Aktualisht,karbid silikoni (SiC)është një material qeramik termikisht përçues që studiohet në mënyrë aktive brenda dhe jashtë vendit. Përçueshmëria teorike termike e SiC është shumë e lartë, dhe disa forma kristali mund të arrijnë 270W/mK, që është tashmë një lider midis materialeve jo-përçuese. Për shembull, zbatimi i përçueshmërisë termike të SiC mund të shihet në materialet e substratit të pajisjeve gjysmëpërçuese, materialet qeramike me përçueshmëri të lartë termike, ngrohësit dhe pllakat ngrohëse për përpunimin e gjysmëpërçuesve, materialet e kapsulave për karburant bërthamor dhe unazat e vulosjes së gazit për pompat e kompresorëve.
Zbatimi ikarbid silikoninë fushën e gjysmëpërçuesve
Disqet dhe pajisjet e bluarjes janë pajisje të rëndësishme përpunimi për prodhimin e pllakave të silikonit në industrinë e gjysmëpërçuesve. Nëse disku i bluarjes është bërë prej gize ose çeliku karboni, jeta e tij e shërbimit është e shkurtër dhe koeficienti i tij i zgjerimit termik është i madh. Gjatë përpunimit të pllakave të silikonit, veçanërisht gjatë bluarjes ose lustrimit me shpejtësi të lartë, për shkak të konsumimit dhe deformimit termik të diskut të bluarjes, rrafshësia dhe paralelizmi i pllakave të silikonit janë të vështira për t'u garantuar. Disku i bluarjes është bërë ngaqeramika e karbidit të silikonitka konsum të ulët për shkak të fortësisë së lartë, dhe koeficienti i tij i zgjerimit termik është në thelb i njëjtë me atë të napolitanëve të silikonit, kështu që mund të bluhet dhe të lëmohet me shpejtësi të lartë.
Përveç kësaj, kur prodhohen pllaka silikoni, ato duhet t'i nënshtrohen trajtimit termik në temperaturë të lartë dhe shpesh transportohen duke përdorur pajisje prej karabit të silikonit. Ato janë rezistente ndaj nxehtësisë dhe jo-shkatërruese. Karboni i ngjashëm me diamantin (DLC) dhe veshje të tjera mund të aplikohen në sipërfaqe për të përmirësuar performancën, për të lehtësuar dëmtimin e pllakave dhe për të parandaluar përhapjen e kontaminimit.
Për më tepër, si përfaqësues i materialeve gjysmëpërçuese me gjerësi bande të gjerë të gjeneratës së tretë, materialet monokristalë të karabit të silicit kanë veti të tilla si gjerësia e madhe e gjerësisë së bandës (rreth 3 herë më e madhe se ajo e Si), përçueshmëri e lartë termike (rreth 3.3 herë më e madhe se ajo e Si ose 10 herë më e madhe se ajo e GaAs), shkallë e lartë e migrimit të ngopjes së elektroneve (rreth 2.5 herë më e madhe se ajo e Si) dhe fushë elektrike me zbërthim të lartë (rreth 10 herë më e madhe se ajo e Si ose 5 herë më e madhe se ajo e GaAs). Pajisjet SiC kompensojnë defektet e pajisjeve tradicionale me material gjysmëpërçues në zbatimet praktike dhe gradualisht po bëhen rrjedha kryesore e gjysmëpërçuesve të fuqisë.
Kërkesa për qeramikë karbidi silici me përçueshmëri të lartë termike është rritur ndjeshëm.
Me zhvillimin e vazhdueshëm të shkencës dhe teknologjisë, kërkesa për aplikimin e qeramikës së karabit të silicit në fushën e gjysmëpërçuesve është rritur ndjeshëm, dhe përçueshmëria e lartë termike është një tregues kyç për aplikimin e saj në komponentët e pajisjeve të prodhimit të gjysmëpërçuesve. Prandaj, është thelbësore të forcohen kërkimet mbi qeramikat e karabit të silicit me përçueshmëri të lartë termike. Ulja e përmbajtjes së oksigjenit në rrjetë, përmirësimi i dendësisë dhe rregullimi i arsyeshëm i shpërndarjes së fazës së dytë në rrjetë janë metodat kryesore për të përmirësuar përçueshmërinë termike të qeramikës së karabit të silicit.
Aktualisht, në vendin tim ka pak studime mbi qeramikat e karbidit të silicit me përçueshmëri të lartë termike, dhe ende ka një hendek të madh krahasuar me nivelin botëror. Drejtimet e ardhshme të kërkimit përfshijnë:
● Forcimi i procesit të përgatitjes së pluhurit qeramik të karabit të silicit. Përgatitja e pluhurit të karabit të silicit me pastërti të lartë dhe përmbajtje të ulët oksigjeni është baza për përgatitjen e qeramikës së karabit të silicit me përçueshmëri të lartë termike;
● Forcimi i përzgjedhjes së mjeteve ndihmëse për sinterim dhe kërkimeve teorike përkatëse;
● Forcimi i kërkimit dhe zhvillimit të pajisjeve të sinterimit të nivelit të lartë. Duke rregulluar procesin e sinterimit për të përftuar një mikrostrukturë të arsyeshme, është një kusht i domosdoshëm për të përftuar qeramikë karbidi silici me përçueshmëri të lartë termike.
Masat për të përmirësuar përçueshmërinë termike të qeramikës së karabit të silikonit
Çelësi për përmirësimin e përçueshmërisë termike të qeramikës SiC është zvogëlimi i frekuencës së shpërndarjes së fononeve dhe rritja e rrugës së lirë mesatare të fononeve. Përçueshmëria termike e SiC do të përmirësohet në mënyrë efektive duke zvogëluar porozitetin dhe dendësinë kufitare të kokrrizave të qeramikës SiC, duke përmirësuar pastërtinë e kufijve të kokrrizave të SiC, duke zvogëluar papastërtitë ose defektet e rrjetës SiC dhe duke rritur bartësin e transmetimit të rrjedhës së nxehtësisë në SiC. Aktualisht, optimizimi i llojit dhe përmbajtjes së ndihmësve të sinterimit dhe trajtimit të nxehtësisë në temperaturë të lartë janë masat kryesore për të përmirësuar përçueshmërinë termike të qeramikës SiC.
① Optimizimi i llojit dhe përmbajtjes së ndihmësve të sinterimit
Ndihmës të ndryshëm për sinterim shpesh shtohen gjatë përgatitjes së qeramikës SiC me përçueshmëri të lartë termike. Midis tyre, lloji dhe përmbajtja e ndihmësve për sinterim kanë një ndikim të madh në përçueshmërinë termike të qeramikës SiC. Për shembull, elementët Al ose O në ndihmësit e sinterimit të sistemit Al2O3 treten lehtësisht në rrjetën SiC, duke rezultuar në boshllëqe dhe defekte, gjë që çon në një rritje të frekuencës së shpërndarjes së fononeve. Përveç kësaj, nëse përmbajtja e ndihmësve të sinterimit është e ulët, materiali është i vështirë për t'u sinteruar dhe dendësuar, ndërsa një përmbajtje e lartë e ndihmësve të sinterimit do të çojë në një rritje të papastërtive dhe defekteve. Ndihmësit e tepërt të sinterimit në fazën e lëngshme mund të pengojnë gjithashtu rritjen e kokrrizave të SiC dhe të zvogëlojnë rrugën mesatare të lirë të fononeve. Prandaj, për të përgatitur qeramikë SiC me përçueshmëri të lartë termike, është e nevojshme të zvogëlohet përmbajtja e ndihmësve të sinterimit sa më shumë që të jetë e mundur, duke përmbushur kërkesat e dendësisë së sinterimit, dhe të përpiqen të zgjedhin ndihmës për sinterim që janë të vështira për t'u tretur në rrjetën SiC.
Vetitë termike të qeramikës SiC kur shtohen ndihmës të ndryshëm të sinterimit
Aktualisht, qeramika SiC e presuar në të nxehtë e sinterizuar me BeO si një ndihmës sinterizimi ka përçueshmërinë maksimale termike në temperaturë ambienti (270W·m-1·K-1). Megjithatë, BeO është një material shumë toksik dhe kancerogjen, dhe nuk është i përshtatshëm për aplikim të gjerë në laboratorë ose fusha industriale. Pika më e ulët eutektike e sistemit Y2O3-Al2O3 është 1760℃, e cila është një ndihmës i zakonshëm sinterizimi në fazë të lëngshme për qeramikat SiC. Megjithatë, meqenëse Al3+ tretet lehtësisht në rrjetën SiC, kur ky sistem përdoret si një ndihmës sinterizimi, përçueshmëria termike në temperaturë ambienti e qeramikës SiC është më pak se 200W·m-1·K-1.
Elementet e rralla të tokës si Y, Sm, Sc, Gd dhe La nuk treten lehtë në rrjetën SiC dhe kanë afinitet të lartë për oksigjenin, gjë që mund të zvogëlojë në mënyrë efektive përmbajtjen e oksigjenit në rrjetën SiC. Prandaj, sistemi Y2O3-RE2O3 (RE=Sm, Sc, Gd, La) është një ndihmës i zakonshëm sinterimi për përgatitjen e qeramikës SiC me përçueshmëri të lartë termike (>200W·m-1·K-1). Duke marrë si shembull ndihmësin e sinterimit të sistemit Y2O3-Sc2O3, vlera e devijimit jonik të Y3+ dhe Si4+ është e madhe, dhe të dy nuk i nënshtrohen tretësirës së ngurtë. Tretshmëria e Sc në SiC të pastër në 1800~2600℃ është e vogël, rreth (2~3)×1017atome·cm-3.
② Trajtim termik me temperaturë të lartë
Trajtimi termik i qeramikës SiC në temperaturë të lartë është i favorshëm për eliminimin e defekteve të rrjetës, zhvendosjeve dhe streseve të mbetura, duke nxitur transformimin strukturor të disa materialeve amorfe në kristale dhe duke dobësuar efektin e shpërndarjes së fononeve. Përveç kësaj, trajtimi termik i temperaturës së lartë mund të nxisë në mënyrë efektive rritjen e kokrrizave të SiC dhe në fund të fundit të përmirësojë vetitë termike të materialit. Për shembull, pas trajtimit termik të temperaturës së lartë në 1950°C, koeficienti i difuzionit termik të qeramikës SiC u rrit nga 83.03mm2·s-1 në 89.50mm2·s-1, dhe përçueshmëria termike në temperaturë ambienti u rrit nga 180.94W·m-1·K-1 në 192.17W·m-1·K-1. Trajtimi termik i temperaturës së lartë përmirëson në mënyrë efektive aftësinë e deoksidimit të ndihmës së sinterimit në sipërfaqen dhe rrjetën e SiC, dhe e bën lidhjen midis kokrrizave të SiC më të ngushtë. Pas trajtimit termik të temperaturës së lartë, përçueshmëria termike në temperaturë ambienti e qeramikës SiC është përmirësuar ndjeshëm.
Koha e postimit: 24 tetor 2024