Pakadali pano,silicon carbide (SiC)ndi chida chopangira kutentha chomwe chimaphunziridwa mwakhama kunyumba ndi kunja. Kuchuluka kwa kutentha kwa SiC ndi kwakukulu kwambiri, ndipo mitundu ina ya makristalo imatha kufika 270W/mK, yomwe ili kale mtsogoleri pakati pa zipangizo zosapanga kutentha. Mwachitsanzo, kugwiritsa ntchito SiC kutentha kumatha kuwoneka mu zipangizo za semiconductor, kutentha kwambiri kwa zida za ceramic, ma heater ndi ma heating plates opangira semiconductor, zida za capsule za mafuta a nyukiliya, ndi mphete zotsekera gasi za ma compressor pumps.
Kugwiritsa ntchitokabide ya silikonimu gawo la semiconductor
Ma disc ndi zida zopukutira ndi zida zofunika kwambiri popanga ma silicon wafer mumakampani opanga ma semiconductor. Ngati diski yopukutira imapangidwa ndi chitsulo chosungunuka kapena chitsulo cha kaboni, nthawi yake yogwirira ntchito ndi yochepa ndipo kutentha kwake kumakhala kwakukulu. Pakukonza ma silicon wafer, makamaka panthawi yopukutira kapena kupukuta mwachangu, chifukwa cha kuwonongeka ndi kutentha kwa diski yopukutira, kusalala ndi kufanana kwa silicon wafer n'kovuta kutsimikizira. Disk yopukutira yopangidwa ndizoumbaumba za silicon carbideIli ndi kutopa kochepa chifukwa cha kuuma kwake kwakukulu, ndipo mphamvu yake yokulirapo kutentha ndi yofanana ndi ya ma wafer a silicon, kotero imatha kuphwanyidwa ndikupukutidwa mwachangu.
Kuphatikiza apo, akapangidwa ma wafer a silicon, amafunika kutenthedwa kwambiri ndipo nthawi zambiri amanyamulidwa pogwiritsa ntchito zida za silicon carbide. Amalimbana ndi kutentha komanso sawononga. Carbon yofanana ndi diamondi (DLC) ndi zina zophimba zimatha kugwiritsidwa ntchito pamwamba kuti ziwonjezere magwiridwe antchito, kuchepetsa kuwonongeka kwa ma wafer, komanso kupewa kuipitsidwa kufalikira.
Kuphatikiza apo, monga choyimira zipangizo za semiconductor za m'badwo wachitatu za wide-bandgap, zipangizo za silicon carbide single crystal zili ndi zinthu monga kukula kwa bandgap (pafupifupi katatu kuposa Si), kutentha kwakukulu (pafupifupi katatu kuposa Si kapena nthawi 10 kuposa GaAs), kuchuluka kwa ma electron saturation (pafupifupi nthawi 2.5 kuposa Si) ndi magetsi ambiri (pafupifupi nthawi 10 kuposa Si kapena nthawi 5 kuposa GaAs). Zipangizo za SiC zimakwaniritsa zolakwika za zipangizo zachikhalidwe za semiconductor pakugwiritsa ntchito ndipo pang'onopang'ono zikukhala zazikulu mwa ma semiconductor amphamvu.
Kufunika kwa ma ceramics a silicon carbide opangidwa ndi kutentha kwakukulu kwawonjezeka kwambiri.
Ndi chitukuko chopitilira cha sayansi ndi ukadaulo, kufunikira kwa kugwiritsa ntchito ziwiya za silicon carbide m'munda wa semiconductor kwawonjezeka kwambiri, ndipo kutentha kwambiri ndi chizindikiro chofunikira cha kugwiritsidwa ntchito kwake m'zigawo zopangira zida za semiconductor. Chifukwa chake, ndikofunikira kulimbitsa kafukufuku wa ziwiya za silicon carbide zomwe zimatentha kwambiri. Kuchepetsa kuchuluka kwa okosijeni mu lattice, kukonza kuchuluka kwa kachulukidwe, komanso kuwongolera bwino kufalikira kwa gawo lachiwiri mu lattice ndi njira zazikulu zowongolera kutentha kwa ziwiya za silicon carbide.
Pakadali pano, pali maphunziro ochepa pa zoumba za silicon carbide zomwe zimatenthetsa kwambiri m'dziko langa, ndipo pakadalibe kusiyana kwakukulu poyerekeza ndi dziko lonse lapansi. Malangizo ofufuza amtsogolo akuphatikizapo:
●Limbikitsani njira yokonzekera kafukufuku wa ufa wa ceramic wa silicon carbide. Kukonzekera ufa wa silicon carbide woyera kwambiri, wopanda okosijeni wambiri ndiye maziko a kukonzekera kwa ceramics za silicon carbide zotentha kwambiri;
● Kulimbikitsa kusankha zinthu zothandizira kuyeretsa ndi kafukufuku wokhudzana ndi chiphunzitso;
●Limbikitsani kafukufuku ndi chitukuko cha zida zapamwamba zoyeretsera. Mwa kuwongolera njira yoyeretsera kuti mupeze kapangidwe koyenera, ndikofunikira kuti mupeze zoumba za silicon carbide zomwe zimatenthetsa kwambiri.
Njira zowongolera kutentha kwa silicon carbide ceramics
Chofunika kwambiri pakukweza mphamvu ya kutentha kwa SiC ceramics ndikuchepetsa kuchuluka kwa phonon scattering ndikuwonjezera njira ya phonon yapakati. Mphamvu ya kutentha kwa SiC idzawongoleredwa bwino mwa kuchepetsa porosity ndi kuchulukira kwa tirigu wa SiC ceramics, kukonza kuyera kwa malire a tirigu wa SiC, kuchepetsa kuipitsidwa kwa lattice kapena zolakwika za lattice, ndikuwonjezera chonyamulira kutentha mu SiC. Pakadali pano, kukonza mtundu ndi kuchuluka kwa zinthu zothandizira kuwotcha komanso chithandizo cha kutentha kwambiri ndiye njira zazikulu zowongolera mphamvu ya kutentha kwa SiC ceramics.
① Kukonza mtundu ndi kuchuluka kwa zinthu zothandizira kupukuta
Zipangizo zosiyanasiyana zoyeretsera nthawi zambiri zimawonjezeredwa pokonzekera ma ceramic a SiC okhala ndi mphamvu yotenthetsera kwambiri. Pakati pawo, mtundu ndi kuchuluka kwa zinthu zoyeretsera zimakhudza kwambiri mphamvu yotenthetsera ya ma ceramic a SiC. Mwachitsanzo, zinthu za Al kapena O zomwe zili mu Al2O3 system zoyeretsera zimasungunuka mosavuta mu lattice ya SiC, zomwe zimapangitsa kuti pakhale mipata ndi zolakwika, zomwe zimapangitsa kuti ma phonon abalale pafupipafupi. Kuphatikiza apo, ngati kuchuluka kwa zinthu zoyeretsera kuli kochepa, zinthuzo zimakhala zovuta kuzimitsa ndi kuzikulitsa, pomwe kuchuluka kwa zinthu zoyeretsera kumabweretsa kuwonjezeka kwa zodetsa ndi zolakwika. Zipangizo zoyeretsera zamadzimadzi zambiri zimathanso kuletsa kukula kwa tirigu wa SiC ndikuchepetsa njira yapakati ya ma phonon. Chifukwa chake, kuti mukonzekere ma ceramic a SiC okhala ndi mphamvu yotenthetsera kwambiri, ndikofunikira kuchepetsa kuchuluka kwa zinthu zoyeretsera momwe mungathere pokwaniritsa zofunikira za kuchuluka kwa zinthu zoyeretsera, ndikuyesera kusankha zinthu zoyeretsera zomwe zimakhala zovuta kuzimitsa mu lattice ya SiC.
*Makhalidwe a kutentha kwa zoumba za SiC pamene zowonjezera zosiyanasiyana zoyeretsera ziwonjezedwa
Pakadali pano, ma ceramic a SiC oponderezedwa ndi kutentha omwe amathiridwa ndi BeO ngati chothandizira chotenthetsera ali ndi mphamvu yayikulu yotenthetsera kutentha kwa chipinda (270W·m-1·K-1). Komabe, BeO ndi chinthu chapoizoni kwambiri komanso choyambitsa khansa, ndipo sichiyenera kugwiritsidwa ntchito kwambiri m'ma laboratories kapena m'mafakitale. Malo otsika kwambiri a eutectic system ya Y2O3-Al2O3 ndi 1760℃, yomwe ndi njira yodziwika bwino yotenthetsera madzi ya SiC ceramics. Komabe, popeza Al3+ imasungunuka mosavuta mu lattice ya SiC, pamene njira iyi imagwiritsidwa ntchito ngati chothandizira chotenthetsera, mphamvu yotenthetsera kutentha kwa chipinda ya ma ceramic a SiC ndi yochepera 200W·m-1·K-1.
Zinthu zosowa zapadziko lapansi monga Y, Sm, Sc, Gd ndi La sizisungunuka mosavuta mu SiC lattice ndipo zimakhala ndi mpweya wambiri, zomwe zimachepetsa bwino mpweya wa SiC lattice. Chifukwa chake, Y2O3-RE2O3 (RE=Sm, Sc, Gd, La) system ndi njira yodziwika bwino yopangira sintering conductivity yapamwamba ya kutentha (>200W·m-1·K-1) SiC ceramics. Potengera Y2O3-Sc2O3 system sintering aid mwachitsanzo, mtengo wa ion deviation wa Y3+ ndi Si4+ ndi waukulu, ndipo ziwirizi sizidutsa mu yankho lolimba. Kusungunuka kwa Sc mu SiC yoyera pa 1800~2600℃ ndi kochepa, pafupifupi (2~3)×1017atoms·cm-3.
② Chithandizo cha kutentha kwambiri
Kuchiza kutentha kwambiri kwa ma ceramics a SiC kumathandiza kuthetsa zolakwika za lattice, kusokonekera ndi kupsinjika kotsalira, kulimbikitsa kusintha kwa kapangidwe ka zinthu zina zosasinthika kukhala ma kristalo, ndikuchepetsa mphamvu ya phonon scattering. Kuphatikiza apo, kuchiza kutentha kwambiri kumatha kulimbikitsa bwino kukula kwa tirigu wa SiC, ndipo pamapeto pake kumawongolera kutentha kwa zinthuzo. Mwachitsanzo, pambuyo pa kutentha kwambiri pa 1950°C, kuchuluka kwa kutentha kwa ma ceramics a SiC kudakwera kuchokera pa 83.03mm2·s-1 mpaka 89.50mm2·s-1, ndipo kutentha kwa chipinda kudakwera kuchokera pa 180.94W·m-1·K-1 mpaka 192.17W·m-1·K-1. Kuchiza kutentha kwambiri kumawongolera bwino mphamvu ya deoxidation ya chothandizira chosinira pamwamba pa SiC ndi lattice, ndikupangitsa kulumikizana pakati pa tirigu wa SiC kukhala kolimba. Pambuyo pa kutentha kwambiri, kutentha kwa chipinda kwa ma ceramics a SiC kwasinthidwa kwambiri.
Nthawi yotumizira: Okutobala-24-2024