1. Фундаментални оквир и полиморфизам силицијум карбида
1.1 Хемија кристала и политипска сорта
(Керамика од силицијум карбида)
Силицијум карбид (СиЦ) је ковалентно лепљени керамички производ састављен од атома силицијума и угљеника постављених у тетраедарској контроли, развијање високо стабилне и робусне кристалне решетке.
За разлику од многих конвенционалних керамика, СиЦ нема солитер, посебан кристални оквир; уместо тога, показује импресиван осећај познат као политипизам, где се иста хемијска структура може обликовати у преко 250 различите политипове, сваки варира у секвенци слагања блиско збијених атомских слојева.
Један од технолошки најсадржајнијих политипова су 3Ц-СиЦ (кубни, цинк бленде фрамеворк), 4Х-СиЦ, и 6Х-СиЦ (оба хексагонална), сваки нуди разне електронске, термички, и машинске зграде.
3Ц-СиЦ, такође се назива бета-СиЦ, се нормално формира на сниженим температурама и метастабилан је, док 4Х и 6Х политипови, који се назива алфа-СиЦ, су много термички стабилнији и генерално се користе у високотемпературним и дигиталним апликацијама.
Ова структурна разноликост омогућава циљану опцију материјала на основу предвиђене примене, било да се ради о енергетским електронским уређајима, обрада велике брзине, или тешке термичке средине.
1.2 Квалитети везивања и резултирајућа карактеристика
Издржљивост СиЦ произилази из његових јаких ковалентних Си-Ц веза, које су кратке дужине и веома усмерене, што резултира крутом тродимензионалном мрежом.
Овај распоред везивања представља феноменалне механичке куће, укључујући високу чврстоћу (обично 25– 30 ГПа на Викерсовом опсегу), изузетна издржљивост на савијање (колико год 600 МПа за синтероване типове), и добра отпорност на пукотине код друге керамике.
Ковалентна природа такође доприноси супериорној топлотној проводљивости СиЦ-а, који може доћи до 120– 490 В/м · К ослањајући се на политип и чистоћу– сличан неким металима и много већи од већине архитектонских порцелана.
Надаље, СиЦ показује низак коефицијент топлотног развоја, око 4.0– 5.6 × 10 ⁻⁶/ К, који, када се комбинује са високом топлотном проводљивошћу, нуди изузетну отпорност на топлотни удар.
Ово имплицира да компоненте СиЦ могу да предузму брза подешавања температуре без пуцања, кључни атрибут у апликацијама као што су делови грејача, топли измењивачи, и ваздушно-космичким системима топлотне одбране.
2. Синтеза и стратегије руковања силицијум карбидном керамиком
( Керамика од силицијум карбида)
2.1 Кључни приступи производњи: Од Ацхесон-а до напредне синтезе
Индустријска производња силицијум карбида сеже у касни 19. век развојем Ацхесоновог поступка., метода карботермалне редукције у којој силицијум диоксид високе чистоће (СиО ₂) и угљеник (обично нафтни кокс) се загревају на температуру изнад 2200 ° Ц у електричном отпорном грејачу.
Иако се ова метода и даље уобичајено користи за производњу сировог СиЦ праха за абразивне и ватросталне материјале, даје материјал са примесама и неуједначеном морфологијом честица, ограничавајући његову употребу у керамици високих перформанси.
Савремена побољшања су резултирала алтернативним путевима синтезе као што је хемијско таложење паре (ЦВД), који ствара ултра-високу чистоћу, монокристални СиЦ за примене у полупроводницима, и ласерски потпомогнута или плазма појачана синтеза за прахове наноразмера.
Ове софистициране технике омогућавају прецизну контролу над стехиометријом, димензија честице, и фазна чистоћа, важно за прилагођавање СиЦ специфичним захтевима дизајна.
2.2 Згушњавање и микроструктурна контрола
Међу највећим потешкоћама у производњи СиЦ порцелана је постизање потпуне згушњавања због његове јаке ковалентне везе и ниских коефицијената самодифузије., који инхибирају стандардно синтеровање.
Да се ово превазиђе, развијен је низ специфичних стратегија згушњавања.
Реакционо везивање подразумева инфилтрацију порозног угљеничног предформе са растопљеним силицијумом, који реагује на развој СиЦ ин ситу, што резултира компонентом готово мреже са врло малим скупљањем.
Синтеровање без притиска се постиже укључивањем помоћних средстава за синтеровање као што су бор и угљеник, који оглашавају зрно ограничавају дифузију и елиминишу поре.
Топло пресовање и топло изостатичко пресовање (ХИП) применити спољни стрес током целог грејања, омогућавајући потпуну згушњавање на смањеним нивоима температуре и стварање материјала са изузетним механичким стамбеним или пословним својствима.
Ови приступи обради омогућавају конструкцију СиЦ делова са ситним зрном, уједначене микроструктуре, важно за максимизирање снаге, отпорност на хабање, и интегритет.
3. Практична ефикасност и мултифункционалне апликације
3.1 Термичка и механичка отпорност у тешким окружењима
Порцелани од силицијум карбида су посебно прилагођени за процедуре у тешким проблемима због своје способности да задрже структурну стабилност на врућинама, одолети оксидацији, и издржати механичко хабање.
У оксидирајућим амбијентима, СиЦ формира сигурносни силицијум диоксид (СиО ₂) слој на својој површини, што смањује даљу оксидацију и омогућава континуирану употребу на температурним нивоима колико год 1600 ° Ц.
Ова отпорност на оксидацију, интегрисан са високом отпорношћу на пузање, чини СиЦ погодним за делове у гасним генераторима, коморе за сагоревање, и високоефикасне измењиваче топлоте.
Његова изузетна тврдоћа и отпорност на хабање се користе у комерцијалним применама као што су делови пумпи за густу смећу, млазнице за пескарење, и уређаји за сечење, где би се металне алтернативе брзо погоршале.
Штавише, Смањена топлотна експанзија и висока топлотна проводљивост СиЦ-а чине га препорученим производом за огледала у свемирским телескопима и ласерским системима, где је сигурност димензија под термалним бициклизмом од виталног значаја.
3.2 Електричне и полупроводничке апликације
Изнад његове структуралне корисности, силицијум карбид игра трансформативну функцију у области енергетске електронике.
4Х-СиЦ, посебно, поседује широк појас од отприлике 3.2 еВ, омогућавајући уређајима да раде на вишим напонима, температуре, и правилности пребацивања од традиционалних полупроводника на бази силицијума.
Ово резултира електричним алатима– као што су Шоткијеве диоде, МОСФЕТс, и ЈФЕТс– са знатно смањеним губицима снаге, мања величина, и повећана ефикасност, који се тренутно у великој мери користе у електричним возилима, претварачи обновљивих ресурса, и мудри мрежни системи.
Електрична област високог квара СиЦ-а (о 10 пута више од силицијума) дозвољава тање дрифт слојеве, минимизирање отпора на укључење и побољшање перформанси гаџета.
Надаље, Висока топлотна проводљивост СиЦ помаже да се топлота успешно распрши, минимизирање потребе за великим системима климатизације и омогућавање још мањих, поуздане електронске компоненте.
4. Настајуће границе и преглед будућности у технологији силицијум карбида
4.1 Комбинација напредних енергетских и ваздухопловних решења
Понављајући прелазак на уредну енергију и енергетски транспорт покреће неуспоредиву потражњу за елементима заснованим на СиЦ.
У соларним претварачима, претварачи енергије ветра, и системи за управљање батеријама, СиЦ алати доприносе већој ефикасности конверзије енергије, равномерно смањење испуштања угљеника и оперативних трошкова.
У ваздухопловству, СиЦ матрични композити ојачани СиЦ влакнима (СиЦ/СиЦ ЦМЦ) креирају се за лопатице ветротурбина, облоге ложишта, и системи топлотне безбедности, обезбеђујући уштеду на тежини и побољшање перформанси у односу на суперлегура на бази никла.
Ови керамички матрични композити могу радити на температурама које превазилазе 1200 ° Ц, омогућавајући млазне моторе следеће генерације са већим пропорцијама потиска и тежине и побољшаним перформансама гаса.
4.2 Нанотехнологија и квантне примене
На наноскали, силицијум карбид показује различите квантне зграде које се проверавају за технологије следеће генерације.
Одређени политипови СиЦ-а су домаћини силицијумских отвора и дивакансија који делују као спин-активни проблеми, раде као квантни мали битови (кубити) за квантне рачунаре и апликације за квантно уочавање.
Ови проблеми се могу оптички покренути, контролисан, и прегледајте на собној температури, значајну предност у односу на многе друге квантне системе који захтевају криогене проблеме.
Штавише, СиЦ наножице и наночестице се истражују за употребу у гаџетима за емисију на терену, фотокатализа, и биомедицинско снимање због њиховог високог односа ширине и висине, хемијска сигурност, и подесиви електронски стамбени или пословни објекти.
Како студија напредује, асимилацију СиЦ право у укрштене квантне системе и наноелектромеханичке уређаје (НЕМС) обећава да ће повећати своју дужност изван домена традиционалног дизајна.
4.3 Фактори одрживости и животног циклуса које треба узети у обзир
Производња СиЦ је енергетски интензивна, посебно у процесима синтезе и синтеровања на високим температурама.
Ипак, трајне предности СиЦ елемената– као што је продужени животни век, смањено одржавање, и побољшана ефикасност система– обично превазилазе почетни еколошки утицај.
У току су иницијативе за стварање још одрживијих производних рута, који се састоји од синтеровања уз помоћ микроталасне пећнице, адитивна производња (3Д штампање) оф СиЦ, и рециклажа СиЦ отпада од обраде полупроводничких плочица.
Ова побољшања имају за циљ смањење потрошње енергије, минимизирати материјални отпад, и подржавају заокружену економску климу у секторима напредних материјала.
У закључку, Порцелани од силицијум карбида представљају камен темељац савремене науке о производима, премошћивање јаза између архитектонске трајности и практичне флексибилности.
Од омогућавања чистијих енергетских система до покретања квантних иновација, СиЦ остаје да редефинише границе онога што је могуће у дизајну и научним истраживањима.
Како технике руковања напредују и појављују се потпуно нове апликације, будућност силицијум карбида остаје изузетно светла.
5. Добављач
Адванцед Церамицс основан октобра 17, 2012, је високотехнолошко предузеће посвећено истраживању и развоју, производње, обрада, продаје и техничке услуге керамичких релативних материјала и производа. Наши производи укључују, али не ограничавајући се на керамичке производе од бор карбида, Керамички производи од бор нитрида, Керамички производи од силицијум карбида, Керамички производи од силицијум нитрида, Керамички производи од цирконијум диоксида, итд. Ако сте заинтересовани, слободно нас контактирајте.(нанотрун@иахоо.цом)
Ознаке: Керамика од силицијум карбида,силицијум карбида,цена силицијум карбида
Сви чланци и слике су са интернета. Ако постоје проблеми са ауторским правима, контактирајте нас на време да обришете.
Питајте нас