လက်ရှိတွင်၊ဆီလီကွန်ကာဗိုက် (SiC)ပြည်တွင်းပြည်ပတွင် တက်ကြွစွာလေ့လာနေသော အပူလျှပ်ကူးနိုင်သော ကြွေထည်ပစ္စည်းတစ်ခုဖြစ်သည်။ SiC ၏ သီအိုရီဆိုင်ရာ အပူလျှပ်ကူးနိုင်စွမ်းသည် အလွန်မြင့်မားပြီး ပုံဆောင်ခဲပုံစံအချို့သည် 270W/mK အထိရောက်ရှိနိုင်ပြီး ၎င်းသည် လျှပ်ကူးမှုမရှိသော ပစ္စည်းများတွင် ဦးဆောင်သူဖြစ်နေပြီဖြစ်သည်။ ဥပမာအားဖြင့်၊ SiC အပူလျှပ်ကူးနိုင်စွမ်းကို တစ်ပိုင်းလျှပ်ကူးပစ္စည်းများ၏ အောက်ခံပစ္စည်းများ၊ အပူလျှပ်ကူးနိုင်စွမ်းမြင့်မားသော ကြွေထည်ပစ္စည်းများ၊ တစ်ပိုင်းလျှပ်ကူးပစ္စည်းများ လုပ်ဆောင်ရန်အတွက် အပူပေးစက်များနှင့် အပူပေးပြားများ၊ နျူကလီးယားလောင်စာအတွက် ကက်ဆူးလ်ပစ္စည်းများနှင့် ကွန်ပရက်ဆာပန့်များအတွက် ဓာတ်ငွေ့တံဆိပ်ခတ်ကွင်းများတွင် တွေ့မြင်နိုင်သည်။
အသုံးချမှုဆီလီကွန်ကာဗိုက်တစ်ပိုင်းလျှပ်ကူးပစ္စည်းနယ်ပယ်တွင်
ဆီလီကွန်ဝေဖာထုတ်လုပ်မှုအတွက် ကြိတ်ခွဲပြားများနှင့် ဆက်စပ်ပစ္စည်းများသည် အရေးကြီးသော လုပ်ငန်းစဉ်ပစ္စည်းကိရိယာများဖြစ်သည်။ ကြိတ်ခွဲပြားကို သံမဏိ သို့မဟုတ် ကာဗွန်သံမဏိဖြင့် ပြုလုပ်ထားပါက ၎င်း၏ ဝန်ဆောင်မှုသက်တမ်းတိုတောင်းပြီး ၎င်း၏ အပူချိန်ချဲ့ထွင်မှုကိန်း မြင့်မားသည်။ ဆီလီကွန်ဝေဖာများကို လုပ်ဆောင်နေစဉ်၊ အထူးသဖြင့် မြန်နှုန်းမြင့်ကြိတ်ခွဲခြင်း သို့မဟုတ် ඔප දැමීමပြုလုပ်နေစဉ်အတွင်း ကြိတ်ခွဲပြား၏ ဟောင်းနွမ်းမှုနှင့် အပူပုံပျက်ခြင်းကြောင့် ဆီလီကွန်ဝေဖာ၏ ပြားချပ်မှုနှင့် အပြိုင်ဖြစ်မှုကို အာမခံရန် ခက်ခဲသည်။ ကြိတ်ခွဲပြားကို အောက်ပါတို့ဖြင့် ပြုလုပ်ထားသည်ဆီလီကွန်ကာဗိုက်ကြွေထည်များ၎င်း၏ မာကျောမှုမြင့်မားခြင်းကြောင့် ယိုယွင်းမှုနည်းပါးပြီး ၎င်း၏ အပူချိန်ချဲ့ထွင်မှုကိန်းသည် ဆီလီကွန်ဝေဖာများနှင့် အခြေခံအားဖြင့် အတူတူပင်ဖြစ်သောကြောင့် မြန်နှုန်းမြင့်ဖြင့် ကြိတ်ခွဲပြီး ඔප දැමීම ပြုလုပ်နိုင်ပါသည်။
ထို့အပြင် ဆီလီကွန်ဝေဖာများကို ထုတ်လုပ်သည့်အခါ ၎င်းတို့သည် မြင့်မားသောအပူချိန်အပူကုသမှုကို ခံယူရန် လိုအပ်ပြီး ဆီလီကွန်ကာဗိုက်ပစ္စည်းများကို အသုံးပြု၍ သယ်ယူပို့ဆောင်လေ့ရှိသည်။ ၎င်းတို့သည် အပူဒဏ်ခံနိုင်ရည်ရှိပြီး ပျက်စီးမှုမရှိပါ။ စိန်ကဲ့သို့ကာဗွန် (DLC) နှင့် အခြားအပေါ်ယံလွှာများကို မျက်နှာပြင်ပေါ်တွင် စွမ်းဆောင်ရည်မြှင့်တင်ရန်၊ ဝေဖာပျက်စီးမှုကို သက်သာစေရန်နှင့် ညစ်ညမ်းမှုပျံ့နှံ့မှုကို ကာကွယ်ရန် အသုံးပြုနိုင်သည်။
ထို့အပြင်၊ တတိယမျိုးဆက် wide-bandgap semiconductor ပစ္စည်းများ၏ ကိုယ်စားလှယ်အနေဖြင့် silicon carbide single crystal ပစ္စည်းများသည် bandgap အကျယ်ကြီး (Si ထက် ၃ ဆခန့်)၊ အပူစီးကူးမှုမြင့်မားခြင်း (Si ထက် ၃.၃ ဆခန့် သို့မဟုတ် GaAs ထက် ၁၀ ဆ)၊ အီလက်ထရွန်ပြည့်ဝမှု ရွှေ့ပြောင်းမှုနှုန်းမြင့်မားခြင်း (Si ထက် ၂.၅ ဆခန့်) နှင့် ပြိုကွဲလျှပ်စစ်စက်ကွင်းမြင့်မားခြင်း (Si ထက် ၁၀ ဆခန့် သို့မဟုတ် GaAs ထက် ၅ ဆ) စသည့် ဂုဏ်သတ္တိများရှိသည်။ SiC စက်ပစ္စည်းများသည် လက်တွေ့အသုံးချမှုများတွင် ရိုးရာ semiconductor ပစ္စည်းစက်ပစ္စည်းများ၏ ချို့ယွင်းချက်များကို ဖြည့်ဆည်းပေးပြီး power semiconductor များ၏ အဓိကအစိတ်အပိုင်းတစ်ခု ဖြစ်လာပါသည်။
အပူစီးကူးမှုမြင့်မားသော ဆီလီကွန်ကာဗိုက်ကြွေထည်များအတွက် ဝယ်လိုအားမှာ သိသိသာသာ မြင့်တက်လာခဲ့သည်။
သိပ္ပံနှင့်နည်းပညာ စဉ်ဆက်မပြတ်ဖွံ့ဖြိုးတိုးတက်မှုနှင့်အတူ၊ ဆီလီကွန်ကာဗိုက်ကြွေထည်များကို တစ်ပိုင်းလျှပ်ကူးပစ္စည်းနယ်ပယ်တွင် အသုံးချမှုအတွက် ၀ယ်လိုအားမှာ သိသိသာသာ မြင့်တက်လာခဲ့ပြီး၊ အပူစီးကူးမှုမြင့်မားခြင်းသည် ဆီလီကွန်ပစ္စည်းထုတ်လုပ်သည့် စက်ပစ္စည်းအစိတ်အပိုင်းများတွင် ၎င်း၏အသုံးချမှုအတွက် အဓိကညွှန်ပြချက်တစ်ခုဖြစ်သည်။ ထို့ကြောင့်၊ အပူစီးကူးမှုမြင့်မားသော ဆီလီကွန်ကာဗိုက်ကြွေထည်များဆိုင်ရာ သုတေသနကို အားကောင်းစေရန် အရေးကြီးပါသည်။ ကွက်တိအောက်ဆီဂျင်ပါဝင်မှုကို လျှော့ချခြင်း၊ သိပ်သည်းဆကို မြှင့်တင်ခြင်းနှင့် ကွက်တိတွင် ဒုတိယအဆင့်၏ ဖြန့်ဖြူးမှုကို ကျိုးကြောင်းဆီလျော်စွာ ထိန်းညှိခြင်းတို့သည် ဆီလီကွန်ကာဗိုက်ကြွေထည်များ၏ အပူစီးကူးမှုကို မြှင့်တင်ရန် အဓိကနည်းလမ်းများဖြစ်သည်။
လက်ရှိတွင် ကျွန်ုပ်၏နိုင်ငံတွင် အပူစီးကူးမှုမြင့်မားသော ဆီလီကွန်ကာဗိုက်ကြွေထည်များအကြောင်း လေ့လာမှုအနည်းငယ်သာရှိပြီး ကမ္ဘာ့အဆင့်နှင့် နှိုင်းယှဉ်ပါက ကွာဟချက်ကြီးတစ်ခု ရှိနေသေးသည်။ အနာဂတ်သုတေသနလမ်းညွှန်ချက်များတွင် အောက်ပါတို့ ပါဝင်သည်-
● ဆီလီကွန်ကာဗိုက်ကြွေမှုန့်ပြင်ဆင်မှုလုပ်ငန်းစဉ်သုတေသနကို အားကောင်းအောင်လုပ်ပါ။ မြင့်မားသောသန့်စင်မှုရှိပြီး အောက်ဆီဂျင်နည်းသော ဆီလီကွန်ကာဗိုက်မှုန့်ပြင်ဆင်ခြင်းသည် အပူစီးကူးမှုမြင့်မားသော ဆီလီကွန်ကာဗိုက်ကြွေမှုန့်ပြင်ဆင်မှုအတွက် အခြေခံဖြစ်သည်။
● sintering အထောက်အကူပြုပစ္စည်းများ ရွေးချယ်ခြင်းနှင့် ဆက်စပ်သီအိုရီဆိုင်ရာ သုတေသနများကို အားကောင်းစေပါ။
● အဆင့်မြင့် sintering ပစ္စည်းကိရိယာများ၏ သုတေသနနှင့် ဖွံ့ဖြိုးတိုးတက်မှုကို အားကောင်းစေပါ။ သင့်တင့်လျောက်ပတ်သော microstructure ရရှိရန် sintering လုပ်ငန်းစဉ်ကို ထိန်းညှိပေးခြင်းဖြင့် အပူစီးကူးမှုမြင့်မားသော silicon carbide ကြွေထည်များရရှိရန် မရှိမဖြစ်လိုအပ်သော အခြေအနေတစ်ခုဖြစ်သည်။
ဆီလီကွန်ကာဗိုက်ကြွေထည်များ၏ အပူစီးကူးနိုင်စွမ်းကို မြှင့်တင်ရန် လုပ်ဆောင်ချက်များ
SiC ကြွေထည်များ၏ အပူစီးကူးနိုင်စွမ်းကို တိုးတက်စေရန် အဓိကသော့ချက်မှာ ဖိုနွန်ပြန့်ကျဲမှုကြိမ်နှုန်းကို လျှော့ချပြီး ဖိုနွန်ပျမ်းမျှလွတ်လပ်သောလမ်းကြောင်းကို တိုးမြှင့်ရန်ဖြစ်သည်။ SiC ကြွေထည်များ၏ porosity နှင့် grain boundary density ကို လျှော့ချခြင်း၊ SiC grain boundary များ၏ သန့်ရှင်းစင်ကြယ်မှုကို တိုးတက်စေခြင်း၊ SiC lattice impurities သို့မဟုတ် lattice defects များကို လျှော့ချခြင်းနှင့် SiC ရှိ အပူစီးဆင်းမှု transmission carrier ကို တိုးမြှင့်ခြင်းဖြင့် SiC ၏ အပူစီးကူးနိုင်စွမ်းကို ထိရောက်စွာ တိုးတက်စေမည်ဖြစ်သည်။ လက်ရှိတွင်၊ sintering aids များ၏ အမျိုးအစားနှင့် ပါဝင်မှုကို အကောင်းဆုံးဖြစ်အောင်ပြုလုပ်ခြင်းနှင့် အပူချိန်မြင့်အပူကုသမှုသည် SiC ကြွေထည်များ၏ အပူစီးကူးနိုင်စွမ်းကို တိုးတက်စေရန် အဓိကအစီအမံများဖြစ်သည်။
① sintering အထောက်အကူပြုပစ္စည်းများ၏ အမျိုးအစားနှင့် ပါဝင်မှုကို အကောင်းဆုံးဖြစ်အောင်ပြုလုပ်ခြင်း
အပူစီးကူးမှုမြင့်မားသော SiC ကြွေထည်များကို ပြင်ဆင်သည့်အခါ sintering aids အမျိုးမျိုးကို မကြာခဏထည့်သွင်းလေ့ရှိသည်။ ၎င်းတို့တွင် sintering aids အမျိုးအစားနှင့် ပါဝင်မှုသည် SiC ကြွေထည်များ၏ အပူစီးကူးမှုအပေါ် များစွာလွှမ်းမိုးမှုရှိသည်။ ဥပမာအားဖြင့်၊ Al2O3 စနစ် sintering aids ရှိ Al သို့မဟုတ် O ဒြပ်စင်များသည် SiC ကွက်ကြားထဲသို့ အလွယ်တကူပျော်ဝင်ပြီး လစ်လပ်နေရာများနှင့် ချို့ယွင်းချက်များဖြစ်ပေါ်စေကာ phonon scattering frequency ကို မြင့်တက်စေသည်။ ထို့အပြင်၊ sintering aids များတွင် ပါဝင်မှုနည်းပါက ပစ္စည်းကို sintering နှင့် densify လုပ်ရန်ခက်ခဲပြီး sintering aids များပါဝင်မှုမြင့်မားခြင်းသည် မသန့်စင်မှုများနှင့် ချို့ယွင်းချက်များ တိုးလာစေမည်ဖြစ်သည်။ အရည်အဆင့် sintering aids များလွန်းခြင်းသည် SiC အမှုန်အမွှားများ၏ ကြီးထွားမှုကိုလည်း ဟန့်တားနိုင်ပြီး phonons များ၏ ပျမ်းမျှလွတ်လပ်သောလမ်းကြောင်းကို လျော့ကျစေနိုင်သည်။ ထို့ကြောင့် အပူစီးကူးမှုမြင့်မားသော SiC ကြွေထည်များကို ပြင်ဆင်ရန်အတွက် sintering density လိုအပ်ချက်များနှင့် ကိုက်ညီနေစဉ် sintering aids များတွင် ပါဝင်မှုကို တတ်နိုင်သမျှ လျှော့ချရန်နှင့် SiC ကွက်ကြားတွင် ပျော်ဝင်ရန်ခက်ခဲသော sintering aids များကို ရွေးချယ်ရန် ကြိုးစားရန် လိုအပ်ပါသည်။
*မတူညီသော sintering အထောက်အကူပြုပစ္စည်းများကို ထည့်သွင်းသောအခါ SiC ကြွေထည်များ၏ အပူဂုဏ်သတ္တိများ
လက်ရှိတွင်၊ BeO2 ဖြင့် အပူပေးထားသော SiC ကြွေထည်များသည် sintering aid အဖြစ် sintering လုပ်ထားသော အခန်းအပူချိန်တွင် အမြင့်ဆုံး အပူစီးကူးနိုင်စွမ်း (270W·m-1·K-1) ရှိသည်။ သို့သော်၊ BeO2 သည် အဆိပ်အတောက်ဖြစ်စေသော ပစ္စည်းတစ်ခုဖြစ်ပြီး ကင်ဆာဖြစ်စေနိုင်သောကြောင့် ဓာတ်ခွဲခန်းများ သို့မဟုတ် စက်မှုလုပ်ငန်းနယ်ပယ်များတွင် ကျယ်ကျယ်ပြန့်ပြန့် အသုံးချရန် မသင့်တော်ပါ။ Y2O3-Al2O3 စနစ်၏ အနိမ့်ဆုံး eutectic point မှာ 1760 ℃ ဖြစ်ပြီး၊ ၎င်းသည် SiC ကြွေထည်များအတွက် အသုံးများသော အရည်အဆင့် sintering aid ဖြစ်သည်။ သို့သော်၊ Al3+ သည် SiC lattice ထဲသို့ အလွယ်တကူ ပျော်ဝင်သောကြောင့်၊ ဤစနစ်ကို sintering aid အဖြစ်အသုံးပြုသောအခါ၊ SiC ကြွေထည်များ၏ အခန်းအပူချိန်တွင် အပူစီးကူးနိုင်စွမ်းမှာ 200W·m-1·K-1 ထက် နည်းသည်။
Y၊ Sm၊ Sc၊ Gd နှင့် La ကဲ့သို့သော ရှားပါးဒြပ်စင်များသည် SiC ကွက်ကြားတွင် အလွယ်တကူ မပျော်ဝင်နိုင်ဘဲ အောက်ဆီဂျင်ဆွဲငင်အား မြင့်မားသောကြောင့် SiC ကွက်ကြား၏ အောက်ဆီဂျင်ပါဝင်မှုကို ထိရောက်စွာ လျှော့ချနိုင်သည်။ ထို့ကြောင့် Y2O3-RE2O3 (RE=Sm၊ Sc၊ Gd၊ La) စနစ်သည် မြင့်မားသော အပူစီးကူးမှု (>200W·m-1·K-1) SiC ကြွေထည်များ ပြင်ဆင်ရန်အတွက် အသုံးများသော sintering aid တစ်ခုဖြစ်သည်။ Y2O3-Sc2O3 စနစ် sintering aid ကို ဥပမာအဖြစ်ယူလျှင်၊ Y3+ နှင့် Si4+ တို့၏ အိုင်းယွန်းသွေဖည်မှုတန်ဖိုးသည် ကြီးမားပြီး နှစ်ခုစလုံးသည် အစိုင်အခဲပျော်ရည်ကို မဖြတ်သန်းပါ။ 1800~2600 ℃ တွင် သန့်စင်သော SiC တွင် Sc ၏ ပျော်ဝင်နိုင်မှုသည် သေးငယ်ပြီး (2~3)×1017 အက်တမ်·cm-3 ခန့်ရှိသည်။
② အပူချိန်မြင့် အပူပေးကုသမှု
SiC ကြွေထည်များ၏ မြင့်မားသောအပူချိန်အပူပေးကုသမှုသည် ကွက်လပ်ချို့ယွင်းချက်များ၊ နေရာရွေ့ခြင်းနှင့် ကျန်ရှိသောဖိစီးမှုများကို ဖယ်ရှားပေးခြင်း၊ အချို့သော amorphous ပစ္စည်းများ၏ ဖွဲ့စည်းပုံပြောင်းလဲမှုကို ပုံဆောင်ခဲများအဖြစ်သို့ မြှင့်တင်ပေးခြင်းနှင့် phonon scattering effect ကို အားနည်းစေခြင်းတို့အတွက် အထောက်အကူဖြစ်စေပါသည်။ ထို့အပြင်၊ မြင့်မားသောအပူချိန်အပူပေးကုသမှုသည် SiC အမှုန်များ၏ ကြီးထွားမှုကို ထိရောက်စွာ မြှင့်တင်ပေးနိုင်ပြီး နောက်ဆုံးတွင် ပစ္စည်း၏ အပူဂုဏ်သတ္တိများကို တိုးတက်ကောင်းမွန်စေပါသည်။ ဥပမာအားဖြင့်၊ ၁၉၅၀°C တွင် မြင့်မားသောအပူချိန်အပူပေးကုသမှုပြီးနောက်၊ SiC ကြွေထည်များ၏ အပူပျံ့နှံ့မှုကိန်းဂဏန်းသည် 83.03mm2·s-1 မှ 89.50mm2·s-1 အထိ မြင့်တက်လာပြီး အခန်းအပူချိန်အပူစီးကူးမှုသည် 180.94W·m-1·K-1 မှ 192.17W·m-1·K-1 အထိ မြင့်တက်လာပါသည်။ မြင့်မားသောအပူချိန်အပူပေးကုသမှုသည် SiC မျက်နှာပြင်နှင့် ကွက်လပ်ပေါ်ရှိ sintering aid ၏ deoxidation စွမ်းရည်ကို ထိရောက်စွာ တိုးတက်ကောင်းမွန်စေပြီး SiC အမှုန်များအကြား ချိတ်ဆက်မှုကို ပိုမိုတင်းကျပ်စေသည်။ မြင့်မားသောအပူချိန်အပူပေးကုသမှုပြီးနောက်၊ SiC ကြွေထည်များ၏ အခန်းအပူချိန်အပူစီးကူးမှုကို သိသိသာသာ တိုးတက်ကောင်းမွန်လာပါသည်။
ပို့စ်တင်ချိန်: အောက်တိုဘာ ၂၄၊ ၂၀၂၄