1. Kristalna struktura in politipizem silicijevega karbida
1.1 Kubični in heksagonalni politipi: Od 3C do 6H in Past
(Keramika iz silicijevega karbida)
Silicijev karbid (SiC) je kovalentno sprijeta keramika, sestavljena iz atomov silicija in ogljika, postavljenih v tetraedrični sinhronizaciji, ustvarjanje enega najbolj kompleksnih sistemov politipizma v znanosti o materialih.
Za razliko od veliko keramike z osamljenim stabilnim kristalnim okvirjem, SiC obstaja v več 250 dobro znani politipi– različna zaporedja kopičenja tesno zapakiranih dvoslojev Si-C vzdolž c-osi– ki se razlikuje od kubičnega 3C-SiC (dodatno imenovan β-SiC) na heksagonalni 6H-SiC in romboedrični 15R-SiC.
Eden najpogostejših politipov, ki se uporablja v aplikacijah za oblikovanje, je 3C (kubični), 4H, in 6H (oba šestkotna), vsak prikazuje nekoliko različne strukture elektronskih pasov in toplotne prevodnosti.
3C-SiC, z okvirjem iz cinkove mešanice, ima najožji pas (~ 2.3 eV) in se običajno razširi na silicijeve podlage za polprevodniška orodja, medtem ko 4H-SiC zagotavlja izjemno fleksibilnost elektronov in je priljubljen pri elektronskih napravah visoke moči.
Trdna kovalentna vez in usmerjena narava Si– C bond daje izjemno trdnost, toplotna varnost, ter odpornost proti zdrsu in kemičnim napadom, zaradi česar je SiC idealen za uporabo v ekstremnih okoljih.
1.2 Težave, Doping, in Digitalna rezidenca
Ne glede na strukturno zapletenost, SiC se lahko dopira, da se doseže prevodnost n-tipa in p-tipa, omogoča uporabo v polprevodniških napravah.
Dušik in fosfor prispevata k onesnaževanju, uvajanje elektronov naravnost v transmisijski pas, medtem ko lahki aluminij in bor delujeta kot akceptorja, ustvarjanje lukenj v valenčnem pasu.
Kljub temu, Učinkovitost dopinga tipa p je omejena z visokimi aktivacijskimi močmi, zlasti v 4H-SiC, kar predstavlja ovire za bipolarno postavitev orodja.
Izvorne okvare, kot so napačne postavitve vijakov, mikrocevi, in napake pri kopičenju lahko oslabijo zmogljivost orodja, saj delujejo kot naprave za rekombinacijo ali tečaji puščanja, zahteven vrhunski razvoj monokristalov za elektronske aplikacije.
Ogromna pasovna vrzel (2.3– 3.3 eV odvisno od politipa), električno območje z veliko napako (~ 3 MV/cm), in odlična toplotna prevodnost (~ 3– 4 W/m · K za 4H-SiC) naredi SiC veliko boljši od silicija pri visokih temperaturah, visokonapetostni, in visokofrekvenčno močnostno elektroniko.
2. Ravnanje in mikrostrukturno načrtovanje
( Keramika iz silicijevega karbida)
2.1 Tehnike sintranja in zgoščevanja
Silicijev karbid je naravno težko zgostiti zaradi njegove močne kovalentne vezi in zmanjšanih koeficientov samodifuzije, ki potrebujejo inovativne tehnike obdelave, da dosežejo polno gostoto brez dodatkov ali z zelo malo pomoči pri sintranju.
Breztlačno sintranje submikronskih praškov SiC je izvedljivo z izboljšanjem bora in ogljika, ki spodbujajo zgoščevanje z odstranjevanjem oksidnih plasti in izboljšanjem difuzije v trdnem stanju.
Toplo potiskanje izvaja enoosni pritisk med ogrevanjem doma, omogoča popolno zgostitev pri znižanih temperaturnih nivojih (~ 1800– 2000 ° C )in ustvarjanje drobnozrnatega, komponente visoke trdnosti, idealne za redukcijske naprave in namestitev delov.
Za velike ali zapletene oblike, uporablja se odzivno povezovanje, kjer so porozne predoblike ogljika predrte s staljenim silicijem pri ~ 1600 ° C, ustvarjanje β-SiC in situ z mejnim krčenjem.
Kljub temu, preostali brezplačni silicij (~ 5– 10%) ostane v mikrostrukturi, omejevanje učinkovitosti pri visokih temperaturah in odpornosti proti oksidaciji 1300 ° C.
2.2 Aditivna proizvodnja in proizvodnja skoraj neto oblike
Trenutni preboji v aditivni proizvodnji (zjutraj), zlasti brizganje veziva in stereolitografija z uporabo prahu SiC ali predkeramičnih polimerov, omogočajo izdelavo zapletenih geometrij, ki prej niso bile dosegljive s konvencionalnimi pristopi.
V keramiki, pridobljeni iz polimerov (PDC) poti, tekoči predhodniki SiC se oblikujejo s 3D-tiskanjem in se nato pri segrevanju pirolizirajo, da nastane amorfni ali nanokristalni SiC, običajno potrebuje več zgoščevanja.
Te tehnike znižujejo cene strojne obdelave in odpadne izdelke, zaradi česar je SiC veliko bolj dostopen za letalstvo, jedrska, in aplikacije toplotnega izmenjevalnika, kjer zapletene postavitve povečajo učinkovitost.
Postopki naknadne obdelave, kot je infiltracija s kemičnimi hlapi (CVI) ali pronicanje tekočega silicija (LSI) se včasih uporabljajo za izboljšanje gostote in mehanske stabilnosti.
3. Mehanski, Toplotna, in okoljska učinkovitost
3.1 Moč, Trdota, in uporabite odpornost
Silicijev karbid se uvršča med najtrše priznane izdelke, z Mohsovo trdnostjo ~ 9.5 in Vickersova trdnost presega 25 Povprečna ocena, zaradi česar je zelo odporen na obrabo, razpad, in strganje.
Njegova upogibna trdnost se običajno giblje od 300 do 600 MPa, glede na pristop obdelave in velikost zrn, in ohranja žilavost pri temperaturah do 1400 °C v inertnih okoljih.
Zlomna trdnost, medtem ko je skromen (~ 3– 4 MPa · m 1ST/ DVA), zadostuje za številne arhitekturne aplikacije, še posebej, če je integriran z vlakneno podporo v kompozitih s keramično matriko (KMC).
CMC na osnovi SiC se uporabljajo v turbinskih lopaticah, obloge zgorevalne komore, in zavornih sistemov, kjer zagotavljajo prihranke pri stroških teže, učinkovitost plina, in podaljšano življenjsko dobo v primerjavi s kovinskimi ekvivalenti.
Zaradi izjemne odpornosti proti obrabi je SiC popoln za tesnila, ležaji, elementi črpalke, in balistični ščit, kjer je trdnost pri ekstremnih mehanskih obremenitvah kritična.
3.2 Toplotna prevodnost in varnost pred oksidacijo
Ena najbolj uporabnih stanovanjskih ali poslovnih lastnosti SiC je njegova visoka toplotna prevodnost– približno 490 W/m · K za monokristal 4H-SiC in ~ 30– 120 W/m · K za polikristalne vrste– presega tisto, ki jo ima veliko kovin, in omogoča učinkovito odvajanje toplote.
Ta stanovanjska nepremičnina je pomembna v energetski elektroniki, kjer naprave SiC ustvarjajo veliko manj odpadne toplote in lahko delujejo z večjo gostoto moči kot pripomočki na osnovi silicija.
Pri povišanih temperaturah v oksidativnih okoljih, SiC ustvarja zaščitni silicijev dioksid (SiO ₂) plast, ki zmanjšuje dodatno oksidacijo, ponujajo dobro ekološko trdnost toliko kot ~ 1600 ° C.
Kljub temu, v atmosferi, bogati z vodno paro, ta plast lahko izhlapi kot Si(OH)₄, kar povzroči pospešeno razgradnjo– ključni izziv pri aplikacijah plinskih turbin.
4. Napredne aplikacije v energetiki, Elektronske naprave, in Aerospace
4.1 Napajalne elektronske naprave in polprevodniški pripomočki
Silicijev karbid je preoblikoval močnostno elektroniko, saj je omogočil pripomočke, kot so Schottkyjeve diode, MOSFET-ji, in JFET-ji, ki delujejo pri višjih napetostih, frekvence, in temperature kot ujemanje silicija.
Ta orodja zmanjšujejo izgube energije v električnih vozilih, pretvorniki obnovljive energije, in komercialne elektromotorne pogone, dodajanje globalnih izboljšav energetske učinkovitosti.
Sposobnost delovanja pri višjih temperaturah stika 200 °C omogoča poenostavljene hladilne sisteme in večjo zanesljivost sistema.
Nadalje, SiC rezine se uporabljajo kot substrati za galijev nitrid (GaN) epitaksija v tranzistorjih z visoko mobilnostjo elektronov (HEMTs), združuje prednosti obeh širokopasovnih polprevodnikov.
4.2 Jedrska, Aerospace, in optična oprema
V atomskih elektrarnah, SiC je ključni element obloge goriva, odporne proti nesrečam, kjer je njegov zmanjšani presek absorpcije nevtronov, odpornost na sevanje, in visokotemperaturna žilavost izboljšata varnost in učinkovitost.
V letalstvu, Kompoziti, ojačani z vlakni SiC, se uporabljajo v reaktivnih motorjih in hiperzvočnih avtomobilih zaradi svoje lahke in toplotne stabilnosti.
Nadalje, Ultra-gladka SiC zrcala se uporabljajo pred teleskopi zaradi njihovega visokega razmerja med togostjo in gostoto, toplotna stabilnost, in možnost poliranja do subnanometrske hrapavosti.
Če povzamem, Keramika iz silicijevega karbida predstavlja temelj sodobnih naprednih materialov, združuje izjemno mehansko, termični, in digitalne lastnosti.
S posebnim nadzorom politipa, mikrostruktura, in ravnanje, SiC ostaja za omogočanje tehnoloških inovacij v energetiki, transport, in inženiring ekstremnih nastavitev.
5. Dobavitelj
TRUNNANO je dobavitelj sferičnega volframovega prahu z nad 12 dolgoletne izkušnje pri varčevanju z energijo v nanogradnjah in razvoju nanotehnologije. Sprejema plačilo s kreditno kartico, T/T, West Union in Paypal. Trunnano bo pošiljal blago strankam v tujino prek FedExa, DHL, po zraku, ali po morju. Če želite izvedeti več o sferičnem volframovem prahu, vas prosimo, da nas kontaktirate in pošljete povpraševanje([email protected]).
Oznake: keramika iz silicijevega karbida,keramični izdelki iz silicijevega karbida, keramična industrija
Vsi članki in slike so iz interneta. Če obstajajo težave z avtorskimi pravicami, za brisanje nas pravočasno kontaktirajte.
Povprašajte nas