සිලිකන් කාබයිඩ් සෙරමික්: අන්ත පරිසර ඇලුමිනා ගඩොල් සඳහා ඉහළ ක්‍රියාකාරී ද්‍රව්‍යයක විද්‍යාව සහ ඉංජිනේරු

1. සිලිකන් කාබයිඩ් හි මූලික රාමුව සහ බහුරූපතාව

1.1 Crystal Chemistry සහ Polytypic විවිධත්වය

(සිලිකන් කාබයිඩ් සෙරමික්)

සිලිකන් කාබයිඩ් (SiC) සහසංයුජව ඇලවූ සෙරමික් නිෂ්පාදනයක් වන අතර එය ටෙට්‍රාහෙඩ්‍රල් පාලනයක පිහිටුවා ඇති සිලිකන් සහ කාබන් පරමාණු වලින් සෑදී ඇත, ඉතා ස්ථායී සහ ශක්තිමත් ස්ඵටික දැලිසක් වර්ධනය කිරීම.

බොහෝ සාම්ප්රදායික පිඟන් මැටි මෙන් නොව, SiC සතුව තනිකමක් නැත, වෙනස් ස්ඵටික රාමුව; ඒ වෙනුවට, එය polytypism ලෙස හඳුන්වන ආකර්ෂණීය සංවේදනයක් විදහා දක්වයි, එහිදී එකම රසායනික ව්‍යුහයට හැඩය ගත හැක 250 වෙනස් බහු වර්ග, සමීප ඇසුරුම් කරන ලද පරමාණුක ස්ථරවල ගොඩගැසීමේ අනුපිළිවෙලෙහි එක් එක් වෙනස් වේ.

වඩාත්ම තාක්ෂණික වශයෙන් සැලකිය යුතු බහුඅවයවයක් වන්නේ 3C-SiC ය (ඝනක, සින්ක් මිශ්ර රාමුව), 4H-SiC, සහ 6H-SiC (ෂඩාස්රාකාර දෙකම), එක් එක් විවිධ ඉලෙක්ට්රොනික ඉදිරිපත්, තාප, සහ යාන්ත්රික ගොඩනැගිලි.

3C-SiC, බීටා-SiC ලෙසද හැඳින්වේ, සාමාන්‍යයෙන් අඩු උෂ්ණත්වවලදී සෑදී ඇති අතර එය පරිවෘත්තීය වේ, 4H සහ 6H බහු වර්ග අතර, ඇල්ෆා-SiC ලෙස හැඳින්වේ, වඩාත් තාප ස්ථායී වන අතර සාමාන්‍යයෙන් ඉහළ උෂ්ණත්ව සහ ඩිජිටල් යෙදුම්වල භාවිතා වේ.

මෙම ව්‍යුහාත්මක විවිධත්වය නම් කරන ලද යෙදුම මත පදනම්ව ඉලක්කගත ද්‍රව්‍ය විකල්පය සක්‍රීය කරයි, එය බල ඉලෙක්ට්‍රොනික උපාංගවල තිබේද යන්න, අධිවේගී යන්ත්රෝපකරණ, හෝ දැඩි තාප පරිසර.

1.2 බන්ධන ගුණාංග සහ ප්රතිඵල ලක්ෂණ

SiC හි ශක්තිය එහි ශක්තිමත් සහසංයුජ Si-C බන්ධන වලින් පැන නගී, කෙටි දිග සහ ඉතා දිශානුගත වේ, දැඩි ත්‍රිමාණ ජාලයක් ඇති කරයි.

මෙම බන්ධන සැකැස්ම අතිවිශිෂ්ට යාන්ත්‍රික නිවාස ඉදිරිපත් කරයි, ඉහළ ඝනත්වය ඇතුළුව (සාමාන්යයෙන් 25– 30 Vickers පරාසයේ GPa), කැපී පෙනෙන flexural ශක්තිය (තරම් 600 සින්ටර් වර්ග සඳහා MPa), සහ අනෙකුත් පිඟන් භාණ්ඩ ගැන හොඳ ඉරිතැලීම් දෘඪතාව.

සහසංයුජ ස්වභාවය SiC හි උසස් තාප සන්නායකතාවයට ද එක් කරයි, 120 දක්වා ලබා ගත හැක– 490 W/m · K පොලිටයිප් සහ පිරිසිදුකම මත රඳා පවතී– සමහර ලෝහ වලට සමාන වන අතර බොහෝ වාස්තු විද්‍යාත්මක පෝසිලේන් වලට වඩා වැඩිය.

තව ද, SiC තාප සංවර්ධනයේ අඩු සංගුණකයක් පෙන්නුම් කරයි, 4.0 පමණ– 5.6 × 10 ⁻⁶/ කේ, කුමන, ඉහළ තාප සන්නායකතාවය සමඟ සංයෝජනය වන විට, එය කැපී පෙනෙන තාප කම්පන ප්රතිරෝධයක් ලබා දෙයි.

මෙයින් ඇඟවෙන්නේ SiC සංරචක ඉරිතැලීමකින් තොරව වේගවත් උෂ්ණත්ව ගැලපුම් සිදු කළ හැකි බවයි, තාපක කොටස් වැනි යෙදුම්වල තීරණාත්මක ගුණාංගයකි, උණුසුම් හුවමාරුකාරක, සහ අභ්‍යවකාශ තාප ආරක්ෂණ පද්ධති.

2. සිලිකන් කාබයිඩ් සෙරමික් සඳහා සංස්ලේෂණය සහ හැසිරවීමේ උපාය මාර්ග

( සිලිකන් කාබයිඩ් සෙරමික්)

2.1 ප්රධාන නිෂ්පාදන ප්රවේශයන්: Acheson සිට Advanced Synthesis දක්වා

සිලිකන් කාබයිඩ් කාර්මික නිෂ්පාදනය 19 වන සියවසේ අගභාගය දක්වා ඇචෙසන් ක්‍රියා පටිපාටියේ වර්ධනයත් සමඟ ආපසු යයි., ඉහළ සංශුද්ධතාවයකින් යුත් සිලිකා කාබෝතර්මාල් අඩු කිරීමේ ක්‍රමයක් (SiO ₂) සහ කාබන් (සාමාන්යයෙන් තෙල් කෝක්) ඉහත උෂ්ණත්වයට රත් කරනු ලැබේ 2200 විද්යුත් ප්රතිරෝධක තාපකයක ° C.

මෙම ක්‍රමය උල්ෙල්ඛ සහ පරාවර්තක සඳහා බොර SiC කුඩු නිෂ්පාදනය සඳහා බහුලව භාවිතා වන අතර, එය අපද්‍රව්‍ය සහ අසමාන අංශු රූප විද්‍යාව සහිත ද්‍රව්‍ය ලබා දෙයි, ඉහළ කාර්යසාධනයක් සහිත පිඟන් මැටිවල එහි භාවිතය සීමා කිරීම.

නවීන වැඩිදියුණු කිරීම් හේතුවෙන් රසායනික වාෂ්ප තැන්පත් වීම වැනි විකල්ප සංශ්ලේෂණ මාර්ග ඇති විය (CVD), අති-ඉහළ සංශුද්ධතාවය ඇති කරයි, අර්ධ සන්නායක යෙදුම් සඳහා තනි-ස්ඵටික SiC, සහ නැනෝ පරිමාණ කුඩු සඳහා ලේසර් ආධාරක හෝ ප්ලාස්මා වැඩි දියුණු කළ සංශ්ලේෂණය.

මෙම අතිනවීන ශිල්පීය ක්‍රම මගින් ස්ටෝචියෝමිතිය නිවැරදිව පාලනය කිරීමට ඉඩ සලසයි, අංශු මානය, සහ අදියර සංශුද්ධතාවය, විශේෂිත නිර්මාණ ඉල්ලීම් වලට SiC සකස් කිරීම සඳහා වැදගත් වේ.

2.2 ඝනත්වය සහ ක්ෂුද්ර ව්යුහ පාලනය

SiC පෝසිලේන් නිෂ්පාදනය කිරීමේ ඇති හොඳම දුෂ්කරතා අතර එහි ශක්තිමත් සහසංයුජ බන්ධන සහ අඩු ස්වයං-විසරණ සංගුණක හේතුවෙන් සම්පූර්ණ ඝනත්වය සාක්ෂාත් කර ගැනීමයි., සම්මත සින්ටර් කිරීම වළක්වන.

මෙය ජය ගැනීමට, නිශ්චිත ඝනත්ව උපාය මාර්ග ගණනාවක් සංවර්ධනය කර ඇත.

ප්‍රතික්‍රියා බන්ධනය උණු කළ සිලිකන් සමඟ සිදුරු සහිත කාබන් පූර්ව ආකෘතියක් ආක්‍රමණය කරයි., SiC in situ සංවර්ධනය කිරීමට ප්‍රතිචාර දක්වයි, එහි ප්‍රතිඵලයක් ලෙස ඉතා කුඩා හැකිලීමක් සහිත ආසන්න-ජාල හැඩැති සංරචකයක් ඇතිවේ.

බෝරෝන් සහ කාබන් වැනි සින්ටර් කිරීමේ ආධාරක ඇතුළත් කිරීමෙන් පීඩන රහිත සින්ටර් කිරීම ලබා ගනී, ධාන්‍ය ප්‍රචාරණය සීමා කිරීම සහ සිදුරු ඉවත් කිරීම ප්‍රචාරය කරයි.

උණුසුම් පීඩනය සහ උණුසුම් සමස්ථානික පීඩනය (HIP) උණුසුම පුරාම බාහිර ආතතිය යොදන්න, අඩු උෂ්ණත්ව මට්ටම්වලදී සම්පූර්ණ ඝනත්වයට ඉඩ සලසා දීම සහ කැපී පෙනෙන යාන්ත්රික නේවාසික හෝ වාණිජ ගුණාංග සහිත ද්රව්ය නිර්මාණය කිරීම.

මෙම සැකසුම් ප්‍රවේශයන් සියුම්-කැට සහිත SiC කොටස් තැනීමට ඉඩ සලසයි, ඒකාකාර ක්ෂුද්ර ව්යුහයන්, ශක්තිය උපරිම කිරීම සඳහා වැදගත් වේ, ඇඳුම් ප්රතිරෝධය, සහ අඛණ්ඩතාව.

3. ප්රායෝගික කාර්යක්ෂමතාව සහ බහුකාර්ය යෙදුම්

3.1 දැඩි පරිසරවල තාප හා යාන්ත්රික ඔරොත්තු දීමේ හැකියාව

සිලිකන් කාබයිඩ් පෝසිලේන් උෂ්නත්වයේ දී ව්‍යුහාත්මක ස්ථායීතාවය පවත්වා ගැනීමට ඇති හැකියාව නිසා දැඩි ගැටළු වලදී ක්‍රියා පටිපාටිය සඳහා සුවිශේෂී ලෙස ගැලපේ., ඔක්සිකරණයට ඔරොත්තු දෙනවා, සහ යාන්ත්රික ඇඳුම් වලට ඔරොත්තු දෙනවා.

ඔක්සිකාරක පරිසරයක, SiC ආරක්ෂිත සිලිකා සාදයි (SiO ₂) එහි මතුපිට ප්රදේශය මත ස්ථරය, එය තවදුරටත් ඔක්සිකරණය අඩු කරන අතර උෂ්ණත්ව මට්ටම්වල අඛණ්ඩ භාවිතයට ඉඩ සලසයි 1600 ° සී.

මෙම ඔක්සිකරණ ප්රතිරෝධය, ඉහළ රිංගා ප්රතිරෝධය සමඟ ඒකාබද්ධ වේ, ගෑස් උත්පාදක යන්ත්රවල කොටස් සඳහා SiC සුදුසු වේ, දහන කුටි, සහ ඉහළ කාර්යක්ෂම උණුසුම් හුවමාරුකාරක.

එහි සුවිශේෂී දෘඪතාව සහ උල්ෙල්ඛ ප්‍රතිරෝධය පොහොර පොම්ප කොටස් වැනි වාණිජ යෙදුම් වලදී භාවිතා කරනු ලැබේ., වැලි පිපිරුම් තුණ්ඩ, සහ කැපුම් උපාංග, එහිදී ලෝහ විකල්ප ඉක්මනින් පිරිහී යනු ඇත.

එපමණක්ද නොව, SiC හි අඩු වූ තාප ප්‍රසාරණය සහ ඉහළ තාප සන්නායකතාවය එය අභ්‍යවකාශ දුරේක්ෂ සහ ලේසර් පද්ධතිවල දර්පණ සඳහා නිර්දේශිත නිෂ්පාදනයක් බවට පත් කරයි., තාප බයිසිකල් පැදීම යටතේ මාන ආරක්ෂාව ඉතා වැදගත් වේ.

3.2 විදුලි සහ අර්ධ සන්නායක යෙදුම්

එහි ව්‍යුහාත්මක උපයෝගීතාවයෙන් ඔබ්බට, සිලිකන් කාබයිඩ් බලශක්ති ඉලෙක්ට්‍රොනික ක්ෂේත්‍රයේ පරිවර්තනීය කාර්යයක් ඉටු කරයි.

4H-SiC, විශේෂයෙන්ම, දළ වශයෙන් පුළුල් කලාප පරතරයක් ඇත 3.2 eV, උපාංගවලට වැඩි වෝල්ටීයතාවයකින් ක්‍රියා කිරීමට ඉඩ සලසයි, උෂ්ණත්වයන්, සහ සාම්ප්රදායික සිලිකන් මත පදනම් වූ අර්ධ සන්නායකවලට වඩා නිතිපතා මාරු කිරීම.

මෙය බලශක්ති මෙවලම් ඇති කරයි– Schottky diode වැනි, MOSFETs, සහ JFETs– සැලකිය යුතු ලෙස අඩු කළ බලශක්ති පාඩු සමඟ, කුඩා ප්රමාණයේ ප්රමාණය, සහ ඉහළ කාර්යක්ෂමතාව, දැනට විදුලි වාහන වල බහුලව භාවිතා වේ, පුනර්ජනනීය සම්පත් ඉන්වර්ටර්, සහ ඥානවන්ත ජාල පද්ධති.

SiC හි ඉහළ අක්‍රිය විදුලි ප්‍රදේශය (ගැන 10 සිලිකන් මෙන් ගුණයක්) තුනී ප්ලාවිත ස්ථර වලට ඉඩ සලසයි, ප්‍රතිරෝධය අවම කිරීම සහ ගැජට් ක්‍රියාකාරිත්වය වැඩි දියුණු කිරීම.

තව ද, SiC හි ඉහළ තාප සන්නායකතාවය උණුසුම්ව සාර්ථකව විසුරුවා හැරීමට උපකාරී වේ, විශාල වායු සමීකරණ පද්ධති සඳහා අවශ්යතාවය අවම කිරීම සහ ඊටත් වඩා කුඩා සක්රිය කිරීම, විශ්වසනීය ඉලෙක්ට්රොනික සංරචක.

4. සිලිකන් කාබයිඩ් තාක්ෂණයේ මතුවන මායිම් සහ අනාගත දළ විශ්ලේෂණය

4.1 උසස් බලය සහ අභ්‍යවකාශ විසඳුම් වල සංයෝජනය

පිළිවෙලට ඇති ශක්තිය සහ ශක්තිජනක ප්‍රවාහනය වෙත පුනරාවර්තන සංක්‍රාන්තිය SiC මත පදනම් වූ මූලද්‍රව්‍ය සඳහා අසමසම ඉල්ලුමක් ඇති කරයි..

සූර්ය ඉන්වර්ටර් වල, සුළං බල පරිවර්තක, සහ බැටරි කළමනාකරණ පද්ධති, SiC මෙවලම් ඉහළ බල පරිවර්තන කාර්යක්ෂමතාවයට එක් කරයි, සෘජුවම අඩු වන කාබන් විසර්ජන සහ මෙහෙයුම් පිරිවැය.

අභ්‍යවකාශයේදී, SiC තන්තු-reinforced SiC matrix සංයුක්ත (SiC/SiC CMCs) සුළං ටර්බයින තල සඳහා නිර්මාණය වෙමින් පවතී, දාහක ලයිනිං, සහ තාප ආරක්ෂණ පද්ධති, නිකල් මත පදනම් වූ සුපර්ලෝයි වලට වඩා බර පිරිවැය ඉතුරුම් සහ කාර්ය සාධන වාසි ලබා දීම.

මෙම සෙරමික් න්‍යාස සංයෝග ඉක්මවන උෂ්ණත්වවලදී ක්‍රියා කළ හැක 1200 ° සී, ඊළඟ පරම්පරාවේ ජෙට් එන්ජින් සඳහා වැඩි තෙරපුම-බර සමානුපාතිකයන් සහ වැඩිදියුණු කළ වායු ක්‍රියාකාරිත්වය ඇති කිරීමට හැකි වීම.

4.2 නැනෝ තාක්ෂණය සහ ක්වොන්ටම් යෙදුම්

නැනෝ පරිමාණයෙන්, සිලිකන් කාබයිඩ් ඊලඟ පරම්පරාවේ තාක්ෂණයන් සඳහා පරීක්ෂා කරනු ලබන වෙනස් ක්වොන්ටම් ගොඩනැගිලි පෙන්වයි.

SiC ධාරක සිලිකන් විවෘත කිරීම් සහ භ්‍රමණය-ක්‍රියාකාරී ගැටළු ලෙස ක්‍රියා කරන සමහර බහු වර්ග, ක්වොන්ටම් කුඩා බිටු ලෙස ක්‍රියා කරයි (කියුබිට්ස්) ක්වොන්ටම් පරිගණක සහ ක්වොන්ටම් නිරීක්ෂණ යෙදුම් සඳහා.

මෙම ගැටළු දෘශ්‍ය ලෙස ආරම්භ කළ හැක, පාලනය කර ඇත, සහ කාමර උෂ්ණත්වයේ දී සමාලෝචනය කරන්න, ක්‍රයොජනික් ගැටළු සඳහා කැඳවුම් කරන වෙනත් බොහෝ ක්වොන්ටම් පද්ධතිවලට වඩා සැලකිය යුතු ප්‍රතිලාභයකි.

එපමණක්ද නොව, ක්ෂේත්‍ර විමෝචන උපකරණවල භාවිතය සඳහා SiC නැනෝ වයර් සහ නැනෝ අංශු ගවේෂණය කරමින් පවතී, ඡායාරූප උත්ප්රේරණය, සහ ජෛව වෛද්‍ය ප්‍රතිරූපණය ඔවුන්ගේ ඉහළ දර්ශන අනුපාතය නිසා, රසායනික ආරක්ෂාව, සහ සුසර කළ හැකි ඉලෙක්ට්‍රොනික නේවාසික හෝ වාණිජ දේපල.

අධ්‍යයනයේ දියුණුවත් එක්ක, හරස් අභිජනන ක්වොන්ටම් පද්ධති සහ නැනෝ විද්‍යුත් යාන්ත්‍රික උපාංග වෙත SiC නිවැරදිව උකහා ගැනීම (NEMS) සම්ප්‍රදායික නිර්මාණ වසම්වලින් ඔබ්බට එහි රාජකාරිය වැඩි කිරීමට පොරොන්දු වේ.

4.3 සලකා බැලිය යුතු තිරසාරභාවය සහ ජීවන චක්‍ර සාධක

SiC නිෂ්පාදනය බලශක්තිය අධික වේ, විශේෂයෙන් ඉහළ උෂ්ණත්ව සංස්ලේෂණය සහ සින්ටර් කිරීමේ ක්රියාවලීන්හිදී.

කෙසේ වෙතත්, SiC මූලද්‍රව්‍යවල කල්පවත්නා ප්‍රතිලාභ– දිගු ආයු කාලය වැනි, නඩත්තු කිරීම අඩු විය, සහ පද්ධති කාර්යක්ෂමතාව වැඩි දියුණු කිරීම– සාමාන්‍යයෙන් මූලික පාරිසරික බලපෑම ඉක්මවා යයි.

ඊටත් වඩා තිරසාර නිෂ්පාදන මාර්ග නිර්මාණය කිරීමට මුලපිරීම් සිදුවෙමින් පවතී, මයික්‍රෝවේව් ආධාරයෙන් සින්ටර් කිරීමකින් සමන්විත වේ, ආකලන නිෂ්පාදනය (3ඩී මුද්රණය) SiC හි, සහ අර්ධ සන්නායක වේෆර් සැකසීමෙන් SiC අපද්‍රව්‍ය ප්‍රතිචක්‍රීකරණය කිරීම.

මෙම දියුණුව බලශක්ති පරිභෝජනය අඩු කිරීම අරමුණු කරයි, ද්රව්යමය අපද්රව්ය අවම කිරීම, සහ උසස් ද්රව්ය අංශවල වටකුරු ආර්ථික වාතාවරණයට සහාය වීම.

අවසන් තීරණයේ දී, සිලිකන් කාබයිඩ් පෝසිලේන් සමකාලීන නිෂ්පාදන විද්‍යාවේ මූලික ගලක් නියෝජනය කරයි, වාස්තු විද්‍යාත්මක කල්පැවැත්ම සහ ප්‍රායෝගික නම්‍යශීලී බව අතර පරතරය පියවීම.

පිරිසිදු බල පද්ධති සක්‍රීය කිරීමේ සිට ක්වොන්ටම් නවෝත්පාදන බලගැන්වීම දක්වා, SiC සැලසුම් සහ විද්‍යාත්මක පර්යේෂණවල කළ හැකි දේවල මායිම් නැවත අර්ථ දැක්වීමට ඉතිරිව ඇත.

හැසිරවීමේ ශිල්පීය ක්‍රම දියුණු වන විට සහ නවතම යෙදුම් පැන නගී, සිලිකන් කාබයිඩ් වල අනාගතය අතිශයින්ම දීප්තිමත් වේ.

5. සැපයුම්කරු

උසස් සෙරමික් ඔක්තෝබර් ආරම්භ කරන ලදී 17, 2012, යනු පර්යේෂණ සහ සංවර්ධනය සඳහා කැපවී සිටින අධි තාක්‍ෂණික ව්‍යවසායයකි, නිෂ්පාදනය, සැකසීම, සෙරමික් සාපේක්ෂ ද්රව්ය සහ නිෂ්පාදනවල විකුණුම් සහ තාක්ෂණික සේවා. අපගේ නිෂ්පාදනවලට Boron Carbide සෙරමික් නිෂ්පාදන ඇතුළත් නමුත් ඒවාට සීමා නොවේ, බෝරෝන් නයිට්රයිඩ් සෙරමික් නිෂ්පාදන, සිලිකන් කාබයිඩ් සෙරමික් නිෂ්පාදන, සිලිකන් නයිට්රයිඩ් සෙරමික් නිෂ්පාදන, සර්කෝනියම් ඩයොක්සයිඩ් සෙරමික් නිෂ්පාදන, ආදිය. ඔබ උනන්දු නම්, කරුණාකර අප හා සම්බන්ධ වීමට නිදහස් වන්න.([email protected])
ටැග්: සිලිකන් කාබයිඩ් සෙරමික්,සිලිකන් කාබයිඩ්,සිලිකන් කාබයිඩ් මිල

සියලුම ලිපි සහ පින්තූර අන්තර්ජාලයෙනි. ප්‍රකාශන හිමිකම් ගැටළු තිබේ නම්, කරුණාකර මකා දැමීමට නියමිත වේලාවට අප හා සම්බන්ධ වන්න.

අපෙන් විමසන්න