Hozirda,kremniy karbid (SiC)uyda va chet elda faol o'rganilayotgan issiqlik o'tkazuvchan keramik materialdir. SiC ning nazariy issiqlik o'tkazuvchanligi juda yuqori va ba'zi kristal shakllari 270 Vt / mK ga etishi mumkin, bu allaqachon o'tkazuvchan bo'lmagan materiallar orasida etakchi hisoblanadi. Misol uchun, SiC issiqlik o'tkazuvchanligini qo'llashni yarimo'tkazgichli qurilmalarning substrat materiallari, yuqori issiqlik o'tkazuvchanligi keramik materiallar, yarimo'tkazgichlarni qayta ishlash uchun isitgichlar va isitish plitalari, yadro yoqilg'isi uchun kapsula materiallari va kompressor nasoslari uchun gaz sızdırmazlık halqalarida ko'rish mumkin.
ning qo'llanilishikremniy karbidyarimo'tkazgich sohasida
Yarim o'tkazgich sanoatida kremniy gofret ishlab chiqarish uchun silliqlash disklari va moslamalari muhim texnologik uskunalardir. Agar silliqlash diski quyma temir yoki karbonli po'latdan yasalgan bo'lsa, uning ishlash muddati qisqa va termal kengayish koeffitsienti katta. Silikon gofretlarni qayta ishlash jarayonida, ayniqsa yuqori tezlikda silliqlash yoki parlatish paytida, silliqlash diskining aşınması va termal deformatsiyasi tufayli, silikon gofretning tekisligi va parallelligini kafolatlash qiyin. dan yasalgan silliqlash diskikremniy karbidli keramikayuqori qattiqligi tufayli past eskirishga ega va uning termal kengayish koeffitsienti asosan kremniy gofretlari bilan bir xil, shuning uchun uni yuqori tezlikda maydalash va parlatish mumkin.
Bundan tashqari, silikon gofretlar ishlab chiqarilganda, ular yuqori haroratli issiqlik bilan ishlov berishdan o'tishi kerak va ko'pincha silikon karbid moslamalari yordamida tashiladi. Ular issiqlikka chidamli va buzilmaydi. Olmosga o'xshash uglerod (DLC) va boshqa qoplamalar ishlashni yaxshilash, gofretning shikastlanishini engillashtirish va ifloslanishning tarqalishini oldini olish uchun sirtga qo'llanilishi mumkin.
Bundan tashqari, uchinchi avlod keng diapazonli yarimo'tkazgich materiallarining vakili sifatida, silikon karbid monokristal materiallari katta tarmoqli kengligi (Si dan taxminan 3 baravar), yuqori issiqlik o'tkazuvchanligi (Si dan taxminan 3,3 baravar yoki 10 baravar) kabi xususiyatlarga ega. GaAs ga nisbatan), yuqori elektron to'yinganlik migratsiya tezligi (Si dan taxminan 2,5 marta) va yuqori parchalanadigan elektr maydoni (taxminan). Si dan 10 marta yoki GaAs dan 5 marta). SiC qurilmalari amaliy dasturlarda an'anaviy yarimo'tkazgichli materiallarning kamchiliklarini qoplaydi va asta-sekin quvvat yarimo'tkazgichlarining asosiy oqimiga aylanadi.
Yuqori issiqlik o'tkazuvchanligi silikon karbidli keramika talabi keskin oshdi
Ilm-fan va texnologiyaning uzluksiz rivojlanishi bilan yarimo'tkazgich sohasida kremniy karbidli keramika qo'llanilishiga bo'lgan talab keskin oshdi va yuqori issiqlik o'tkazuvchanligi uni yarimo'tkazgich ishlab chiqarish uskunalari komponentlarida qo'llashning asosiy ko'rsatkichidir. Shuning uchun yuqori issiqlik o'tkazuvchanligi silikon karbidli keramika bo'yicha tadqiqotlarni kuchaytirish juda muhimdir. Panjara kislorod miqdorini kamaytirish, zichlikni yaxshilash va ikkinchi fazani panjarada taqsimlashni oqilona tartibga solish silikon karbidli keramika issiqlik o'tkazuvchanligini yaxshilashning asosiy usullari hisoblanadi.
Hozirgi vaqtda mening mamlakatimizda yuqori issiqlik o'tkazuvchanligi bo'yicha silikon karbidli keramika bo'yicha bir nechta tadqiqotlar mavjud va jahon darajasi bilan solishtirganda hali ham katta bo'shliq mavjud. Kelgusi tadqiqot yo'nalishlari quyidagilarni o'z ichiga oladi:
●Kremniy karbid seramika kukunini tayyorlash jarayonini tadqiq qilishni kuchaytirish. Yuqori toza, past kislorodli kremniy karbid kukunini tayyorlash yuqori issiqlik o'tkazuvchanligi kremniy karbidli keramika tayyorlash uchun asosdir;
● Sinterlash vositalarini tanlash va tegishli nazariy tadqiqotlarni kuchaytirish;
● Yuqori darajadagi sinterlash uskunalarini tadqiq qilish va ishlab chiqishni kuchaytirish. Oqilona mikro tuzilmani olish uchun sinterlash jarayonini tartibga solib, yuqori issiqlik o'tkazuvchanligi silikon karbidli keramika olish uchun zaruriy shartdir.
Silikon karbidli keramikaning issiqlik o'tkazuvchanligini yaxshilash bo'yicha chora-tadbirlar
SiC seramikasining issiqlik o'tkazuvchanligini yaxshilashning kaliti fononning tarqalish chastotasini kamaytirish va fononning o'rtacha erkin yo'lini oshirishdir. SiC ning issiqlik o'tkazuvchanligi SiC seramikasining g'ovakliligi va don chegara zichligini kamaytirish, SiC don chegaralarining tozaligini yaxshilash, SiC panjara aralashmalari yoki panjara nuqsonlarini kamaytirish va SiCda issiqlik oqimini uzatish tashuvchisini oshirish orqali samarali yaxshilanadi. Hozirgi vaqtda sinterlash vositalarining turi va tarkibini optimallashtirish va yuqori haroratli issiqlik bilan ishlov berish SiC seramikasining issiqlik o'tkazuvchanligini yaxshilashning asosiy chora-tadbirlari hisoblanadi.
① Sinterlash vositalarining turi va tarkibini optimallashtirish
Yuqori issiqlik o'tkazuvchanligi SiC seramikasini tayyorlashda ko'pincha turli xil sinterlash yordamchilari qo'shiladi. Ular orasida sinterlash vositalarining turi va tarkibi SiC keramikasining issiqlik o'tkazuvchanligiga katta ta'sir ko'rsatadi. Masalan, Al2O3 tizimining sinterlash vositalaridagi Al yoki O elementlari SiC panjarasida osongina eriydi, natijada bo'sh joylar va nuqsonlar paydo bo'ladi, bu esa fononning tarqalish chastotasining oshishiga olib keladi. Bundan tashqari, agar sinterlash vositalarining tarkibi past bo'lsa, materialni sinterlash va zichlashtirish qiyin, shu bilan birga sinterlash vositalarining yuqori miqdori aralashmalar va nuqsonlarning ko'payishiga olib keladi. Haddan tashqari suyuq fazali sinterlash vositalari SiC donalarining o'sishiga to'sqinlik qilishi va fononlarning o'rtacha erkin yo'lini kamaytirishi mumkin. Shuning uchun yuqori issiqlik o'tkazuvchanligi SiC keramikalarini tayyorlash uchun sinterlash zichligi talablariga javob beradigan holda sinterlash vositalarining tarkibini iloji boricha kamaytirish va SiC panjarasida qiyin eriydigan sinterlash vositalarini tanlashga harakat qilish kerak.
* Turli xil sinterlash vositalari qo'shilganda SiC keramikasining termal xususiyatlari
Hozirgi vaqtda sinterlash yordami sifatida BeO bilan sinterlangan issiq presslangan SiC keramika xona haroratida maksimal issiqlik o'tkazuvchanligiga ega (270W · m-1 · K-1). Biroq, BeO juda zaharli material va kanserogen bo'lib, laboratoriyalarda yoki sanoat sohalarida keng qo'llanilishi uchun mos emas. Y2O3-Al2O3 tizimining eng past evtektik nuqtasi 1760 ℃ bo'lib, SiC keramika uchun umumiy suyuqlik fazali sinterlash yordami hisoblanadi. Biroq, Al3+ SiC panjarasida oson eriganligi sababli, bu tizim sinterlash yordami sifatida ishlatilganda, SiC seramikasining xona haroratidagi issiqlik o'tkazuvchanligi 200W · m-1 · K-1 dan kam bo'ladi.
Y, Sm, Sc, Gd va La kabi noyob tuproq elementlari SiC panjarasida oson erimaydi va yuqori kislorodga yaqinlikka ega, bu esa SiC panjarasining kislorod miqdorini samarali ravishda kamaytirishi mumkin. Shuning uchun, Y2O3-RE2O3 (RE=Sm, Sc, Gd, La) tizimi yuqori issiqlik o'tkazuvchanligi (> 200W · m-1 · K-1) SiC keramika tayyorlash uchun keng tarqalgan sinterlash yordami hisoblanadi. Misol tariqasida Y2O3-Sc2O3 tizimini sinterlash yordamini oladigan bo'lsak, Y3+ va Si4+ ning ion og'ish qiymati katta va ikkalasi qattiq eritmaga o'tmaydi. 1800 ~ 2600 ℃ da Sc ning sof SiC dagi eruvchanligi kichik, taxminan (2 ~ 3) × 1017 atom · sm-3.
② Yuqori haroratli issiqlik bilan ishlov berish
SiC keramikasini yuqori haroratli issiqlik bilan ishlov berish panjara nuqsonlarini, dislokatsiyalarni va qoldiq stresslarni bartaraf etishga, ba'zi amorf materiallarning kristallarga strukturaviy o'zgarishiga yordam beradi va fononning tarqalish ta'sirini zaiflashtiradi. Bundan tashqari, yuqori haroratli issiqlik bilan ishlov berish SiC donalarining o'sishiga samarali yordam beradi va natijada materialning termal xususiyatlarini yaxshilaydi. Misol uchun, 1950 ° S da yuqori haroratli issiqlik bilan ishlov berishdan so'ng, SiC keramikasining termal diffuziya koeffitsienti 83,03 mm2 · s-1 dan 89,50 mm2 · s-1 gacha, xona haroratining issiqlik o'tkazuvchanligi 180,94 Vt · m dan oshdi. -1 · K-1 dan 192,17 Vt · m-1 · K-1 gacha. Yuqori haroratli issiqlik bilan ishlov berish SiC yuzasi va panjara ustidagi sinterlash yordamining deoksidlanish qobiliyatini samarali ravishda yaxshilaydi va SiC donalari orasidagi aloqani mustahkamlaydi. Yuqori haroratli issiqlik bilan ishlov berishdan so'ng, SiC seramikasining xona haroratidagi issiqlik o'tkazuvchanligi sezilarli darajada yaxshilandi.
Xabar vaqti: 24-oktabr-2024