يېرىم ئۆتكۈزگۈچ ساھەسىدە يۇقىرى ئىسسىقلىق ئۆتكۈزۈشچانلىقى يۇقىرى SiC كېرامىكىسىغا بولغان ئېھتىياج ۋە قوللىنىلىش

ھازىر،كرېمنىي كاربىدى (SiC)دۆلەت ئىچى ۋە سىرتىدا پائال تەتقىق قىلىنىۋاتقان ئىسسىقلىق ئۆتكۈزگۈچ كېرامىكا ماتېرىيالى. SiC نىڭ نەزەرىيەۋى ئىسسىقلىق ئۆتكۈزۈشچانلىقى ناھايىتى يۇقىرى، بەزى كىرىستال شەكىللىرى 270W/mK غا يېتىدۇ، بۇ ئاللىقاچان ئۆتكۈزمەيدىغان ماتېرىياللار ئىچىدە ئالدىنقى قاتاردا تۇرىدۇ. مەسىلەن، SiC ئىسسىقلىق ئۆتكۈزۈشچانلىقىنىڭ قوللىنىلىشى يېرىم ئۆتكۈزگۈچ ئۈسكۈنىلەرنىڭ ئاساسىي ماتېرىياللىرى، يۇقىرى ئىسسىقلىق ئۆتكۈزگۈچ كېرامىكا ماتېرىياللىرى، يېرىم ئۆتكۈزگۈچ پىششىقلاپ ئىشلەش ئۈچۈن ئىسسىتقۇچ ۋە قىزىتىش تاختىلىرى، يادرو يېقىلغۇسى ئۈچۈن كاپسۇل ماتېرىياللىرى ۋە كومپرېسسور پومپىلىرىنىڭ گاز پېچەتلەش ھالقىلىرىدا كۆرۈلىدۇ.

قوللىنىلىشىكرېمنىي كاربىدىيېرىم ئۆتكۈزگۈچ ساھەسىدە

سىلىقلاش دىسكىلىرى ۋە ئۈسكۈنىلىرى يېرىم ئۆتكۈزگۈچ سانائىتىدە كرېمنىي لېفتىسى ئىشلەپچىقىرىشتىكى مۇھىم ئىشلەپچىقىرىش ئۈسكۈنىلىرى. ئەگەر سىلىقلاش دىسكىسى چويۇن ياكى كاربون پولاتتىن ياسالغان بولسا، ئۇنىڭ ئىشلىتىش ئۆمرى قىسقا، ئىسسىقلىق كېڭىيىش كوئېففىتسېنتى يۇقىرى بولىدۇ. كرېمنىي لېفتىسىنى پىششىقلاپ ئىشلەش جەريانىدا، بولۇپمۇ يۇقىرى سۈرئەتلىك سىلىقلاش ياكى پارقىراقلاشتۇرۇش جەريانىدا، سىلىقلاش دىسكىسىنىڭ ئۇپراش ۋە ئىسسىقلىق دېفورماسىيەسى سەۋەبىدىن، كرېمنىي لېفتىسىنىڭ تۈزلۈك ۋە پاراللېللىقىغا كاپالەتلىك قىلىش تەس. سىلىقلاش دىسكىسىكرېمنىي كاربىد كېرامىكىسىقاتتىقلىقى يۇقىرى بولغاچقا، ئۇپراش نىسبىتى تۆۋەن، ئىسسىقلىق كېڭىيىش كوئېففىتسېنتى ئاساسەن كرېمنىي ۋاپپېرلىرى بىلەن ئوخشاش، شۇڭا ئۇنى يۇقىرى سۈرئەتتە ئېزىپ، پارقىراتقىلى بولىدۇ.

بۇنىڭدىن باشقا، كرېمنىيلىق ۋافلىلار ئىشلەپچىقىرىلغاندا، ئۇلار يۇقىرى تېمپېراتۇرىدا ئىسسىقلىق بىر تەرەپ قىلىنىشى كېرەك، ھەمدە كۆپىنچە كرېمنىي كاربىد ئۈسكۈنىلىرى ئارقىلىق توشۇلىدۇ. ئۇلار ئىسسىققا چىداملىق ۋە بۇزغۇنچىلىق قىلمايدۇ. ئالماسقا ئوخشاش كاربون (DLC) ۋە باشقا قاپلاملارنى يۈزىگە سۈرتۈپ، ئىقتىدارنى ئاشۇرۇش، ۋافلىلارنىڭ بۇزۇلۇشىنى يېنىكلىتىش ۋە بۇلغىنىشنىڭ تارقىلىشىنىڭ ئالدىنى ئېلىشقا بولىدۇ.

ئۇنىڭدىن باشقا، ئۈچىنچى ئەۋلاد كەڭ بەلباغلىق يېرىم ئۆتكۈزگۈچ ماتېرىياللارنىڭ ۋەكىلى سۈپىتىدە، كرېمنىي كاربىد يەككە كىرىستال ماتېرىياللىرى چوڭ بەلباغ كەڭلىكى (Si نىڭ تەخمىنەن 3 ھەسسىسى)، يۇقىرى ئىسسىقلىق ئۆتكۈزۈشچانلىقى (Si نىڭ تەخمىنەن 3.3 ھەسسىسى ياكى GaAs نىڭ 10 ھەسسىسى)، يۇقىرى ئېلېكترون تويۇنۇش نىسبىتى (Si نىڭ تەخمىنەن 2.5 ھەسسىسى) ۋە يۇقىرى پارچىلىنىش ئېلېكتر مەيدانى (Si نىڭ تەخمىنەن 10 ھەسسىسى ياكى GaAs نىڭ 5 ھەسسىسى) قاتارلىق خۇسۇسىيەتلەرگە ئىگە. SiC ئۈسكۈنىلىرى ئەمەلىي قوللىنىشتا ئەنئەنىۋى يېرىم ئۆتكۈزگۈچ ماتېرىيال ئۈسكۈنىلىرىنىڭ كەمتۈكلۈكلىرىنى تولۇقلايدۇ ۋە تەدرىجىي ھالدا ئېلېكتر يېرىم ئۆتكۈزگۈچلىرىنىڭ ئاساسلىق ئېقىمىغا ئايلىنىۋاتىدۇ.

يۇقىرى ئىسسىقلىق ئۆتكۈزۈشچانلىقىغا ئىگە كرېمنىي كاربىد كېرامىكىسىغا بولغان ئېھتىياج زور دەرىجىدە ئاشتى

پەن-تېخنىكىنىڭ ئۈزلۈكسىز تەرەققىي قىلىشىغا ئەگىشىپ، يېرىم ئۆتكۈزگۈچ ساھەسىدە كرېمنىي كاربىد كېرامىكىسىنى قوللىنىشقا بولغان ئېھتىياج زور دەرىجىدە ئاشتى، يۇقىرى ئىسسىقلىق ئۆتكۈزۈشچانلىقى يېرىم ئۆتكۈزگۈچ ئىشلەپچىقىرىش ئۈسكۈنىلىرىنىڭ زاپچاسلىرىدا قوللىنىلىشىنىڭ مۇھىم كۆرسەتكۈچى. شۇڭا، يۇقىرى ئىسسىقلىق ئۆتكۈزۈشچانلىقىغا ئىگە كرېمنىي كاربىد كېرامىكىسىنى تەتقىق قىلىشنى كۈچەيتىش ئىنتايىن مۇھىم. تورنىڭ ئوكسىگېن مىقدارىنى ئازايتىش، زىچلىقىنى ياخشىلاش ۋە تورنىڭ ئىككىنچى باسقۇچىدىكى تەقسىملىنىشنى مۇۋاپىق تەڭشەش كرېمنىي كاربىد كېرامىكىسىنىڭ ئىسسىقلىق ئۆتكۈزۈشچانلىقىنى ياخشىلاشنىڭ ئاساسلىق ئۇسۇللىرى.

ھازىر، مېنىڭ دۆلىتىمدە يۇقىرى ئىسسىقلىق ئۆتكۈزۈشچانلىقىغا ئىگە كرېمنىي كاربىد كېرامىكىسىغا ئائىت تەتقىقاتلار ئاز، دۇنيا سەۋىيەسى بىلەن سېلىشتۇرغاندا يەنىلا زور پەرق بار. كەلگۈسىدىكى تەتقىقات يۆنىلىشلىرى تۆۋەندىكىلەرنى ئۆز ئىچىگە ئالىدۇ:
● كرېمنىي كاربىد كېرامىكا پاراشوكىنى تەييارلاش جەريانى تەتقىقاتىنى كۈچەيتىش. يۇقىرى ساپلىقتىكى، تۆۋەن ئوكسىگېنلىق كرېمنىي كاربىد پاراشوكىنى تەييارلاش يۇقىرى ئىسسىقلىق ئۆتكۈزۈشچانلىقى كرېمنىي كاربىد كېرامىكىسىنى تەييارلاشنىڭ ئاساسى.
● قېتىشتۇرۇش ياردەمچىلىرىنى تاللاش ۋە مۇناسىۋەتلىك نەزەرىيە تەتقىقاتىنى كۈچەيتىش؛
●يۇقىرى دەرىجىلىك پىشۇرۇش ئۈسكۈنىلىرىنى تەتقىق قىلىش ۋە تەرەققىي قىلدۇرۇشنى كۈچەيتىش. پىشۇرۇش جەريانىنى تەڭشەپ، مۇۋاپىق مىكرو قۇرۇلمىغا ئېرىشىش ئارقىلىق، يۇقىرى ئىسسىقلىق ئۆتكۈزۈشچانلىقى بار كرېمنىي كاربىد كېرامىكىسىنى ئېلىش زۆرۈر شەرت.

كرېمنىي كاربىد كېرامىكىسىنىڭ ئىسسىقلىق ئۆتكۈزۈشچانلىقىنى ياخشىلاش تەدبىرلىرى

SiC كېرامىكىسىنىڭ ئىسسىقلىق ئۆتكۈزۈشچانلىقىنى ياخشىلاشنىڭ ئاچقۇچى فونوننىڭ تارقىلىش چاستوتىسىنى ئازايتىش ۋە فونوننىڭ ئوتتۇرىچە ئەركىن يولىنى ئاشۇرۇشتىن ئىبارەت. SiC كېرامىكىسىنىڭ تۆشۈكلۈكى ۋە دانچە چېگرا زىچلىقىنى ئازايتىش، SiC دانچە چېگراسىنىڭ ساپلىقىنى ياخشىلاش، SiC تور قاپلاش ياكى تور كەمتۈكلۈكلىرىنى ئازايتىش ۋە SiC دىكى ئىسسىقلىق ئېقىمى ئۆتكۈزۈش توشۇغۇچىسىنى كۆپەيتىش ئارقىلىق SiC نىڭ ئىسسىقلىق ئۆتكۈزۈشچانلىقى ئۈنۈملۈك ياخشىلىنىدۇ. ھازىر، SiC كېرامىكىسىنىڭ ئىسسىقلىق ئۆتكۈزۈشچانلىقىنى ياخشىلاشنىڭ ئاساسلىق تەدبىرلىرى سىلكىش ياردەمچىلىرىنىڭ تۈرى ۋە مىقدارىنى ئەلالاشتۇرۇش ۋە يۇقىرى تېمپېراتۇرىلىق ئىسسىقلىق بىر تەرەپ قىلىش.

① قېتىشتۇرۇش ياردەمچىلىرىنىڭ تۈرى ۋە مەزمۇنىنى ئەلالاشتۇرۇش

يۇقىرى ئىسسىقلىق ئۆتكۈزۈشچانلىقىغا ئىگە SiC كېرامىكىسىنى تەييارلىغاندا، ھەر خىل قېتىشتۇرۇش ياردەمچىلىرى كۆپىنچە قوشۇلىدۇ. بۇنىڭ ئىچىدە قېتىشتۇرۇش ياردەمچىلىرىنىڭ تۈرى ۋە تەركىبى SiC كېرامىكىسىنىڭ ئىسسىقلىق ئۆتكۈزۈشچانلىقىغا زور تەسىر كۆرسىتىدۇ. مەسىلەن، Al2O3 سىستېمىسى قېتىشتۇرۇش ياردەمچىلىرىدىكى Al ياكى O ئېلېمېنتلىرى SiC تورىغا ئاسانلا ئېرىپ، بوشلۇق ۋە كەمتۈكلۈكلەرنى كەلتۈرۈپ چىقىرىدۇ، بۇ فونوننىڭ تارقىلىش چاستوتىسىنىڭ ئېشىشىنى كەلتۈرۈپ چىقىرىدۇ. بۇنىڭدىن باشقا، قېتىشتۇرۇش ياردەمچىلىرىنىڭ مىقدارى تۆۋەن بولسا، ماتېرىيالنىڭ قېتىش ۋە زىچلىشىشى تەس، قېتىشتۇرۇش ياردەمچىلىرىنىڭ مىقدارى يۇقىرى بولسا، بۇلغانمىلار ۋە كەمتۈكلۈكلەرنىڭ كۆپىيىشىنى كەلتۈرۈپ چىقىرىدۇ. ھەددىدىن زىيادە سۇيۇق باسقۇچ قېتىشتۇرۇش ياردەمچىلىرى يەنە SiC دانچىلىرىنىڭ ئۆسۈشىنى توسۇپ، فونونلارنىڭ ئوتتۇرىچە ئەركىن يولىنى قىسقارتىشى مۇمكىن. شۇڭا، يۇقىرى ئىسسىقلىق ئۆتكۈزۈشچانلىقىغا ئىگە SiC كېرامىكىسىنى تەييارلاش ئۈچۈن، قېتىشتۇرۇش زىچلىقىنىڭ تەلىپىگە ماس ھالدا قېتىشتۇرۇش ياردەمچىلىرىنىڭ مىقدارىنى ئىمكانقەدەر ئازايتىش ۋە SiC تورىدا ئېرىشى تەس بولغان قېتىشتۇرۇش ياردەمچىلىرىنى تاللاش كېرەك.

*ھەر خىل قېتىشتۇرۇش ياردەمچىلىرى قوشۇلغاندا، SiC كېرامىكىسىنىڭ ئىسسىقلىق خۇسۇسىيىتى

ھازىر، BeO بىلەن پىشۇرۇش ياردىمى سۈپىتىدە پىشۇرۇلغان ئىسسىق سىقىلغان SiC كېرامىكىلىرىنىڭ ئۆي تېمپېراتۇرىسىدىكى ئەڭ يۇقىرى ئىسسىقلىق ئۆتكۈزۈشچانلىقى (270W·m-1·K-1) بار. قانداقلا بولمىسۇن، BeO يۇقىرى زەھەرلىك ماتېرىيال بولۇپ، راك پەيدا قىلىدۇ، شۇڭا تەجرىبىخانا ياكى سانائەت ساھەلىرىدە كەڭ كۆلەمدە ئىشلىتىشكە ماس كەلمەيدۇ. Y2O3-Al2O3 سىستېمىسىنىڭ ئەڭ تۆۋەن ئېۋتېكتىك نۇقتىسى 1760℃ بولۇپ، بۇ SiC كېرامىكىلىرى ئۈچۈن كۆپ ئۇچرايدىغان سۇيۇق باسقۇچلۇق پىشۇرۇش ياردىمى. قانداقلا بولمىسۇن، Al3+ SiC تورغا ئاسانلا ئېرىپ كېتىدىغان بولغاچقا، بۇ سىستېما پىشۇرۇش ياردىمى سۈپىتىدە ئىشلىتىلگەندە، SiC كېرامىكىلىرىنىڭ ئۆي تېمپېراتۇرىسىدىكى ئىسسىقلىق ئۆتكۈزۈشچانلىقى 200W·m-1·K-1 دىن تۆۋەن بولىدۇ.

Y، Sm، Sc، Gd ۋە La قاتارلىق نادر يەر ئېلېمېنتلىرى SiC تورىدا ئاسان ئېرىمەيدۇ ھەمدە يۇقىرى ئوكسىگېنغا يېقىنلىشىشچانلىقىغا ئىگە، بۇ SiC تورىدىكى ئوكسىگېن مىقدارىنى ئۈنۈملۈك تۆۋەنلىتىدۇ. شۇڭا، Y2O3-RE2O3 (RE=Sm، Sc، Gd، La) سىستېمىسى يۇقىرى ئىسسىقلىق ئۆتكۈزۈشچانلىقى (>200W·m-1·K-1) SiC كېرامىكىسىنى تەييارلاش ئۈچۈن كۆپ ئىشلىتىلىدىغان بىر تەرەپ قىلىش ياردەمچىسى. Y2O3-Sc2O3 سىستېمىسى بىر تەرەپ قىلىش ياردەمچىسىنى مىسالغا ئالساق، Y3+ ۋە Si4+ نىڭ ئىئون ئۆزگىرىش قىممىتى چوڭ، ھەمدە بۇ ئىككىسى قاتتىق ئېرىتمىگە ئۇچرىمايدۇ. Sc نىڭ ساپ SiC دا 1800 ~ 2600℃ تېمپېراتۇرىدا ئېرىشچانلىقى كىچىك، تەخمىنەن (2 ~ 3) × 1017 ئاتوم·cm-3.

2 يۇقىرى تېمپېراتۇرىلىق ئىسسىقلىق بىلەن بىر تەرەپ قىلىش

SiC كېرامىكىسىنى يۇقىرى تېمپېراتۇرىدا ئىسسىقلىق بىلەن بىر تەرەپ قىلىش تور شەكىللىك كەمتۈكلۈكلەر، چىقىشلار ۋە قالدۇق بېسىملارنى يوقىتىشقا، بەزى ئامورف ماتېرىياللارنىڭ قۇرۇلمىلىق ئۆزگىرىشىنى ئىلگىرى سۈرۈشكە ۋە فونوننىڭ چېچىلىش ئۈنۈمىنى ئاجىزلاشتۇرۇشقا پايدىلىق. بۇنىڭدىن باشقا، يۇقىرى تېمپېراتۇرىدا ئىسسىقلىق بىلەن بىر تەرەپ قىلىش SiC دانچىلىرىنىڭ ئۆسۈشىنى ئۈنۈملۈك ئىلگىرى سۈرۈپ، ئاخىرىدا ماتېرىيالنىڭ ئىسسىقلىق خۇسۇسىيىتىنى ياخشىلىيالايدۇ. مەسىلەن، 1950 سېلسىيە گرادۇستا يۇقىرى تېمپېراتۇرىدا ئىسسىقلىق بىلەن بىر تەرەپ قىلغاندىن كېيىن، SiC كېرامىكىسىنىڭ ئىسسىقلىق تارقىلىش كوئېففىتسېنتى 83.03mm2·s-1 دىن 89.50mm2·s-1 گە، ئۆي تېمپېراتۇرىسىدىكى ئىسسىقلىق ئۆتكۈزۈشچانلىقى 180.94W·m-1·K-1 دىن 192.17W·m-1·K-1 گە ئۆستى. يۇقىرى تېمپېراتۇرىدا ئىسسىقلىق بىلەن بىر تەرەپ قىلىش SiC يۈزى ۋە توردا قېتىشتۇرۇش ياردىمىنىڭ ئوكسىدلىنىشتىن ساقلىنىش ئىقتىدارىنى ئۈنۈملۈك ياخشىلايدۇ ھەمدە SiC دانچىلىرى ئوتتۇرىسىدىكى باغلىنىشنى تېخىمۇ چىڭىتىدۇ. يۇقىرى تېمپېراتۇرىدا ئىسسىقلىق بىلەن بىر تەرەپ قىلغاندىن كېيىن، SiC كېرامىكىسىنىڭ ئۆي تېمپېراتۇرىسىدىكى ئىسسىقلىق ئۆتكۈزۈشچانلىقى كۆرۈنەرلىك ياخشىلاندى.