Одоогоор,цахиурын карбид (SiC)дотоод болон гадаадад идэвхтэй судлагддаг дулаан дамжуулагч керамик материал юм. SiC-ийн онолын дулаан дамжилтын илтгэлцүүр нь маш өндөр бөгөөд зарим болор хэлбэрүүд нь 270Вт/мК хүрч чаддаг бөгөөд энэ нь дамжуулагч бус материалын дунд аль хэдийн тэргүүлдэг. Жишээлбэл, SiC дулаан дамжилтын илтгэлцүүрийг хагас дамжуулагч төхөөрөмжийн субстратын материал, өндөр дулаан дамжилтын керамик материал, хагас дамжуулагч боловсруулах зориулалттай халаагч ба халаалтын хавтан, цөмийн түлшний капсул материал, компрессорын насосны хийн битүүмжлэх цагираг зэрэгт ашиглаж болно.
-ийн өргөдөлцахиурын карбидхагас дамжуулагч талбарт
Нунтаглагч диск ба бэхэлгээ нь хагас дамжуулагчийн үйлдвэрт цахиур хавтан үйлдвэрлэх чухал технологийн тоног төхөөрөмж юм. Хэрэв нунтаглах диск нь цутгамал төмөр эсвэл нүүрстөрөгчийн гангаар хийгдсэн бол түүний ашиглалтын хугацаа богино, дулааны тэлэлтийн коэффициент их байна. Цахиур хавтанг боловсруулах явцад, ялангуяа өндөр хурдтай нунтаглах эсвэл өнгөлөх үед нунтаглах дискний элэгдэл, дулааны хэв гажилтын улмаас цахиурын хавтангийн тэгш байдал, параллель байдлыг баталгаажуулахад хэцүү байдаг. Нунтаглах диск ньцахиурын карбидын керамикөндөр хатуулагтай учир элэгдэл багатай, дулаан тэлэлтийн коэффициент нь үндсэндээ цахиур хавтантай ижил тул өндөр хурдтайгаар нунтаглаж, өнгөлж болно.
Нэмж дурдахад, цахиур хавтан үйлдвэрлэхэд өндөр температурт дулааны боловсруулалт хийх шаардлагатай байдаг бөгөөд ихэвчлэн цахиурын карбидын бэхэлгээг ашиглан тээвэрлэдэг. Тэд халуунд тэсвэртэй, үл эвдэх чадвартай. Гадаргуу дээр алмаз шиг нүүрстөрөгч (DLC) болон бусад бүрээсийг түрхэж, гүйцэтгэлийг сайжруулж, вафельний эвдрэлийг хөнгөвчлөх, бохирдол тархахаас сэргийлж болно.
Цаашилбал, гурав дахь үеийн өргөн зурвасын хагас дамжуулагч материалын төлөөлөгчийн хувьд цахиур карбидын дан болор материалууд нь том зурвасын өргөн (Si-ээс 3 дахин их), өндөр дулаан дамжуулалт (Si-ээс 3.3 дахин их буюу 10 дахин их) зэрэг шинж чанартай байдаг. GaAs), электрон ханалтын шилжилтийн хурд (Si-ээс 2.5 дахин их) ба задралын цахилгаан орон (ойролцоогоор) Si-аас 10 дахин их эсвэл GaAs-аас 5 дахин их). SiC төхөөрөмжүүд нь практик хэрэглээнд уламжлалт хагас дамжуулагч материалын согогийг нөхөж, аажмаар эрчим хүчний хагас дамжуулагчийн гол урсгал болж байна.
Өндөр дулаан дамжуулалттай цахиур карбидын керамик эдлэлийн эрэлт эрс нэмэгдсэн
Шинжлэх ухаан, технологи тасралтгүй хөгжихийн хэрээр цахиурын карбидын керамикийг хагас дамжуулагчийн салбарт хэрэглэх хэрэгцээ эрс нэмэгдэж, өндөр дулаан дамжуулалт нь хагас дамжуулагчийн үйлдвэрлэлийн тоног төхөөрөмжийн эд ангиудад хэрэглэх гол үзүүлэлт юм. Тиймээс өндөр дулаан дамжуулалттай цахиур карбидын керамик эдлэлийн судалгааг бэхжүүлэх нь нэн чухал юм. Цахиурын карбидын керамикийн дулаан дамжилтын чанарыг сайжруулах гол арга бол торны хүчилтөрөгчийн агууламжийг багасгах, нягтралыг сайжруулах, хоёр дахь фазын торонд тархалтыг оновчтой зохицуулах явдал юм.
Одоогоор манай улсад өндөр дулаан дамжилтын чадвартай цахиур карбидын керамик эдлэлийн талаар хийсэн судалгаа цөөхөн байгаа бөгөөд дэлхийн түвшинтэй харьцуулахад асар их зөрүү байсаар байна. Ирээдүйн судалгааны чиглэлүүд нь:
●Цахиур карбидын керамик нунтаг бэлтгэх процессын судалгааг бэхжүүлэх. Өндөр цэвэршилттэй, хүчилтөрөгч багатай цахиурын карбидын нунтаг бэлтгэх нь өндөр дулаан дамжуулалттай цахиурын карбидын керамик бэлтгэх үндэс суурь болдог;
● Аглуурах хэрэгслийн сонголт болон холбогдох онолын судалгааг бэхжүүлэх;
●Өндөр зэрэглэлийн агломерын тоног төхөөрөмжийн судалгаа, хөгжүүлэлтийг бэхжүүлэх. Боломжит бичил бүтцийг олж авахын тулд шингэлэх процессыг зохицуулснаар өндөр дулаан дамжуулалттай цахиурын карбидын керамикийг олж авах зайлшгүй нөхцөл юм.
Цахиур карбидын керамикийн дулаан дамжуулалтыг сайжруулах арга хэмжээ
SiC керамикийн дулаан дамжуулалтыг сайжруулах гол зүйл бол фонон тархалтын давтамжийг бууруулж, фонон дундаж чөлөөт замыг нэмэгдүүлэх явдал юм. SiC-ийн дулаан дамжилтын илтгэлцүүр нь SiC керамикийн сүвэрхэг чанар, ширхэгийн хилийн нягтыг бууруулж, SiC ширхэгийн хилийн цэвэр байдлыг сайжруулж, SiC торны хольц буюу торны согогийг бууруулж, SiC дахь дулааны урсгалын дамжуулагчийг нэмэгдүүлснээр үр дүнтэй сайжирна. Одоогийн байдлаар синтеринг хийх хэрэгслийн төрөл, агуулгыг оновчтой болгох, өндөр температурт дулааны боловсруулалт хийх нь SiC керамикийн дулаан дамжуулалтыг сайжруулах гол арга хэмжээ юм.
① Аглуурах хэрэгслийн төрөл, агуулгыг оновчтой болгох
Өндөр дулаан дамжилтын SiC керамикийг бэлтгэхэд янз бүрийн агломерын туслахуудыг ихэвчлэн нэмдэг. Тэдгээрийн дотроос агломерын туслах хэрэгслийн төрөл, агуулга нь SiC керамикийн дулаан дамжилтын чанарт ихээхэн нөлөөлдөг. Жишээлбэл, Al2O3 системийн синтерийн туслах хэрэгсэл дэх Al эсвэл O элементүүд нь SiC торонд амархан уусдаг тул хоосон орон зай, согог үүсдэг бөгөөд энэ нь фононыг тараах давтамжийг нэмэгдүүлдэг. Үүнээс гадна агломерын туслах материалын агууламж бага байвал уг материал нь нийлэгжүүлэлт, нягтралд хүндрэлтэй байдаг бол агломерын туслах бодисын агууламж өндөр байх нь хольц, согогийг нэмэгдүүлэхэд хүргэдэг. Хэт их шингэн фазын агломержуулалтын хэрэгсэл нь SiC ширхэгийн өсөлтийг саатуулж, фононуудын дундаж чөлөөт замыг бууруулдаг. Иймд өндөр дулаан дамжуулалттай SiC керамикийг бэлтгэхийн тулд агломерын нягтын шаардлагыг хангахын зэрэгцээ агломерын туслах бодисын агуулгыг аль болох багасгаж, SiC торонд уусахад хэцүү агломерын туслах хэрэгслийг сонгохыг хичээх хэрэгтэй.
*СиС керамикийн дулааны шинж чанар нь янз бүрийн агломержуулагчийг нэмсэн үед
Одоогийн байдлаар BeO-ээр шингэлсэн халуун шахмал SiC керамикууд нь өрөөний температурын хамгийн их дулаан дамжилтын илтгэлцүүртэй (270Вт·м-1·К-1) байна. Гэсэн хэдий ч BeO нь маш хортой материал бөгөөд хорт хавдар үүсгэдэг тул лаборатори болон үйлдвэрлэлийн салбарт өргөнөөр хэрэглэхэд тохиромжгүй. Y2O3-Al2O3 системийн хамгийн доод эвтектик цэг нь 1760 ℃ бөгөөд энэ нь SiC керамикийг шингэн фазын агломержуулахад туслах нийтлэг хэрэгсэл юм. Гэсэн хэдий ч Al3+ нь SiC торонд амархан уусдаг тул энэ системийг агломержуулах хэрэгсэл болгон ашиглахад SiC керамикийн өрөөний температурын дулаан дамжилтын илтгэлцүүр 200W·m-1·K-1-ээс бага байна.
Y, Sm, Sc, Gd, La зэрэг газрын ховор элементүүд нь SiC торонд амархан уусдаггүй бөгөөд хүчилтөрөгчийн нягтрал ихтэй тул SiC торны хүчилтөрөгчийн агууламжийг үр дүнтэй бууруулдаг. Иймээс Y2O3-RE2O3 (RE=Sm, Sc, Gd, La) систем нь өндөр дулаан дамжуулалттай (>200W·m-1·K-1) SiC керамикийг бэлтгэхэд зориулагдсан нийтлэг агломерын хэрэгсэл юм. Y2O3-Sc2O3 системийн агнуурын тусламжийг жишээ болгон авч үзвэл, Y3+ ба Si4+-ийн ионы хазайлтын утга их бөгөөд энэ хоёр нь хатуу уусмалд ордоггүй. 1800~2600℃ температурт Sc-ийн цэвэр SiC-д уусах чадвар нь бага буюу (2~3)×1017атом·см-3 орчим байна.
② Өндөр температурын дулааны боловсруулалт
SiC керамикийн өндөр температурт дулааны боловсруулалт хийснээр торны согог, мултрал, үлдэгдэл стрессийг арилгах, зарим аморф материалыг талст болгон хувиргах, фононыг тараах нөлөөг сулруулдаг. Үүнээс гадна өндөр температурт дулааны боловсруулалт нь SiC үр тарианы өсөлтийг үр дүнтэй дэмжиж, эцсийн эцэст материалын дулааны шинж чанарыг сайжруулдаг. Тухайлбал, 1950°С-т өндөр температурт дулааны боловсруулалт хийсний дараа SiC керамикийн дулааны тархалтын коэффициент 83.03мм2·с-1-ээс 89.50мм2·с-1 болж, өрөөний температурын дулаан дамжилтын илтгэлцүүр 180.94В·м-ээс нэмэгдсэн. -1·К-1-ээс 192.17Вт·м-1·К-1 хүртэл. Өндөр температурт дулааны боловсруулалт нь SiC гадаргуу болон торонд агуулагдах бодисыг исэлдүүлэх чадварыг үр дүнтэй сайжруулж, SiC мөхлөгүүдийн хоорондын холболтыг илүү нягт болгодог. Өндөр температурт дулааны боловсруулалт хийсний дараа SiC керамикийн өрөөний температурын дулаан дамжуулалт мэдэгдэхүйц сайжирсан.
Шуудангийн цаг: 2024 оны 10-р сарын 24