercyjnych jest jego wysoka przewodność cieplna– około 490 W/m · K dla monokryształu 4H-SiC i ~ 30– 120 W/m · K dla typów polikrystalicznych– wykraczając poza możliwości wielu metali i umożliwiając efektywne odprowadzanie ciepła.
Ta nieruchomość mieszkalna jest ważna w energoelektronice, gdzie urządzenia SiC generują znacznie mniej ciepła odpadowego i mogą pracować z większą gęstością mocy niż gadżety na bazie krzemu.
Przy podwyższonych temperaturach w środowiskach utleniających, SiC tworzy ochronną krzemionkę (SiO₂) warstwę ograniczającą dodatkowe utlenianie, oferując dobrą trwałość ekologiczną aż do ~ 1600 °C.
Niemniej jednak, w atmosferach bogatych w parę wodną, warstwa ta może ulatniać się w postaci Si(OH)₄, co powoduje przyspieszoną degradację– kluczowym wyzwaniem w zastosowaniach turbin gazowych.
4. Zaawansowane zastosowania w energetyce, Urządzenia elektroniczne, i lotniczy
4.1 Urządzenia energoelektroniczne i gadżety półprzewodnikowe
Węglik krzemu zmienił elektronikę mocy, umożliwiając zastosowanie gadżetów takich jak diody Schottky'ego, MOSFETy, oraz JFET działające przy wyższych napięciach, częstotliwości, i temperatury niż dopasowania krzemowe.
Narzędzia te zmniejszają straty energii w pojazdach elektrycznych, falowniki energii odnawialnej, i komercyjne napędy silników elektrycznych, dodając do globalnej poprawy efektywności energetycznej.
Zdolność do pracy przy poziomach temperatury złącza powyżej 200 °C pozwala na usprawnienie systemów chłodzenia i zwiększenie niezawodności systemu.
Ponadto, Jako podłoże dla azotku galu wykorzystuje się płytki SiC (GaN) epitaksja w tranzystorach o dużej ruchliwości elektronów (HEMT), integrując zalety obu półprzewodników o szerokiej przerwie energetycznej.
4.2 Jądrowy, Lotnictwo, i sprzęt optyczny
W elektrowniach atomowych, SiC jest kluczowym elementem odpornych na wypadki okładzin paliwowych, gdzie jego zmniejszony przekrój absorpcji neutronów, odporność na promieniowanie, i wytrzymałość w wysokiej temperaturze poprawiają bezpieczeństwo i wydajność.
W lotnictwie, Kompozyty wzmocnione włóknem SiC są stosowane w silnikach odrzutowych i samochodach hipersonicznych ze względu na ich lekkość i stabilność termiczną.
Ponadto, przed teleskopami stosowane są ultragładkie zwierciadła SiC ze względu na ich wysoki stosunek sztywności do gęstości, stabilność termiczna, i polerowalność do chropowatości poniżej nanometra.
Podsumowując, Ceramika z węglika krzemu jest podstawą nowoczesnych, zaawansowanych materiałów, łącząc wybitną mechanikę, termiczny, i właściwości cyfrowe.
Ze szczególną kontrolą politypu, mikrostruktura, i obsługa, SiC pozostaje umożliwienie innowacji technologicznych w mocy, transport, i inżynieria ekstremalnych ustawień.
5. Dostawca
TRUNNANO jest dostawcą sferycznego proszku wolframu z ponad 12 lat doświadczenia w oszczędzaniu energii w nanobudynkach i rozwoju nanotechnologii. Akceptuje płatności kartą kredytową, T/T, West Union i Paypal. Trunnano wyśle towary do klientów za granicą za pośrednictwem FedEx, DHL, drogą powietrzną, lub drogą morską. Jeśli chcesz dowiedzieć się więcej o kulistym proszku wolframu, prosimy o kontakt i przesłanie zapytania([email protected]).
Tagi: ceramika z węglika krzemu,wyroby ceramiczne z węglika krzemu, przemysł ceramiczny
Wszystkie artykuły i zdjęcia pochodzą z Internetu. Jeśli są jakieś problemy z prawami autorskimi, skontaktuj się z nami na czas, aby usunąć.
Zapytaj nas