An-dràsta,carbaid sileacon (SiC)'S e stuth ceirmeag giùlain teirmeach a th' ann an SiC a tha fo sgrùdadh gnìomhach aig an taigh agus thall thairis. Tha an giùlan teirmeach teòiridheach aig SiC glè àrd, agus faodaidh cuid de chruthan criostail ruighinn 270W/mK, a tha mar-thà na phrìomh neach am measg stuthan neo-ghiùlain. Mar eisimpleir, chithear cleachdadh giùlan teirmeach SiC ann an stuthan fo-strat innealan leth-chonnsachaidh, stuthan ceirmeag giùlain teirmeach àrd, teasadairean agus pleitean teasachaidh airson giullachd leth-chonnsachaidh, stuthan capsal airson connadh niùclasach, agus fàinneachan seulachaidh gas airson pumpaichean teannachaidh.
Cleachdadhcarbide sileaconanns an raon leth-chonnsachaidh
Tha diosgan bleith agus uidheaman nan uidheam pròiseas cudromach airson cinneasachadh uaifearan silicon ann an gnìomhachas nan leth-chonnsair. Ma tha an diosc bleith air a dhèanamh de iarann tilgte no stàilinn charboin, tha a bheatha seirbheis goirid agus tha a cho-èifeachd leudachaidh teirmeach mòr. Rè giullachd uaifearan silicon, gu sònraichte rè bleith no snasadh aig astar àrd, air sgàth caitheamh agus deformachadh teirmeach an diosc bleith, tha e duilich gealltainn gum bi an uaifear silicon rèidh agus co-shìnte. Tha an diosc bleith air a dhèanamh deceirmeag silicon carbidetha caitheamh ìosal aige air sgàth a chruas àrd, agus tha an co-èifeachd leudachaidh teirmeach aige cha mhòr an aon rud ri co-èifeachd leudachaidh uibhlean silicon, agus mar sin faodar a mhuileann agus a lìomhadh aig astar àrd.
A bharrachd air sin, nuair a thèid uaifearan silicon a dhèanamh, feumaidh iad a dhol tro làimhseachadh teas aig teòthachd àrd agus gu tric bidh iad air an giùlan le bhith a’ cleachdadh innealan silicon carbide. Tha iad teas-dhìonach agus chan eil iad a’ sgrios. Faodar carbon coltach ri daoimean (DLC) agus còtaichean eile a chuir air an uachdar gus coileanadh a leasachadh, milleadh uaifearan a lughdachadh, agus casg a chuir air truailleadh bho bhith a’ sgaoileadh.
A bharrachd air sin, mar riochdaire de na stuthan leth-chonnsachaidh beàrn-chòmhlain farsaing treas ginealach, tha feartan aig stuthan criostail singilte silicon carbide leithid leud beàrn-chòmhlain mòr (mu 3 uiread nas motha na Si), seoltachd teirmeach àrd (mu 3.3 uiread nas motha na Si no 10 uiread nas motha na GaAs), ìre imrich àrd de shàthachd electron (mu 2.5 uiread nas motha na Si) agus raon dealain briseadh-sìos àrd (mu 10 uiread nas motha na Si no 5 uiread nas motha na GaAs). Bidh innealan SiC a’ dèanamh suas airson easbhaidhean innealan stuthan leth-chonnsachaidh traidiseanta ann an tagraidhean practaigeach agus mean air mhean tha iad a’ fàs mar phrìomh shruth nan leth-chonnsachaidhean cumhachd.
Tha an t-iarrtas airson ceirmeag silicon carbide àrd-ghiùlain teirmeach air a dhol suas gu mòr
Le leasachadh leantainneach saidheans agus teicneòlais, tha an t-iarrtas airson cleachdadh ceirmeag silicon carbide ann an raon leth-chonnsachaidh air a dhol am meud gu mòr, agus tha seoltachd teirmeach àrd na phrìomh chomharradh airson a chleachdadh ann am pàirtean uidheamachd saothrachaidh leth-chonnsachaidh. Mar sin, tha e deatamach an rannsachadh air ceirmeag silicon carbide le seoltachd teirmeach àrd a neartachadh. Is e lughdachadh susbaint ocsaidean an lattice, leasachadh an dùmhlachd, agus riaghladh reusanta air sgaoileadh an dàrna ìre anns an lattice na prìomh dhòighean air seoltachd teirmeach ceirmeag silicon carbide a leasachadh.
An-dràsta, chan eil mòran sgrùdaidhean air ceirmeag silicon carbide le giùlan teirmeach àrd nam dhùthaich, agus tha beàrn mòr ann fhathast an coimeas ris an ìre chruinneil. Am measg nan stiùiridhean rannsachaidh san àm ri teachd tha:
● Neartaich rannsachadh pròiseas ullachaidh pùdar ceirmeag silicon carbide. Is e ullachadh pùdar silicon carbide àrd-ghlanachd, ìosal-ocsaidean am bunait airson ullachadh ceirmeag silicon carbide le giùlan teirmeach àrd;
● Neartaich taghadh innealan-cuideachaidh shintearachd agus rannsachadh teòiridheach co-cheangailte ris;
● Neartaich rannsachadh is leasachadh uidheamachd shintearachd àrd-inbhe. Le bhith a’ riaghladh a’ phròiseis shintearachd gus meanbh-structar reusanta fhaighinn, tha e na chumha riatanach airson ceirmeag silicon carbide le giùlan teirmeach àrd fhaighinn.
Ceumannan gus giùlan teirmeach ceirmeag silicon carbide a leasachadh
Is e an iuchair airson leasachadh a dhèanamh air giùlan teirmeach ceirmeag SiC lùghdachadh a dhèanamh air tricead sgapadh phonon agus àrdachadh a dhèanamh air slighe shaor chuibheasach phonon. Thèid giùlan teirmeach SiC a leasachadh gu h-èifeachdach le bhith a’ lughdachadh porosity agus dùmhlachd crìche gràin ceirmeag SiC, a’ leasachadh purrachd chrìochan gràin SiC, a’ lughdachadh neo-chunbhalachdan no lochdan crois SiC, agus a’ meudachadh giùlan tar-chuir sruth teas ann an SiC. An-dràsta, is e na prìomh cheumannan gus giùlan teirmeach ceirmeag SiC a leasachadh a bhith a’ leasachadh seòrsa agus susbaint stuthan-cuideachaidh sintering agus làimhseachadh teas àrd-teòthachd.
① A’ leasachadh seòrsa agus susbaint stuthan-taice sintering
Bithear tric a’ cur diofar stuthan-cuideachaidh sintearachd ris nuair a thathar ag ullachadh ceirmeag SiC le giùlan teirmeach àrd. Nam measg, tha buaidh mhòr aig seòrsa agus susbaint nan stuthan-cuideachaidh sintearachd air giùlan teirmeach ceirmeag SiC. Mar eisimpleir, bidh eileamaidean Al no O ann an stuthan-cuideachaidh sintearachd siostam Al2O3 air an sgaoileadh gu furasta a-steach don ghreideal SiC, agus mar thoradh air sin bidh beàrnan agus uireasbhaidhean ann, a tha ag adhbhrachadh àrdachadh ann an tricead sgapadh phonon. A bharrachd air an sin, ma tha susbaint nan stuthan-cuideachaidh sintearachd ìosal, tha e duilich an stuth a shintearachd agus a dhlùthachadh, agus bidh susbaint àrd de stuthan-cuideachaidh sintearachd ag adhbhrachadh àrdachadh ann an neo-chunbhalachdan agus uireasbhaidhean. Faodaidh cus stuthan-cuideachaidh sintearachd ìre leaghaidh casg a chuir air fàs gràinean SiC agus an t-slighe shaor chuibheasach de phonons a lughdachadh. Mar sin, gus ceirmeag SiC le giùlan teirmeach àrd ullachadh, tha e riatanach susbaint nan stuthan-cuideachaidh sintearachd a lughdachadh cho mòr ‘s as urrainn fhad ‘s a tha thu a’ coinneachadh ri riatanasan dùmhlachd sintearachd, agus feuchainn ri stuthan-cuideachaidh sintearachd a thaghadh a tha duilich an sgaoileadh anns a’ ghreideal SiC.
*Feartan teirmeach ceirmeag SiC nuair a thèid diofar stuthan-taice sintering a chur ris
An-dràsta, tha an giùlan teirmeach as àirde aig teòthachd an t-seòmair (270W·m-1·K-1) aig ceirmeag SiC teth-bhrùite air a shintreadh le BeO2 mar thaic-cuideachaidh shintridh. Ach, tha BeO2 na stuth gu math puinnseanta agus carcanaigineach, agus chan eil e freagarrach airson a chleachdadh gu farsaing ann an deuchainn-lannan no raointean gnìomhachais. Is e 1760℃ am puing eutectic as ìsle den t-siostam Y2O3-Al2O3, agus is e sin taic-cuideachaidh ìre-leaghaidh cumanta airson ceirmeag SiC. Ach, leis gu bheil Al3+ air a sgaoileadh gu furasta a-steach don chliath SiC, nuair a thèid an siostam seo a chleachdadh mar thaic-cuideachaidh shintridh, tha an giùlan teirmeach aig teòthachd an t-seòmair aig ceirmeag SiC nas lugha na 200W·m-1·K-1.
Chan eil eileamaidean talmhainn tearc leithid Y, Sm, Sc, Gd agus La furasta an sgaoileadh ann an lattice SiC agus tha dlùth-cheangal ocsaidean àrd aca, agus faodaidh seo susbaint ocsaidean lattice SiC a lughdachadh gu h-èifeachdach. Mar sin, tha an siostam Y2O3-RE2O3 (RE=Sm, Sc, Gd, La) na thaic-sintearachd cumanta airson ceirmeag SiC le giùlan teirmeach àrd (>200W·m-1·K-1) ullachadh. A’ gabhail an taic-sintearachd siostam Y2O3-Sc2O3 mar eisimpleir, tha luach diall ian Y3+ agus Si4+ mòr, agus chan eil an dithis a’ dol tro fhuasgladh cruaidh. Tha solubleachd Sc ann an SiC fìor-ghlan aig 1800~2600 ℃ beag, timcheall air (2~3) × 1017atoms·cm-3.
② Làimhseachadh teas aig teòthachd àrd
Tha làimhseachadh teas àrd-teòthachd air ceirmeag SiC cuideachail airson lochdan lattice, dì-ghluasadan agus cuideaman fuigheallach a thoirt air falbh, a’ brosnachadh cruth-atharrachadh structarail cuid de stuthan neo-chruthach gu criostalan, agus a’ lagachadh buaidh sgapadh phonon. A bharrachd air an sin, faodaidh làimhseachadh teas àrd-teòthachd fàs gràinnean SiC adhartachadh gu h-èifeachdach, agus mu dheireadh feartan teirmeach an stuth a leasachadh. Mar eisimpleir, às deidh làimhseachadh teas àrd-teòthachd aig 1950 ° C, mheudaich co-èifeachd sgaoilidh teirmeach ceirmeag SiC bho 83.03 mm2 · s-1 gu 89.50 mm2 · s-1, agus mheudaich an giùlan teirmeach aig teòthachd an t-seòmair bho 180.94 W · m-1 · K-1 gu 192.17 W · m-1 · K-1. Bidh làimhseachadh teas àrd-teòthachd gu h-èifeachdach a’ leasachadh comas dì-ocsaididh an taic shintearachd air uachdar SiC agus lattice, agus a’ dèanamh a’ cheangail eadar gràinnean SiC nas teinne. Às deidh làimhseachadh teas àrd-teòthachd, tha giùlan teirmeach aig teòthachd an t-seòmair de cheirmeag SiC air a leasachadh gu mòr.
Àm puist: 24 Dàmhair 2024