Gaur egun,silizio karburoa (SiC)Etxean eta atzerrian aktiboki aztertzen den zeramikazko material termiko eroalea da. SiC-ren eroankortasun termiko teorikoa oso handia da, eta kristal forma batzuk 270W/mK-ra irits daitezke, material ez-eroaleen artean liderra dena. Esate baterako, SiC eroankortasun termikoaren aplikazioa gailu erdieroaleen substratu-materialetan, eroankortasun termiko handiko zeramika-materialetan, erdieroaleen prozesatzeko berogailu eta plaka berogailuetan, erregai nuklearrako kapsula-materialetan eta konpresore-ponpetarako gasa zigilatzeko eraztunetan ikus daiteke.
ren aplikazioasilizio karburoaerdieroaleen eremuan
Artezteko diskoak eta osagarriak prozesu ekipamendu garrantzitsuak dira erdieroaleen industrian siliziozko obleak ekoizteko. Artezteko diskoa burdinurtuzko edo karbonozko altzairuzkoa bada, bere bizitza laburra da eta dilatazio termikoaren koefizientea handia da. Siliziozko obleak prozesatzen diren bitartean, batez ere abiadura handiko artezketan edo leuntzean, artezteko diskoaren higadura eta deformazio termikoaren ondorioz, zaila da siliziozko oblearen lautasuna eta paralelismoa bermatzea. Artezteko diskoasilizio karburozko zeramikahigadura baxua du bere gogortasun handia dela eta, eta bere hedapen termikoaren koefizientea funtsean siliziozko obleen berdina da, beraz, abiadura handian xehatu eta leundu daiteke.
Horrez gain, siliziozko obleak ekoizten direnean, tenperatura altuko tratamendu termikoa jasan behar dute eta sarritan silizio karburozko aparatuak erabiliz garraiatzen dira. Beroarekiko erresistenteak eta ez-suntsitzaileak dira. Diamante antzeko karbonoa (DLC) eta beste estaldura batzuk aplika daitezke gainazalean errendimendua hobetzeko, obleen kalteak arintzeko eta kutsadura zabaltzea saihesteko.
Gainera, hirugarren belaunaldiko banda zabaleko material erdieroaleen ordezkari gisa, silizio karburozko kristal bakarreko materialek ezaugarriak dituzte, hala nola banda zabalera handia (Siren 3 aldiz handiagoa), eroankortasun termiko handia (Si-ren 3,3 aldiz edo 10 aldiz). GaAs-ena), elektroien saturazio-abiadura handia (Si-ren 2,5 aldiz) eta matxura-eremu elektriko handia (Si-ren 10 aldiz edo GaAs-en 5 aldiz). SiC gailuek material erdieroale tradizionalen gailuen akatsak osatzen dituzte aplikazio praktikoetan eta pixkanaka potentzia erdieroaleen nagusi bihurtzen ari dira.
Eroankortasun termiko handiko silizio karburoko zeramika eskaria izugarri handitu da
Zientzia eta teknologiaren etengabeko garapenarekin, erdieroaleen eremuan silizio karburoko zeramika aplikatzeko eskaria izugarri handitu da, eta eroankortasun termiko handia erdieroaleen fabrikazioko ekipoen osagaietan aplikatzeko funtsezko adierazlea da. Hori dela eta, funtsezkoa da eroankortasun termiko handiko silizio karburoko zeramikari buruzko ikerketa indartzea. Sarearen oxigeno-edukia murriztea, dentsitatea hobetzea eta sarean bigarren fasearen banaketa arrazoiz erregulatzea dira silizio karburoko zeramikaren eroankortasun termikoa hobetzeko metodo nagusiak.
Gaur egun, nire herrialdean eroankortasun termiko handiko silizio karburoko zeramikari buruzko ikerketa gutxi daude, eta oraindik hutsune handia dago mundu mailarekin alderatuta. Etorkizuneko ikerketaren norabideak honako hauek dira:
●Silizio karburo zeramikazko hautsaren prestaketa-prozesuaren ikerketa indartzea. Garbitasun handiko eta oxigeno gutxiko silizio-karburoaren hautsa prestatzea da eroankortasun termiko handiko silizio-karburoko zeramika prestatzeko oinarria;
● Sinterizazio-laguntzen aukeraketa eta haiei lotutako ikerketa teorikoak indartzea;
●Goi-mailako sinterizazio-ekipoen ikerketa eta garapena indartzea. Zentzuzko mikroegitura lortzeko sinterizazio-prozesua erregulatuz, beharrezko baldintza da eroankortasun termiko handiko silizio karburozko zeramika lortzeko.
Silizio karburoko zeramikaren eroankortasun termikoa hobetzeko neurriak
SiC zeramikaren eroankortasun termikoa hobetzeko gakoa fonoien sakabanatze-maiztasuna murriztea eta fononen batez besteko bide askea handitzea da. SiC-ren eroankortasun termikoa eraginkortasunez hobetuko da SiC zeramikaren porositatea eta ale-mugaren dentsitatea murriztuz, SiC aleen mugen purutasuna hobetuz, SiC sarearen ezpurutasunak edo sare-akatsak murriztuz eta SiC-n bero-fluxuaren transmisio-eramailea handituz. Gaur egun, sinterizazio-laguntzen mota eta edukia optimizatzea eta tenperatura altuko tratamendu termikoa dira SiC zeramikaren eroankortasun termikoa hobetzeko neurri nagusiak.
① Sinterizazio-laguntzen mota eta edukia optimizatzea
Sinterizaziorako hainbat laguntza gehitzen dira maiz eroankortasun termiko handiko SiC zeramika prestatzerakoan. Horien artean, sinterizazio-laguntzen motak eta edukiak eragin handia dute SiC zeramikaren eroankortasun termikoan. Esaterako, Al2O3 sistemako sinterizazio-laguntzetarako Al edo O elementuak erraz disolbatzen dira SiC sarean, hutsuneak eta akatsak sortzen direlarik, eta horrek fonoien sakabanatze-maiztasuna handitzea dakar. Gainera, sinterizatzeko lagungarrien edukia txikia bada, materiala zaila da sinterizatzeko eta dentsifikatzeko, eta sinterizatzeko lagungarrien eduki handiak, berriz, ezpurutasunak eta akatsak areagotzea ekarriko du. Gehiegizko fase likidoaren sinterizazio-laguntzek SiC aleen hazkundea galarazi dezakete eta fonoien batez besteko bide librea murrizten dute. Hori dela eta, eroankortasun termiko handiko SiC zeramika prestatzeko, beharrezkoa da sinterizazio-laguntzen edukia ahalik eta gehien murriztea sinterizazio-dentsitatearen baldintzak betetzen diren bitartean, eta SiC sarean disolbatzen zailak diren sinterizazio-laguntzak aukeratzen saiatu.
*SiC zeramikaren propietate termikoak sinterizazio-laguntza desberdinak gehitzean
Gaur egun, beroan prentsatutako SiC zeramika sinterizatzeko laguntza gisa BeOrekin sinterizatuta dago giro-tenperaturako eroankortasun termiko maximoa (270W·m-1·K-1). Hala ere, BeO oso material toxikoa eta kartzinogenoa da, eta ez da egokia laborategietan edo industria-eremuetan aplikatzeko. Y2O3-Al2O3 sistemaren puntu eutektiko baxuena 1760 ℃ da, hau da, fase likidoko sinterizaziorako laguntza arrunta SiC zeramikarako. Hala ere, Al3+ SiC sarean erraz disolbatzen denez, sistema hau sinterizaziorako laguntza gisa erabiltzen denean, SiC zeramikaren giro-tenperaturako eroankortasun termikoa 200W·m-1·K-1 baino txikiagoa da.
Y, Sm, Sc, Gd eta La bezalako lur arraroen elementuak ez dira erraz disolbagarriak SiC sarean eta oxigenoaren afinitate handia dute, eta horrek SiC sarearen oxigeno-edukia modu eraginkorrean murrizten du. Hori dela eta, Y2O3-RE2O3 (RE=Sm, Sc, Gd, La) sistema sinterizazio-laguntza ohikoa da eroankortasun termiko handiko (>200W·m-1·K-1) SiC zeramika prestatzeko. Adibide gisa Y2O3-Sc2O3 sistema sinterizatzeko laguntza hartuz, Y3+ eta Si4+ ioien desbideratze-balioa handia da, eta biek ez dute disoluzio solidorik jasaten. Sc-en disolbagarritasuna SiC puruan 1800 ~ 2600 ℃-tan txikia da, (2 ~ 3) × 1017 atomo · cm-3 inguru.
② Tenperatura handiko tratamendu termikoa
SiC zeramikaren tenperatura altuko tratamendu termikoak sarearen akatsak, dislokazioak eta hondar tentsioak ezabatzeko lagungarria da, material amorfo batzuen egiturazko eraldaketa sustatzen du kristal bihurtzeko eta fonoien sakabanaketa efektua ahultzeko. Gainera, tenperatura altuko tratamendu termikoak SiC aleen hazkundea eraginkortasunez susta dezake eta, azken finean, materialaren propietate termikoak hobetu ditzake. Esate baterako, tenperatura altuko tratamendu termikoa 1950 °C-tan egin ondoren, SiC zeramikaren difusio termikoko koefizientea 83,03 mm2·s-1etik 89,50mm2·s-1era igo zen eta giro-tenperaturako eroankortasun termikoa 180,94W·m-tik handitu zen. -1·K-1etik 192,17W·m-1·K-1era. Tenperatura handiko tratamendu termikoak eraginkortasunez hobetzen du SiC gainazalean eta sarean sinterizazio-laguntzaren desoxidazio-gaitasuna eta SiC aleen arteko lotura estuagoa egiten du. Tenperatura handiko tratamendu termikoaren ondoren, SiC zeramikaren giro-tenperaturako eroankortasun termikoa nabarmen hobetu da.
Argitalpenaren ordua: 2024-10-24