Aktualisht,karabit silikoni (SiC)është një material qeramik përçues termik që studiohet në mënyrë aktive brenda dhe jashtë vendit. Përçueshmëria termike teorike e SiC është shumë e lartë dhe disa forma kristal mund të arrijnë 270 W/mK, e cila tashmë është një lider në mesin e materialeve jopërçuese. Për shembull, aplikimi i përçueshmërisë termike SiC mund të shihet në materialet e nënshtresës së pajisjeve gjysmëpërçuese, materialeve qeramike me përçueshmëri të lartë termike, ngrohësve dhe pllakave ngrohëse për përpunimin gjysmëpërçues, materialeve të kapsulave për karburantin bërthamor dhe unaza izoluese të gazit për pompat e kompresorit.
Aplikimi ikarabit silikoninë fushën e gjysmëpërçuesve
Disqet bluarëse dhe instalimet janë pajisje të rëndësishme procesi për prodhimin e vaferës së silikonit në industrinë e gjysmëpërçuesve. Nëse disku i bluarjes është prej gize ose çeliku të karbonit, jeta e tij e shërbimit është e shkurtër dhe koeficienti i zgjerimit termik është i madh. Gjatë përpunimit të vaferës së silikonit, veçanërisht gjatë bluarjes ose lustrimit me shpejtësi të lartë, për shkak të konsumimit dhe deformimit termik të diskut të bluarjes, është e vështirë të garantohet rrafshësia dhe paralelizmi i vaferës së silikonit. Disku i bluarjes i bërë ngaqeramika karbit silikonika konsum të ulët për shkak të fortësisë së tij të lartë dhe koeficienti i tij i zgjerimit termik është në thelb i njëjtë me atë të vaferave të silikonit, kështu që mund të bluhet dhe lustrohet me shpejtësi të lartë.
Përveç kësaj, kur prodhohen vafera silikoni, ato duhet t'i nënshtrohen trajtimit të nxehtësisë në temperaturë të lartë dhe shpesh transportohen duke përdorur pajisje karabit silikoni. Ato janë rezistente ndaj nxehtësisë dhe jo shkatërruese. Karboni i ngjashëm me diamantin (DLC) dhe veshje të tjera mund të aplikohen në sipërfaqe për të përmirësuar performancën, për të lehtësuar dëmtimin e vaferës dhe për të parandaluar përhapjen e ndotjes.
Për më tepër, si përfaqësues i materialeve gjysmëpërçuese me brez të gjerë të gjeneratës së tretë, materialet monokristale të karbitit të silikonit kanë veti të tilla si gjerësia e madhe e brezit (rreth 3 herë ajo e Si), përçueshmëri e lartë termike (rreth 3.3 herë ajo e Si ose 10 herë ajo e GaAs), shkalla e lartë e migrimit të ngopjes së elektroneve (rreth 2.5 herë ajo e Si) dhe fusha elektrike e lartë e ndarjes (rreth 10 herë ajo e Si ose 5 herë ajo e GaAs). Pajisjet SiC plotësojnë defektet e pajisjeve tradicionale të materialit gjysmëpërçues në aplikimet praktike dhe gradualisht po bëhen rrjedha kryesore e gjysmëpërçuesve të energjisë.
Kërkesa për qeramikë karabit silikoni me përçueshmëri të lartë termike është rritur në mënyrë dramatike
Me zhvillimin e vazhdueshëm të shkencës dhe teknologjisë, kërkesa për aplikimin e qeramikës karabit të silikonit në fushën gjysmëpërçuese është rritur në mënyrë dramatike dhe përçueshmëria e lartë termike është një tregues kyç për aplikimin e saj në komponentët e pajisjeve të prodhimit gjysmëpërçues. Prandaj, është thelbësore të forcohet kërkimi mbi qeramikën e karbitit të silikonit me përçueshmëri të lartë termike. Zvogëlimi i përmbajtjes së oksigjenit të rrjetës, përmirësimi i densitetit dhe rregullimi i arsyeshëm i shpërndarjes së fazës së dytë në grilë janë metodat kryesore për të përmirësuar përçueshmërinë termike të qeramikës karabit të silikonit.
Aktualisht, ka pak studime mbi qeramikën e karbitit të silikonit me përçueshmëri të lartë termike në vendin tim dhe ka ende një hendek të madh në krahasim me nivelin botëror. Drejtimet e ardhshme të kërkimit përfshijnë:
●Forconi kërkimin e procesit të përgatitjes së pluhurit qeramik karabit të silikonit. Përgatitja e pluhurit të karabit të silikonit me pastërti të lartë dhe me oksigjen të ulët është baza për përgatitjen e qeramikës karabit të silikonit me përçueshmëri të lartë termike;
● Të forcohet përzgjedhja e mjeteve ndihmëse për sinterim dhe kërkimet teorike përkatëse;
●Forcimi i kërkimit dhe zhvillimit të pajisjeve të sinterimit të nivelit të lartë. Duke rregulluar procesin e sinterimit për të marrë një mikrostrukturë të arsyeshme, është një kusht i domosdoshëm për të marrë qeramikë karabit silikoni me përçueshmëri të lartë termike.
Masat për përmirësimin e përçueshmërisë termike të qeramikës së karbitit të silikonit
Çelësi për përmirësimin e përçueshmërisë termike të qeramikës SiC është zvogëlimi i frekuencës së shpërndarjes së fononit dhe rritja e rrugës së lirë mesatare të fononit. Përçueshmëria termike e SiC do të përmirësohet në mënyrë efektive duke reduktuar porozitetin dhe densitetin kufitar të kokrrizave të qeramikës SiC, duke përmirësuar pastërtinë e kufijve të kokrrizave SiC, duke reduktuar papastërtitë e rrjetës SiC ose defektet e rrjetës dhe duke rritur bartësin e transmetimit të rrjedhës së nxehtësisë në SiC. Aktualisht, optimizimi i llojit dhe përmbajtjes së ndihmave për sinterim dhe trajtimi termik në temperaturë të lartë janë masat kryesore për të përmirësuar përçueshmërinë termike të qeramikës SiC.
① Optimizimi i llojit dhe përmbajtjes së mjeteve ndihmëse për sinterim
Kur përgatiten qeramika SiC me përçueshmëri të lartë termike, shpesh shtohen mjete të ndryshme për sinterim. Midis tyre, lloji dhe përmbajtja e mjeteve ndihmëse për sinterim kanë një ndikim të madh në përçueshmërinë termike të qeramikës SiC. Për shembull, elementët Al ose O në ndihmat e sinterimit të sistemit Al2O3 shpërndahen lehtësisht në rrjetën SiC, duke rezultuar në boshllëqe dhe defekte, gjë që çon në një rritje të frekuencës së shpërndarjes së fononit. Përveç kësaj, nëse përmbajtja e mjeteve ndihmëse për sinterim është e ulët, materiali është i vështirë për t'u shkrirë dhe dendur, ndërsa një përmbajtje e lartë e mjeteve ndihmëse për sinterim do të çojë në një rritje të papastërtive dhe defekteve. Mjetet e tepërta të sinterimit të fazës së lëngshme mund të pengojnë gjithashtu rritjen e kokrrave të SiC dhe të zvogëlojnë rrugën mesatare të lirë të fononeve. Prandaj, për të përgatitur qeramikë SiC me përçueshmëri të lartë termike, është e nevojshme të zvogëlohet sa më shumë përmbajtja e ndihmave të sinterimit duke përmbushur kërkesat e densitetit të sinterimit dhe të përpiqeni të zgjidhni mjete ndihmëse sinteruese që janë të vështira për t'u tretur në rrjetën SiC.
*Vetitë termike të qeramikës SiC kur shtohen mjete të ndryshme për sinterim
Aktualisht, qeramika SiC me presion të nxehtë të sinteruar me BeO si një mjet për sinterim kanë përçueshmërinë termike maksimale në temperaturën e dhomës (270W·m-1·K-1). Megjithatë, BeO është një material shumë toksik dhe kancerogjen dhe nuk është i përshtatshëm për përdorim të gjerë në laboratorë ose fusha industriale. Pika më e ulët eutektike e sistemit Y2O3-Al2O3 është 1760℃, e cila është një ndihmë e zakonshme për sinterimin e fazës së lëngshme për qeramikën SiC. Megjithatë, duke qenë se Al3+ tretet lehtësisht në rrjetën SiC, kur ky sistem përdoret si ndihmës për sinterim, përçueshmëria termike në temperaturën e dhomës së qeramikës SiC është më e vogël se 200W·m-1·K-1.
Elementet e rralla të tokës si Y, Sm, Sc, Gd dhe La nuk janë lehtësisht të tretshëm në rrjetën SiC dhe kanë afinitet të lartë të oksigjenit, gjë që mund të zvogëlojë në mënyrë efektive përmbajtjen e oksigjenit të rrjetës SiC. Prandaj, sistemi Y2O3-RE2O3 (RE=Sm, Sc, Gd, La) është një ndihmë e zakonshme për sinterimin për përgatitjen e qeramikës SiC me përçueshmëri të lartë termike (>200W·m-1·K-1). Duke marrë si shembull ndihmën e shkrirjes së sistemit Y2O3-Sc2O3, vlera e devijimit të joneve të Y3+ dhe Si4+ është e madhe dhe të dyja nuk i nënshtrohen zgjidhjes së ngurtë. Tretshmëria e Sc në SiC të pastër në 1800~2600℃ është e vogël, rreth (2~3)×1017 atome·cm-3.
② Trajtimi i nxehtësisë me temperaturë të lartë
Trajtimi termik me temperaturë të lartë i qeramikës SiC është i favorshëm për eliminimin e defekteve të rrjetës, zhvendosjeve dhe streseve të mbetura, promovimin e transformimit strukturor të disa materialeve amorfe në kristale dhe dobësimin e efektit të shpërndarjes së fononit. Përveç kësaj, trajtimi i nxehtësisë në temperaturë të lartë mund të nxisë në mënyrë efektive rritjen e kokrrave të SiC dhe në fund të përmirësojë vetitë termike të materialit. Për shembull, pas trajtimit termik në temperaturë të lartë në 1950°C, koeficienti i difuzionit termik të qeramikës SiC u rrit nga 83,03 mm2·s-1 në 89,50 mm2·s-1, dhe përçueshmëria termike në temperaturën e dhomës u rrit nga 180,94W·m -1·K-1 deri në 192,17W·m-1·K-1. Trajtimi termik në temperaturë të lartë përmirëson në mënyrë efektive aftësinë deoksiduese të ndihmës për sinterim në sipërfaqen dhe rrjetën e SiC dhe e bën më të ngushtë lidhjen midis kokrrave të SiC. Pas trajtimit termik me temperaturë të lartë, përçueshmëria termike në temperaturë dhome e qeramikës SiC është përmirësuar ndjeshëm.
Koha e postimit: Tetor-24-2024