Қазіргі уақытта,кремний карбиді (SiC)үйде және шетелде белсенді түрде зерттелетін жылу өткізгіш керамикалық материал болып табылады. SiC-тің теориялық жылу өткізгіштігі өте жоғары, ал кейбір кристалдық пішіндер 270Вт/мК жетуі мүмкін, бұл қазірдің өзінде өткізбейтін материалдар арасында көшбасшы. Мысалы, SiC жылу өткізгіштігінің қолданылуын жартылай өткізгіш құрылғылардың астарлы материалдарынан, жоғары жылу өткізгіштік керамикалық материалдардан, жартылай өткізгіштерді өңдеуге арналған жылытқыштар мен қыздырғыш тақталардан, ядролық отынға арналған капсула материалдарынан, компрессорлық сорғылар үшін газды тығыздауыш сақиналардан көруге болады.
қолданукремний карбидіжартылай өткізгіш өрісінде
Жартылай өткізгіштер өнеркәсібінде кремний пластинасын өндіру үшін ұнтақтау дискілері мен арматура маңызды технологиялық жабдық болып табылады. Тегістеу дискісі шойыннан немесе көміртекті болаттан жасалған болса, оның қызмет ету мерзімі қысқа және термиялық кеңею коэффициенті үлкен. Кремний пластинкаларын өңдеу кезінде, әсіресе жоғары жылдамдықпен тегістеу немесе жылтырату кезінде, тегістеу дискінің тозуы және термиялық деформациясы салдарынан кремний пластинаның тегістігі мен параллельділігіне кепілдік беру қиын. Тегістеу дискісінен жасалғанкремний карбидті керамикақаттылығы жоғары болғандықтан аз тозуға ие және оның термиялық кеңею коэффициенті негізінен кремний пластинкаларымен бірдей, сондықтан оны жоғары жылдамдықта ұнтақтап, жылтыратуға болады.
Сонымен қатар, кремний пластиналары шығарылған кезде, олар жоғары температурада термиялық өңдеуден өтуі керек және көбінесе кремний карбиді арматурасының көмегімен тасымалданады. Олар ыстыққа төзімді және бұзбайды. Алмаз тәрізді көміртекті (DLC) және басқа жабындарды өнімділікті арттыру, пластинаның зақымдалуын жеңілдету және ластанудың таралуын болдырмау үшін қолдануға болады.
Сонымен қатар, үшінші буындағы кең жолақты жартылай өткізгіш материалдардың өкілі ретінде кремний карбидінің монокристалды материалдары үлкен жолақ ені (Si-ден шамамен 3 есе), жоғары жылу өткізгіштік (Si-ден шамамен 3,3 есе немесе 10 есе) сияқты қасиеттерге ие. GaAs, электрондардың қанығу жылдамдығы жоғары (Si-ден шамамен 2,5 есе) және жоғары ыдырау электр өрісі (шамамен). Si-ден 10 есе немесе GaAs-тен 5 есе). SiC құрылғылары практикалық қолдануда дәстүрлі жартылай өткізгіш материал құрылғыларының ақауларын толтырады және бірте-бірте қуатты жартылай өткізгіштердің негізгі ағынына айналады.
Жоғары жылу өткізгіш кремний карбид керамикасына сұраныс күрт өсті
Ғылым мен техниканың үздіксіз дамуымен кремний карбид керамикасын жартылай өткізгіштер саласында қолдануға сұраныс күрт өсті, ал жоғары жылу өткізгіштік оны жартылай өткізгіштерді өндіру жабдықтарының құрамдас бөліктерінде қолданудың негізгі көрсеткіші болып табылады. Сондықтан жоғары жылу өткізгіш кремний карбидті керамика бойынша зерттеулерді күшейту өте маңызды. Кремний карбидті керамиканың жылу өткізгіштігін жақсартудың негізгі әдістері тордағы оттегінің құрамын азайту, тығыздықты жақсарту және тордағы екінші фазаның таралуын орынды реттеу болып табылады.
Қазіргі уақытта менің елімде жоғары жылу өткізгіштік кремний карбидті керамика бойынша зерттеулер аз және әлемдік деңгеймен салыстырғанда әлі де үлкен алшақтық бар. Болашақ зерттеу бағыттары мыналарды қамтиды:
●Кремний карбиді керамикалық ұнтақты дайындау процесін зерттеуді күшейту. Тазалығы жоғары, оттегі аз кремний карбиді ұнтағын дайындау жоғары жылу өткізгіштік кремний карбиді керамикасын дайындаудың негізі болып табылады;
● агломерациялық құралдарды таңдауды және соған байланысты теориялық зерттеулерді күшейту;
●Жоғары деңгейлі агломерациялық жабдықты зерттеу мен дамытуды күшейту. Ақылға қонымды микроқұрылымды алу үшін агломерация процесін реттей отырып, жоғары жылу өткізгіштік кремний карбид керамикасын алудың қажетті шарты болып табылады.
Кремний карбидті керамиканың жылу өткізгіштігін жақсарту шаралары
SiC керамикасының жылу өткізгіштігін жақсартудың кілті фононның шашырау жиілігін азайту және фононның орташа бос жолын арттыру болып табылады. SiC жылу өткізгіштігі SiC керамикасының кеуектілігі мен түйір шекарасының тығыздығын азайту, SiC түйіршік шекараларының тазалығын жақсарту, SiC торлы қоспаларды немесе тор ақауларын азайту және SiC-тегі жылу ағынын тасымалдаушыны жоғарылату арқылы тиімді түрде жақсартылады. Қазіргі уақытта агломерациялық құралдардың түрі мен мазмұнын оңтайландыру және жоғары температурада термиялық өңдеу SiC керамикасының жылу өткізгіштігін арттырудың негізгі шаралары болып табылады.
① Агломерациялық құралдардың түрі мен мазмұнын оңтайландыру
Жылу өткізгіштігі жоғары SiC керамикасын дайындау кезінде әртүрлі агломерациялық көмекшілер жиі қосылады. Олардың ішінде SiC керамикасының жылу өткізгіштігіне агломерациялық көмекші құралдардың түрі мен мазмұны үлкен әсер етеді. Мысалы, Al2O3 жүйесінің агломерациялық көмекшілеріндегі Al немесе O элементтері SiC торына оңай ериді, нәтижесінде бос орындар мен ақаулар пайда болады, бұл фононның шашырау жиілігінің артуына әкеледі. Сонымен қатар, агломерациялық құралдардың мөлшері аз болса, материалды агломерациялау және тығыздау қиынға соғады, ал агломерациялық құралдардың көп мөлшері қоспалар мен ақаулардың көбеюіне әкеледі. Шамадан тыс сұйық фазалық агломерация құралдары SiC түйірлерінің өсуін тежеп, фонондардың орташа бос жолын азайтуы мүмкін. Сондықтан жылуөткізгіштігі жоғары SiC керамикасын дайындау үшін агломерациялау тығыздығының талаптарын орындай отырып, агломерациялау құралдарының құрамын барынша азайтып, SiC торында қиын ерітетін агломерациялау құралдарын таңдауға тырысу керек.
*СиС керамикасының термиялық қасиеттері әртүрлі агломерациялық көмекші құралдарды қосқанда
Қазіргі уақытта агломерациялық көмекші ретінде BeO-мен агломерленген ыстық престеу SiC керамикасының максималды бөлме температурасындағы жылу өткізгіштігі бар (270Вт·м-1·К-1). Дегенмен, BeO өте улы материал және канцероген болып табылады және зертханаларда немесе өнеркәсіптік өрістерде кеңінен қолдануға жарамсыз. Y2O3-Al2O3 жүйесінің ең төменгі эвтектикалық нүктесі 1760 ℃ болып табылады, бұл SiC керамика үшін жалпы сұйық фазалық агломерацияға көмекші болып табылады. Дегенмен, Al3+ SiC торында оңай ерітілгендіктен, бұл жүйе агломерациялық көмекші ретінде пайдаланылған кезде SiC керамикасының бөлме температурасындағы жылу өткізгіштігі 200Вт·м-1·К-1-ден аз болады.
Y, Sm, Sc, Gd және La сияқты сирек жер элементтері SiC торында оңай ерімейді және оттегіге жақындығы жоғары, бұл SiC торының оттегі құрамын тиімді төмендете алады. Сондықтан Y2O3-RE2O3 (RE=Sm, Sc, Gd, La) жүйесі жоғары жылу өткізгіштік (>200Вт·м-1·K-1) SiC керамикасын дайындауға арналған қарапайым агломерациялық көмекші болып табылады. Мысал ретінде Y2O3-Sc2O3 жүйесін агломерациялау құралын алсақ, Y3+ және Si4+ иондарының ауытқу мәні үлкен және екеуі қатты ерітіндіге ұшырамайды. Sc таза SiC-де 1800~2600℃ температурада ерігіштігі аз, шамамен (2~3)×1017 атом·см-3.
② Жоғары температуралық термиялық өңдеу
SiC керамикасының жоғары температуралық термиялық өңдеуі тор ақауларын, дислокацияларды және қалдық кернеулерді жоюға, кейбір аморфты материалдардың кристалдарға құрылымдық өзгеруіне ықпал етуге және фононның шашырау әсерін әлсіретуге қолайлы. Сонымен қатар, жоғары температуралық термиялық өңдеу SiC дәндерінің өсуіне тиімді ықпал ете алады және сайып келгенде материалдың жылу қасиеттерін жақсартады. Мысалы, 1950°С жоғары температурада термиялық өңдеуден кейін SiC керамикасының жылу диффузиялық коэффициенті 83,03мм2·с-1-ден 89,50мм2·с-1-ге дейін, ал бөлме температурасының жылу өткізгіштігі 180,94Вт·м-ден жоғарылады. -1·К-1-ден 192,17Вт·м-1·К-1 дейін. Жоғары температуралы термиялық өңдеу SiC бетіндегі және тордағы агломерациялық көмекшінің тотықсыздану қабілетін тиімді жақсартады және SiC түйіршіктері арасындағы байланысты күшейтеді. Жоғары температуралық термиялық өңдеуден кейін SiC керамикасының бөлме температурасындағы жылу өткізгіштігі айтарлықтай жақсарды.
Хабарлама уақыты: 24 қазан 2024 ж