سلیکن کاربائیڈ سیرامکس: انتہائی ماحولیاتی ایپلی کیشنز سیرامک ​​بیئرنگ کے لیے اعلی کارکردگی کا مواد

1. سلکان کاربائیڈ کا کرسٹل ڈھانچہ اور پولی ٹائپزم

1.1 کیوبک اور ہیکساگونل پولی ٹائپس: 3C سے 6H اور ماضی

(سلیکن کاربائیڈ سیرامکس)

سلیکن کاربائیڈ (SiC) سلکان اور کاربن ایٹموں پر مشتمل ایک ہم آہنگی کے ساتھ چپکا ہوا سیرامک ​​ہے جو ٹیٹراہیڈرل سیکرونائزیشن میں ترتیب دیا گیا ہے۔, مادی سائنس میں پولی ٹائپزم کے سب سے پیچیدہ نظاموں میں سے ایک بنانا.

ایک تنہا مستحکم کرسٹل فریم ورک کے ساتھ بہت سارے سیرامکس کے برعکس, SiC اوور میں موجود ہے۔ 250 معروف پولی ٹائپس– سی محور کے ساتھ قریبی پیکڈ Si-C بائلیئرز کے الگ الگ ڈھیر کے سلسلے– کیوبک 3C-SiC سے مختلف (اضافی طور پر β-SiC کہا جاتا ہے۔) ہیکساگونل 6H-SiC اور rhombohedral 15R-SiC تک.

ڈیزائن ایپلی کیشنز میں استعمال ہونے والی سب سے عام پولی ٹائپس میں سے ایک 3C ہے۔ (کیوبک), 4ایچ, اور 6H (دونوں ہیکساگونل), ہر ایک تھوڑا سا مختلف الیکٹرانک بینڈ ڈھانچے اور تھرمل چالکتا دکھا رہا ہے۔.

3C-SiC, اس کے زنک بلینڈ فریم ورک کے ساتھ, سب سے تنگ بینڈ گیپ ہے۔ (~ 2.3 eV) اور عام طور پر سیمی کنڈکٹر ٹولز کے لیے سلکان سبسٹریٹس پر پھیلایا جاتا ہے۔, جبکہ 4H-SiC قابل ذکر الیکٹران لچک فراہم کرتا ہے اور اعلی طاقت والے الیکٹرانک آلات کے لیے پسند کیا جاتا ہے۔.

Si کی ٹھوس ہم آہنگی بندھن اور دشاتمک نوعیت– سی بانڈ غیر معمولی استحکام فراہم کرتا ہے۔, تھرمل سیکورٹی, اور پرچی اور کیمیائی حملے کے خلاف مزاحمت, انتہائی ماحولیاتی ایپلی کیشنز کے لیے SiC کو مثالی بنانا.

1.2 مسائل, ڈوپنگ, اور ڈیجیٹل رہائش

اس کی ساختی پیچیدگی سے قطع نظر, n-type اور p-type conductivity دونوں حاصل کرنے کے لیے SiC کو ڈوپ کیا جا سکتا ہے۔, سیمی کنڈکٹر آلات میں اس کے استعمال کی اجازت دیتا ہے۔.

نائٹروجن اور فاسفورس آلودگی پھیلانے والے عناصر کے طور پر کام کرتے ہیں۔, براہ راست ٹرانسمیشن بینڈ میں الیکٹران کا تعارف, جبکہ ہلکے وزن میں ایلومینیم اور بوران قبول کنندگان کے طور پر کام کرتے ہیں۔, والینس بینڈ میں سوراخ پیدا کرنا.

بہر حال, p-type ڈوپنگ کی کارکردگی اعلی ایکٹیویشن طاقتوں کے ذریعہ محدود ہے۔, خاص طور پر 4H-SiC میں, جو دوئبرووی ٹول لے آؤٹ کے لیے رکاوٹیں کھڑی کرتی ہے۔.

مقامی نقائص جیسے سکرو کی غلط جگہیں, مائکرو پائپس, اور ڈھیر کی غلطیاں دوبارہ ملاپ کی سہولیات یا لیک کورسز کے طور پر کام کر کے ٹول کی کارکردگی کو کمزور کر سکتی ہیں۔, الیکٹرانک ایپلی کیشنز کے لئے اعلی درجے کی واحد کرسٹل ترقی کا مطالبہ.

وسیع بینڈ گیپ (2.3– 3.3 eV پولی ٹائپ پر منحصر ہے۔), ہائی ناکامی برقی علاقے (~ 3 MV/cm), اور بہترین تھرمل چالکتا (~3– 4 4H-SiC کے لیے W/m · K) SiC کو اعلی درجہ حرارت میں سلکان سے بہت بہتر بنائیں, ہائی وولٹیج, اور اعلی تعدد پاور الیکٹرانکس.

2. ہینڈلنگ اور مائکرو اسٹرکچرل ڈیزائن

( سلیکن کاربائیڈ سیرامکس)

2.1 سنٹرنگ اور کثافت کی تکنیک

سلیکون کاربائیڈ کو قدرتی طور پر اس کے مضبوط ہم آہنگی بندھن اور کم از خود پھیلاؤ کے گتانک کی وجہ سے کثافت کرنا مشکل ہے۔, بغیر کسی اضافی یا بہت کم سنٹرنگ مدد کے ساتھ مکمل کثافت حاصل کرنے کے لیے جدید پروسیسنگ تکنیکوں کی ضرورت ہے.

بوران اور کاربن کی افزائش کے ساتھ سب مائیکرون SiC پاؤڈر کی بغیر پریشر کے سنٹرنگ ممکن ہے۔, جو آکسائیڈ کی تہوں کو ختم کرکے اور ٹھوس ریاست کے پھیلاؤ کو بڑھا کر کثافت کو فروغ دیتا ہے۔.

گرم دھکیلنا گھر کو گرم کرنے کے دوران غیر محوری دباؤ کا اطلاق کرتا ہے۔, کم درجہ حرارت کی سطح پر مکمل کثافت کی اجازت دیتا ہے۔ (~ 1800– 2000 ° C )اور باریک دانے پیدا کرنا, اعلی طاقت والے اجزاء آلات کو کم کرنے اور پرزے لگانے کے لیے مثالی ہیں۔.

بڑی یا پیچیدہ شکلوں کے لیے, ردعمل بانڈنگ استعمال کیا جاتا ہے, جہاں غیر محفوظ کاربن پریفارمز پگھلے ہوئے سلکان کے ساتھ ~ پر داخل ہوتے ہیں۔ 1600 ° C, معمولی سکڑاؤ کے ساتھ سیٹو میں β-SiC بنانا.

بہر حال, بقایا لاگت سے پاک سلکان (~5– 10%) مائکرو اسٹرکچر میں رہتا ہے۔, اعلی درجہ حرارت کی کارکردگی اور اوپر آکسیکرن مزاحمت کو محدود کرنا 1300 ° C.

2.2 اضافی پیداوار اور نیئر نیٹ شیپ مینوفیکچر

اضافی مینوفیکچرنگ میں موجودہ کامیابیاں (AM), خاص طور پر بائنڈر جیٹنگ اور سٹیریو لیتھوگرافی ایس آئی سی پاؤڈرز یا پریسرامک پولیمر کا استعمال کرتے ہوئے, پیچیدہ جیومیٹریوں کو تیار کرنے کی اجازت دیں جو پہلے روایتی طریقوں کے ساتھ ناقابل حصول تھے۔.

پولیمر سے ماخوذ سیرامک ​​میں (پی ڈی سی) راستے, سیال SiC کے پیش رو 3D پرنٹنگ کے ذریعے بنتے ہیں اور پھر بے ترتیب یا نانو کرسٹل لائن SiC پیدا کرنے کے لیے حرارت پر پائرولائز کیے جاتے ہیں۔, عام طور پر زیادہ کثافت کی ضرورت ہوتی ہے۔.

یہ تکنیکیں مشینی قیمتوں اور مصنوعات کے فضلے کو کم کرتی ہیں۔, SiC کو ایرو اسپیس کے لیے بہت زیادہ دستیاب بنانا, جوہری, اور گرم ایکسچینجر ایپلی کیشنز جہاں پیچیدہ لے آؤٹ کارکردگی کو بڑھاتے ہیں۔.

پروسیسنگ کے بعد کی کارروائیاں جیسے کیمیائی بخارات کی دراندازی (سی وی آئی) یا سیال سلکان کا رساو (ایل ایس آئی) کبھی کبھی کثافت اور مکینیکل استحکام کو بہتر بنانے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے۔.

3. مکینیکل, تھرمل, اور ماحولیاتی کارکردگی

3.1 طاقت, سختی, اور مزاحمت کا استعمال کریں۔

سلکان کاربائیڈ سب سے مشکل تسلیم شدہ مصنوعات میں شمار ہوتا ہے۔, ~ کی محس یکجہتی کے ساتھ 9.5 اور Vickers کی مضبوطی سے بالاتر ہے 25 گریڈ پوائنٹ اوسط, اسے رگڑنے کے لئے انتہائی مدافعتی بنانا, ٹوٹ پھوٹ, اور سکریپنگ.

اس کی لچکدار طاقت عام طور پر سے ہوتی ہے۔ 300 کو 600 ایم پی اے, پروسیسنگ کے نقطہ نظر اور اناج کے سائز پر انحصار کرنا, اور یہ درجہ حرارت پر سختی کو برقرار رکھتا ہے۔ 1400 غیر فعال ماحول میں ° C.

فریکچر کی طاقت, معمولی جبکہ (~3– 4 MPa · m 1ST/ TWO), بہت ساری آرکیٹیکچرل ایپلی کیشنز کے لیے کافی ہے۔, خاص طور پر جب سیرامک ​​میٹرکس کمپوزٹ میں فائبر سپورٹ کے ساتھ مربوط ہو۔ (CMCs).

SiC پر مبنی CMCs ٹربائن بلیڈ میں استعمال ہوتے ہیں۔, combustor لائننگ, اور بریک سسٹم, جہاں وہ وزن کی قیمت کی بچت فراہم کرتے ہیں۔, گیس کی کارکردگی, اور دھاتی مساوی پر طویل سروس کی زندگی.

اس کی غیر معمولی لباس مزاحمت SiC کو مہروں کے لیے بہترین بناتی ہے۔, بیرنگ, پمپ عناصر, اور بیلسٹک شیلڈ, جہاں انتہائی مکینیکل لوڈنگ کے تحت مضبوطی اہم ہے۔.

3.2 تھرمل چالکتا اور آکسیکرن سیکورٹی

SiC کی سب سے مفید رہائشی یا تجارتی خصوصیات میں سے ایک اس کی اعلی تھرمل چالکتا ہے۔– تقریباً 490 سنگل کرسٹل 4H-SiC اور ~ 30 کے لیے W/m · K– 120 پولی کرسٹل لائن کی اقسام کے لیے W/m · K– بہت سی دھاتوں سے آگے بڑھ کر گرمی کی موثر کھپت کو ممکن بنانا.

یہ رہائشی جائیداد پاور الیکٹرانکس میں اہم ہے۔, جہاں SiC آلات بہت کم فضلہ حرارت پیدا کرتے ہیں اور سلیکون پر مبنی گیجٹس کے مقابلے زیادہ طاقت کی کثافت پر چل سکتے ہیں۔.

آکسیڈائزنگ ماحول میں درجہ حرارت کی بلندی پر, SiC ایک حفاظتی سلکا بناتا ہے۔ (SiO ₂) پرت جو اضافی آکسیکرن کو کم کرتی ہے۔, اچھی ماحولیاتی استحکام کی پیشکش ~ جتنی 1600 ° C.

بہر حال, پانی کے بخارات سے بھرپور ماحول میں, یہ پرت Si کے طور پر اتار چڑھاؤ کر سکتی ہے۔(اوہ)₄, تیزی سے انحطاط کے نتیجے میں– گیس ٹربائن ایپلی کیشنز میں ایک اہم چیلنج.

4. توانائی میں اعلی درجے کی ایپلی کیشنز, الیکٹرانک آلات, اور ایرو اسپیس

4.1 پاور الیکٹرانک ڈیوائسز اور سیمی کنڈکٹر گیجٹس

سلیکون کاربائیڈ نے سکوٹکی ڈائیوڈس جیسے گیجٹس کے لیے ممکن بنا کر پاور الیکٹرانکس کو تبدیل کر دیا ہے۔, MOSFETs, اور JFETs جو زیادہ وولٹیج پر کام کرتے ہیں۔, تعدد, اور سلکان میچنگ سے درجہ حرارت.

یہ آلات الیکٹرک گاڑیوں میں توانائی کے نقصانات کو کم کرتے ہیں۔, قابل تجدید توانائی inverters, اور کمرشل الیکٹرک موٹر ڈرائیوز, عالمی طاقت کی کارکردگی میں اضافہ.

جنکشن درجہ حرارت کی سطح پر چلانے کی صلاحیت 200 ° C ہموار کولنگ سسٹم اور بڑھے ہوئے نظام کی وشوسنییتا کی اجازت دیتا ہے۔.

مزید برآں, ایس سی ویفرز کو گیلیم نائٹرائڈ کے ذیلی سٹریٹم کے طور پر استعمال کیا جاتا ہے۔ (GaN) ہائی الیکٹران موبلٹی ٹرانزسٹروں میں ایپیٹیکسی (HEMTs), وسیع بینڈ گیپ سیمی کنڈکٹرز دونوں کے فوائد کو یکجا کرنا.

4.2 جوہری, ایرو اسپیس, اور آپٹیکل آلات

ایٹم پاور پلانٹس میں, ایس آئی سی حادثہ برداشت کرنے والے ایندھن کی کلیڈنگ کا ایک اہم عنصر ہے۔, جہاں اس کا نیوٹران جذب کراس سیکشن کم ہوتا ہے۔, تابکاری مزاحمت, اور اعلی درجہ حرارت کی سختی حفاظت اور حفاظت اور کارکردگی کو بہتر بناتی ہے۔.

ایرو اسپیس میں, SiC فائبر سے تقویت یافتہ مرکب جیٹ انجنوں اور ہائپرسونک کاروں میں ان کے ہلکے وزن اور تھرمل استحکام کے لیے استعمال ہوتے ہیں۔.

مزید برآں, انتہائی ہموار SiC آئینے کو ان کی اعلی سختی سے کثافت کے تناسب کے نتیجے میں دوربینوں سے پہلے استعمال کیا جاتا ہے۔, تھرمل استحکام, اور ذیلی نینو میٹر کی کھردری کو پالش کرنے کی صلاحیت.

خلاصہ میں, سلکان کاربائیڈ سیرامکس جدید جدید مواد کے کلیدی پتھر کے لیے کھڑے ہیں۔, شاندار مکینیکل کا امتزاج, تھرمل, اور ڈیجیٹل خصوصیات.

پولی ٹائپ کے مخصوص کنٹرول کے ساتھ, مائکرو اسٹرکچر, اور ہینڈلنگ, SiC طاقت میں تکنیکی اختراعات کو قابل بنانا ہے۔, نقل و حمل, اور انتہائی ترتیب انجینئرنگ.

5. فراہم کنندہ

TRUNNANO اوور کے ساتھ کروی ٹنگسٹن پاؤڈر کا سپلائر ہے۔ 12 نینو بلڈنگ توانائی کے تحفظ اور نینو ٹیکنالوجی کی ترقی میں سالوں کا تجربہ. یہ کریڈٹ کارڈ کے ذریعے ادائیگی قبول کرتا ہے۔, T/T, ویسٹ یونین اور پے پال. Trunnano FedEx کے ذریعے بیرون ملک مقیم صارفین کو سامان بھیجے گا۔, ڈی ایچ ایل, ہوا سے, یا سمندر کے ذریعے. اگر آپ Spherical Tungsten Powder کے بارے میں مزید جاننا چاہتے ہیں۔, براہ مہربانی بلا جھجھک ہم سے رابطہ کریں اور انکوائری بھیجیں۔([email protected]).
ٹیگز: سلکان کاربائڈ سیرامک,سلکان کاربائڈ سیرامک ​​مصنوعات, صنعت سیرامک

تمام مضامین اور تصاویر انٹرنیٹ سے ہیں۔. اگر کاپی رائٹ کا کوئی مسئلہ ہے۔, حذف کرنے کے لئے وقت میں ہم سے رابطہ کریں.

ہم سے پوچھ گچھ کریں۔