Nuntempe,siliciokarbido (SiC)estas termike konduktiva ceramika materialo, kiu estas aktive studata hejme kaj eksterlande. La teoria varmokonduktiveco de SiC estas tre alta, kaj iuj kristalaj formoj povas atingi 270W/mK, kio jam estas gvidanto inter nekonduktivaj materialoj. Ekzemple, la apliko de SiC-varmokonduktiveco videblas en la substrataj materialoj de duonkonduktaĵaj aparatoj, alt-termokonduktivaj ceramikaj materialoj, hejtiloj kaj hejtigaj platoj por duonkonduktaĵa prilaborado, kapsulaj materialoj por nuklea fuelo, kaj gasaj sigelringoj por kompresaj pumpiloj.
Apliko desiliciokarbidoen la semikonduktaĵa kampo
Mueldiskoj kaj fiksaĵoj estas gravaj prilaboraj ekipaĵoj por produktado de siliciaj siliciaj silabplatoj en la duonkondukta industrio. Se la mueldisko estas farita el gisfero aŭ karbona ŝtalo, ĝia funkcidaŭro estas mallonga kaj ĝia termika ekspansiokoeficiento estas granda. Dum la prilaborado de siliciaj silabplatoj, precipe dum altrapida muelado aŭ polurado, pro la eluziĝo kaj termika deformado de la mueldisko, la plateco kaj paraleleco de la silicia silabplato estas malfacile garantieblaj. La mueldisko farita el...siliciokarbida ceramikaĵohavas malaltan eluziĝon pro sia alta malmoleco, kaj ĝia termika ekspansiokoeficiento estas baze la sama kiel tiu de siliciaj obleoj, do ĝi povas esti muelita kaj polurita je alta rapideco.
Krome, kiam siliciaj opaletoj estas produktitaj, ili devas sperti alt-temperaturan varmotraktadon kaj ofte estas transportataj uzante siliciajn karbidajn fiksaĵojn. Ili estas varmorezistaj kaj nedetruaj. Diamant-simila karbono (DLC) kaj aliaj tegaĵoj povas esti aplikitaj sur la surfacon por plibonigi rendimenton, mildigi oblatajn difektojn kaj malhelpi la disvastiĝon de poluado.
Krome, kiel reprezentanto de la triageneraciaj larĝ-bendbreĉaj duonkonduktaĵaj materialoj, siliciaj karbidaj unukristalaj materialoj havas ecojn kiel grandan bendbreĉan larĝon (ĉirkaŭ 3-oble pli grandan ol tiu de Si), altan varmokonduktecon (ĉirkaŭ 3,3-oble pli grandan ol tiu de Si aŭ 10-oble pli grandan ol tiu de GaAs), altan elektronsaturiĝan migradan indicon (ĉirkaŭ 2,5-oble pli grandan ol tiu de Si) kaj altan disfalan elektran kampon (ĉirkaŭ 10-oble pli grandan ol tiu de Si aŭ 5-oble pli grandan ol tiu de GaAs). SiC-aparatoj kompensas la difektojn de tradiciaj duonkonduktaĵaj materialaj aparatoj en praktikaj aplikoj kaj iom post iom fariĝas la ĉeftendenco de potencaj duonkonduktaĵoj.
La postulo je ceramikaĵoj kun alta varmokondukteco de silicia karbido draste pliiĝis.
Kun la kontinua disvolviĝo de scienco kaj teknologio, la postulo pri la apliko de siliciaj karbidaj ceramikaĵoj en la duonkondukta kampo draste kreskis, kaj alta varmokondukteco estas ŝlosila indikilo por ĝia apliko en komponantoj de ekipaĵfabrikado de duonkonduktaĵoj. Tial estas grave plifortigi la esploradon pri altvarmokonduktecaj siliciaj karbidaj ceramikaĵoj. Redukti la oksigenan enhavon de la krado, plibonigi la densecon kaj racie reguligi la distribuon de la dua fazo en la krado estas la ĉefaj metodoj por plibonigi la varmokonduktecon de siliciaj karbidaj ceramikaĵoj.
Nuntempe, ekzistas malmultaj studoj pri alt-termokonduktecaj siliciaj karbidaj ceramikaĵoj en mia lando, kaj ankoraŭ ekzistas granda breĉo kompare kun la monda nivelo. Estontaj esplordirektoj inkluzivas:
● Fortigi la esploradon pri la preparprocezo de silicia karbida ceramika pulvoro. La preparado de altpureca, malalt-oksigena silicia karbida pulvoro estas la bazo por la preparado de alt-termokonduktiva silicia karbida ceramikaĵo;
● Plifortigi la elekton de sinterigaj helpiloj kaj rilatan teorian esploradon;
● Fortigi la esploradon kaj disvolvon de altkvalitaj sinteriga ekipaĵo. Reguligante la sinteriga procezon por atingi akcepteblan mikrostrukturon, necesas akiri alt-termokonduktecan silician karbidan ceramikaĵon.
Mezuroj por plibonigi varmokonduktecon de siliciaj karbidaj ceramikaĵoj
La ŝlosilo por plibonigi la varmokonduktivecon de SiC-ceramikaĵoj estas redukti la fononan disĵetan frekvencon kaj pliigi la fononan mezan liberan vojon. La varmokonduktiveco de SiC estos efike plibonigita per redukto de la poreco kaj grenlima denseco de SiC-ceramikaĵoj, plibonigo de la pureco de SiC-grenlimoj, redukto de SiC-kradaj malpuraĵoj aŭ kradaj difektoj, kaj pliigo de la varmofluotransiga portanto en SiC. Nuntempe, optimumigo de la tipo kaj enhavo de sinterigaj helpaĵoj kaj alttemperatura varmotraktado estas la ĉefaj rimedoj por plibonigi la varmokonduktivecon de SiC-ceramikaĵoj.
① Optimumigo de la tipo kaj enhavo de sinterigaj helpaĵoj
Diversaj sinterigaj helpaĵoj ofte estas aldonitaj dum preparado de alt-termokonduktivaj SiC-ceramikaĵoj. Inter ili, la tipo kaj enhavo de sinterigaj helpaĵoj havas grandan influon sur la varmokonduktivecon de SiC-ceramikaĵoj. Ekzemple, Al aŭ O-elementoj en la Al2O3-sistemaj sinterigaj helpaĵoj facile solviĝas en la SiC-krado, rezultante en vakantaĵoj kaj difektoj, kio kondukas al pliiĝo de la fonona disĵeta frekvenco. Krome, se la enhavo de sinterigaj helpaĵoj estas malalta, la materialo malfacile sinteriĝas kaj densiĝas, dum alta enhavo de sinterigaj helpaĵoj kondukos al pliiĝo de malpuraĵoj kaj difektoj. Troa likvafaza sinteriga helpaĵo ankaŭ povas inhibicii la kreskon de SiC-grajnoj kaj redukti la mezan liberan vojon de fononoj. Tial, por prepari alt-termokonduktivajn SiC-ceramikaĵojn, necesas redukti la enhavon de sinterigaj helpaĵoj kiel eble plej multe, plenumante la postulojn de sinteriga denseco, kaj provi elekti sinterigajn helpaĵojn, kiujn malfacilas solvi en la SiC-krado.
*Termikaj ecoj de SiC-ceramikaĵoj kiam diversaj sintraj helpaĵoj estas aldonitaj
Nuntempe, varmpremataj SiC-ceramikaĵoj sinteritaj kun BeO kiel sinteriga helpanto havas la maksimuman ĉambratemperaturan varmokonduktecon (270W·m-1·K-1). Tamen, BeO estas tre toksa kaj kancerogena materialo, kaj ne taŭgas por vasta apliko en laboratorioj aŭ industriaj kampoj. La plej malalta eŭtektika punkto de la Y2O3-Al2O3-sistemo estas 1760℃, kio estas ofta likvafaza sinteriga helpanto por SiC-ceramikaĵoj. Tamen, ĉar Al3+ facile dissolviĝas en la SiC-kradon, kiam ĉi tiu sistemo estas uzata kiel sinteriga helpanto, la ĉambratemperatura varmokondukteco de SiC-ceramikaĵoj estas malpli ol 200W·m-1·K-1.
Rarateraj elementoj kiel Y, Sm, Sc, Gd kaj La ne estas facile solveblaj en SiC-krado kaj havas altan oksigenan afinecon, kiu povas efike redukti la oksigenan enhavon de SiC-krado. Tial, la sistemo Y2O3-RE2O3 (RE=Sm, Sc, Gd, La) estas ofta sinteriga helpanto por prepari alt-termokonduktivajn (>200W·m⁻¹·K⁻¹) SiC-ceramikaĵojn. Prenante la sistemon Y2O3-Sc2O3 kiel ekzemplon, la jona devio-valoro de Y3+ kaj Si4+ estas granda, kaj ambaŭ ne spertas solidan solviĝon. La solvebleco de Sc en pura SiC je 1800~2600℃ estas malgranda, ĉirkaŭ (2~3)×1017 atomoj·cm⁻³.
② Alta temperaturo varmotraktado
Alttemperatura varmotraktado de SiC-ceramikaĵoj helpas forigi kraddifektojn, dislokigojn kaj restajn streĉojn, antaŭenigante la strukturan transformon de iuj amorfaj materialoj al kristaloj, kaj malfortigante la fononan disĵetan efikon. Krome, alttemperatura varmotraktado povas efike antaŭenigi la kreskon de SiC-grenoj, kaj finfine plibonigi la termikajn ecojn de la materialo. Ekzemple, post alttemperatura varmotraktado je 1950°C, la termika difuza koeficiento de SiC-ceramikaĵoj pliiĝis de 83.03mm²·s⁻¹ al 89.50mm²·s⁻¹, kaj la ĉambratemperatura varmokondukteco pliiĝis de 180.94W·m⁻¹·K⁻¹ al 192.17W·m⁻¹·K⁻¹. Alttemperatura varmotraktado efike plibonigas la deoksidigan kapablon de la sinteriga helpaĵo sur la SiC-surfaco kaj krado, kaj plifortigas la ligon inter SiC-grenoj. Post alttemperatura varmotraktado, la ĉambratemperatura varmokondukteco de SiC-ceramikaĵoj signife pliboniĝis.
Afiŝtempo: 24-a de oktobro 2024