Ayeuna,silikon karbida (SiC)nyaéta bahan keramik konduktif termal anu aktip ditalungtik di jero sareng di luar negeri. Konduktivitas termal téoritis SiC luhur pisan, sareng sababaraha bentuk kristal tiasa ngahontal 270W/mK, anu parantos janten pamimpin di antara bahan non-konduktif. Salaku conto, aplikasi konduktivitas termal SiC tiasa katingali dina bahan substrat alat semikonduktor, bahan keramik konduktivitas termal anu luhur, pemanas sareng pelat pemanas pikeun pamrosésan semikonduktor, bahan kapsul pikeun bahan bakar nuklir, sareng cincin segel gas pikeun pompa kompresor.
Aplikasi tinasilikon karbidadina widang semikonduktor
Cakram sareng perlengkapan panggilingan mangrupikeun alat prosés anu penting pikeun produksi wafer silikon dina industri semikonduktor. Upami cakram panggilingan didamel tina beusi tuang atanapi baja karbon, umur jasana pondok sareng koefisien ékspansi termalna ageung. Salila pamrosésan wafer silikon, khususna nalika panggilingan atanapi polesan kecepatan tinggi, kusabab karusakan sareng deformasi termal cakram panggilingan, kerataan sareng paralelisme wafer silikon hésé dijamin. Cakram panggilingan didamel tinakeramik silikon karbidamibanda tingkat keausan anu handap kusabab karasana anu luhur, sareng koéfisién ékspansi termalna dasarna sami sareng wafer silikon, janten tiasa digiling sareng dipoles kalayan kecepatan anu luhur.
Salian ti éta, nalika wafer silikon diproduksi, éta kedah ngalaman perlakuan panas suhu luhur sareng sering diangkut nganggo perlengkapan silikon karbida. Éta tahan panas sareng henteu ngaruksak. Karbon sapertos inten (DLC) sareng lapisan sanésna tiasa diterapkeun dina permukaan pikeun ningkatkeun kinerja, ngirangan karusakan wafer, sareng nyegah kontaminasi nyebar.
Salajengna, salaku wawakil bahan semikonduktor celah pita lega generasi katilu, bahan kristal tunggal silikon karbida gaduh sipat sapertos lebar celah pita anu ageung (sakitar 3 kali lipat Si), konduktivitas termal anu luhur (sakitar 3,3 kali lipat Si atanapi 10 kali lipat GaAs), laju migrasi saturasi éléktron anu luhur (sakitar 2,5 kali lipat Si) sareng medan listrik anu rusak anu luhur (sakitar 10 kali lipat Si atanapi 5 kali lipat GaAs). Alat SiC ngagentos cacad alat bahan semikonduktor tradisional dina aplikasi praktis sareng laun-laun janten arus utama semikonduktor listrik.
Paménta pikeun keramik silikon karbida konduktivitas termal anu luhur parantos ningkat sacara dramatis
Kalayan kamekaran élmu pangaweruh sareng téknologi anu terus-terusan, paménta pikeun aplikasi keramik silikon karbida dina widang semikonduktor parantos ningkat sacara dramatis, sareng konduktivitas termal anu luhur mangrupikeun indikator konci pikeun aplikasi na dina komponén peralatan manufaktur semikonduktor. Ku alatan éta, penting pisan pikeun nguatkeun panalungtikan ngeunaan keramik silikon karbida konduktivitas termal anu luhur. Ngurangan eusi oksigén kisi, ningkatkeun kapadetan, sareng ngatur distribusi fase kadua dina kisi sacara wajar mangrupikeun metode utama pikeun ningkatkeun konduktivitas termal keramik silikon karbida.
Ayeuna, aya saeutik pisan panilitian ngeunaan keramik silikon karbida konduktivitas termal anu luhur di nagara kuring, sareng masih aya jurang anu ageung dibandingkeun sareng tingkat dunya. Arah panilitian ka hareup kalebet:
●Ngaronjatkeun panalungtikan prosés persiapan bubuk keramik silikon karbida. Persiapan bubuk silikon karbida anu luhur sareng rendah oksigén mangrupikeun dasar pikeun persiapan keramik silikon karbida konduktivitas termal anu luhur;
● Ngaronjatkeun pilihan alat bantu sintering sareng panalungtikan téoritis anu aya hubunganana;
●Ngaronjatkeun panalungtikan sareng pamekaran alat sintering kelas luhur. Ku ngatur prosés sintering pikeun kéngingkeun mikrostruktur anu wajar, éta mangrupikeun sarat anu diperyogikeun pikeun kéngingkeun keramik silikon karbida konduktivitas termal anu luhur.
Ukuran pikeun ningkatkeun konduktivitas termal keramik silikon karbida
Konci pikeun ningkatkeun konduktivitas termal keramik SiC nyaéta ngirangan frékuénsi hamburan fonon sareng ningkatkeun jalur bébas rata-rata fonon. Konduktivitas termal SiC bakal ningkat sacara efektif ku cara ngirangan porositas sareng kapadetan wates butir keramik SiC, ningkatkeun kamurnian wates butir SiC, ngirangan pangotor kisi SiC atanapi cacad kisi, sareng ningkatkeun pamawa transmisi aliran panas dina SiC. Ayeuna, optimalisasi jinis sareng eusi alat bantu sintering sareng perlakuan panas suhu luhur mangrupikeun ukuran utama pikeun ningkatkeun konduktivitas termal keramik SiC.
① Ngaoptimalkeun jinis sareng eusi alat bantu sintering
Rupa-rupa alat bantu sintering sering ditambahkeun nalika nyiapkeun keramik SiC konduktivitas termal anu luhur. Di antarana, jinis sareng eusi alat bantu sintering gaduh pangaruh anu ageung kana konduktivitas termal keramik SiC. Salaku conto, unsur Al atanapi O dina alat bantu sintering sistem Al2O3 gampang leyur kana kisi SiC, anu ngahasilkeun lowongan sareng cacad, anu nyababkeun paningkatan frékuénsi hamburan fonon. Salaku tambahan, upami eusi alat bantu sintering rendah, bahan hésé disinter sareng dipadatkan, sedengkeun eusi alat bantu sintering anu luhur bakal nyababkeun paningkatan pangotor sareng cacad. Alat bantu sintering fase cair anu kaleuleuwihi ogé tiasa ngahalangan kamekaran butiran SiC sareng ngirangan jalur bébas rata-rata fonon. Ku alatan éta, pikeun nyiapkeun keramik SiC konduktivitas termal anu luhur, perlu pikeun ngirangan eusi alat bantu sintering sabisa-bisa bari minuhan sarat kapadetan sintering, sareng cobian milih alat bantu sintering anu hésé leyur dina kisi SiC.
*Sipat termal keramik SiC nalika rupa-rupa alat bantu sintering ditambahkeun
Ayeuna, keramik SiC anu dipencet panas anu disinter nganggo BeO salaku alat bantu sintering gaduh konduktivitas termal suhu kamar maksimum (270W·m-1·K-1). Nanging, BeO mangrupikeun bahan anu toksik pisan sareng karsinogenik, sareng henteu cocog pikeun aplikasi anu lega di laboratorium atanapi widang industri. Titik eutektik panghandapna tina sistem Y2O3-Al2O3 nyaéta 1760℃, anu mangrupikeun alat bantu sintering fase cair umum pikeun keramik SiC. Nanging, kumargi Al3+ gampang leyur kana kisi SiC, nalika sistem ieu dianggo salaku alat bantu sintering, konduktivitas termal suhu kamar keramik SiC kirang ti 200W·m-1·K-1.
Unsur-unsur logam mulia sapertos Y, Sm, Sc, Gd sareng La henteu gampang leyur dina kisi SiC sareng gaduh afinitas oksigén anu luhur, anu sacara efektif tiasa ngirangan eusi oksigén dina kisi SiC. Ku kituna, sistem Y2O3-RE2O3 (RE=Sm, Sc, Gd, La) mangrupikeun alat bantu sintering umum pikeun nyiapkeun keramik SiC konduktivitas termal anu luhur (>200W·m-1·K-1). Nganggo conto alat bantu sintering sistem Y2O3-Sc2O3, nilai deviasi ion Y3+ sareng Si4+ ageung, sareng duanana henteu ngalaman larutan padet. Kalarutan Sc dina SiC murni dina 1800~2600℃ alit, sakitar (2~3)×1017 atom·cm-3.
② Perlakuan panas suhu luhur
Perlakuan panas suhu luhur pikeun keramik SiC kondusif pikeun ngaleungitkeun cacad kisi, dislokasi sareng tegangan sésa, ngamajukeun transformasi struktural sababaraha bahan amorf kana kristal, sareng ngaleuleuskeun pangaruh hamburan fonon. Salian ti éta, perlakuan panas suhu luhur tiasa sacara efektif ngamajukeun kamekaran butiran SiC, sareng pamustunganana ningkatkeun sipat termal bahan. Salaku conto, saatos perlakuan panas suhu luhur dina 1950°C, koefisien difusi termal keramik SiC ningkat tina 83.03mm2·s-1 ka 89.50mm2·s-1, sareng konduktivitas termal suhu kamar ningkat tina 180.94W·m-1·K-1 ka 192.17W·m-1·K-1. Perlakuan panas suhu luhur sacara efektif ningkatkeun kamampuan deoksidasi tina bantuan sintering dina permukaan SiC sareng kisi, sareng ngajantenkeun hubungan antara butiran SiC langkung pageuh. Saatos perlakuan panas suhu luhur, konduktivitas termal suhu kamar keramik SiC parantos ningkat sacara signifikan.
Waktos posting: 24-Okt-2024