Hozirda,kremniy karbidi (SiC)issiqlik o'tkazuvchan keramik material bo'lib, u mamlakatimizda va xorijda faol o'rganilmoqda. SiC ning nazariy issiqlik o'tkazuvchanligi juda yuqori va ba'zi kristall shakllari 270 Vt/mK ga yetishi mumkin, bu esa o'tkazuvchan bo'lmagan materiallar orasida yetakchi hisoblanadi. Masalan, SiC issiqlik o'tkazuvchanligining qo'llanilishini yarimo'tkazgichli qurilmalarning substrat materiallarida, yuqori issiqlik o'tkazuvchanligi keramik materiallarida, yarimo'tkazgichlarni qayta ishlash uchun isitgichlar va isitish plitalarida, yadro yoqilg'isi uchun kapsula materiallarida va kompressor nasoslari uchun gaz muhrlash halqalarida ko'rish mumkin.
Qo'llanilishikremniy karbidiyarimo'tkazgichlar sohasida
Silliqlash disklari va armaturalari yarimo'tkazgichlar sanoatida kremniy plastinka ishlab chiqarish uchun muhim texnologik uskunalardir. Agar silliqlash diski quyma temir yoki uglerod po'latidan yasalgan bo'lsa, uning xizmat muddati qisqa va issiqlik kengayish koeffitsienti katta bo'ladi. Silikon plastinkalarni qayta ishlash jarayonida, ayniqsa yuqori tezlikda silliqlash yoki abrazivlash paytida, silliqlash diskining aşınması va issiqlik deformatsiyasi tufayli, kremniy plastinkasining tekisligi va parallelligini kafolatlash qiyin. Silliqlash diski quyidagilardan tayyorlangankremniy karbidli keramikaYuqori qattiqligi tufayli past aşınmaya ega va uning issiqlik kengayish koeffitsienti asosan kremniy plitalariniki bilan bir xil, shuning uchun uni yuqori tezlikda maydalash va parlatish mumkin.
Bundan tashqari, kremniy plitalari ishlab chiqarilganda, ular yuqori haroratli issiqlik bilan ishlov berishdan o'tishi kerak va ko'pincha kremniy karbid armaturalari yordamida tashiladi. Ular issiqlikka chidamli va buzilmaydi. Ishlashni yaxshilash, plastinka shikastlanishini kamaytirish va ifloslanishning tarqalishini oldini olish uchun sirtga olmossimon uglerod (DLC) va boshqa qoplamalar qo'llanilishi mumkin.
Bundan tashqari, uchinchi avlod keng polosali yarimo'tkazgich materiallarining vakili sifatida kremniy karbidli monokristalli materiallar katta polosali kenglik (Si dan taxminan 3 baravar), yuqori issiqlik o'tkazuvchanligi (Si dan taxminan 3,3 baravar yoki GaAs dan 10 baravar), yuqori elektron to'yinganlik migratsiyasi tezligi (Si dan taxminan 2,5 baravar) va yuqori parchalanish elektr maydoni (Si dan taxminan 10 baravar yoki GaAs dan 5 baravar) kabi xususiyatlarga ega. SiC qurilmalari amaliy qo'llanmalarda an'anaviy yarimo'tkazgich material qurilmalarining kamchiliklarini qoplaydi va asta-sekin quvvatli yarimo'tkazgichlarning asosiy oqimiga aylanib bormoqda.
Yuqori issiqlik o'tkazuvchanligi yuqori bo'lgan kremniy karbid keramikasiga talab sezilarli darajada oshdi
Fan va texnologiyaning uzluksiz rivojlanishi bilan yarimo'tkazgichlar sohasida kremniy karbid keramikasini qo'llashga talab sezilarli darajada oshdi va yuqori issiqlik o'tkazuvchanligi uni yarimo'tkazgich ishlab chiqarish uskunalari komponentlarida qo'llashning asosiy ko'rsatkichidir. Shuning uchun yuqori issiqlik o'tkazuvchanligi bo'lgan kremniy karbid keramikasi bo'yicha tadqiqotlarni kuchaytirish juda muhimdir. Panjara kislorod miqdorini kamaytirish, zichlikni oshirish va panjarada ikkinchi fazaning taqsimlanishini oqilona tartibga solish kremniy karbid keramikasining issiqlik o'tkazuvchanligini oshirishning asosiy usullari hisoblanadi.
Hozirgi vaqtda mening mamlakatimda yuqori issiqlik o'tkazuvchanligi bo'lgan kremniy karbid keramikasi bo'yicha tadqiqotlar kam va jahon darajasiga nisbatan hali ham katta farq mavjud. Kelajakdagi tadqiqot yo'nalishlari quyidagilarni o'z ichiga oladi:
● Kremniy karbid keramik kukunini tayyorlash jarayonini tadqiq qilishni kuchaytirish. Yuqori tozalikdagi, kam kislorodli kremniy karbid kukunini tayyorlash yuqori issiqlik o'tkazuvchanligi bo'lgan kremniy karbid keramikasini tayyorlash uchun asos hisoblanadi;
● Sinterlash vositalarini tanlashni va unga bog'liq nazariy tadqiqotlarni kuchaytirish;
● Yuqori darajadagi sinterlash uskunalarini tadqiq qilish va ishlab chiqishni kuchaytirish. Sinterlash jarayonini tartibga solish orqali oqilona mikrotuzilishga erishish yuqori issiqlik o'tkazuvchanligi bo'lgan kremniy karbid keramikasini olish uchun zarur shartdir.
Silikon karbid keramikasining issiqlik o'tkazuvchanligini oshirish choralari
SiC keramikasining issiqlik o'tkazuvchanligini oshirishning kaliti fonon sochilish chastotasini kamaytirish va fononning o'rtacha erkin yo'lini oshirishdir. SiC ning issiqlik o'tkazuvchanligi SiC keramikasining g'ovakliligi va dona chegara zichligini kamaytirish, SiC dona chegaralarining sofligini oshirish, SiC panjara aralashmalari yoki panjara nuqsonlarini kamaytirish va SiC dagi issiqlik oqimini uzatish tashuvchisini ko'paytirish orqali samarali ravishda yaxshilanadi. Hozirgi vaqtda sinterlash vositalarining turi va tarkibini optimallashtirish va yuqori haroratli issiqlik bilan ishlov berish SiC keramikasining issiqlik o'tkazuvchanligini oshirishning asosiy choralari hisoblanadi.
① Sinterlash vositalarining turi va tarkibini optimallashtirish
Yuqori issiqlik o'tkazuvchanligi bo'lgan SiC keramikasini tayyorlashda ko'pincha turli xil sinterlash yordamchilari qo'shiladi. Ular orasida sinterlash yordamchilarining turi va tarkibi SiC keramikasining issiqlik o'tkazuvchanligiga katta ta'sir ko'rsatadi. Masalan, Al2O3 tizimidagi sinterlash yordamchilaridagi Al yoki O elementlari SiC panjarasida osongina eriydi, natijada bo'shliqlar va nuqsonlar paydo bo'ladi, bu esa fononning sochilish chastotasining oshishiga olib keladi. Bundan tashqari, agar sinterlash yordamchilarining miqdori past bo'lsa, materialni sinterlash va zichlashtirish qiyin, sinterlash yordamchilarining yuqori miqdori esa aralashmalar va nuqsonlarning ko'payishiga olib keladi. Haddan tashqari suyuq fazali sinterlash yordamchilari ham SiC donalarining o'sishini inhibe qilishi va fononlarning o'rtacha erkin yo'lini kamaytirishi mumkin. Shuning uchun, yuqori issiqlik o'tkazuvchanligi bo'lgan SiC keramikasini tayyorlash uchun sinterlash zichligi talablariga javob bergan holda sinterlash yordamchilarining miqdorini iloji boricha kamaytirish va SiC panjarasida eritish qiyin bo'lgan sinterlash yordamchilarini tanlashga harakat qilish kerak.
*Turli xil sinterlash vositalari qo'shilganda SiC keramikasining issiqlik xususiyatlari
Hozirgi vaqtda BeO bilan sinterlash vositasi sifatida sinterlangan issiq presslangan SiC keramikalari xona haroratida maksimal issiqlik o'tkazuvchanligiga (270W·m-1·K-1) ega. Biroq, BeO juda zaharli va kanserogen material bo'lib, laboratoriyalarda yoki sanoat sohalarida keng qo'llanilishi uchun mos emas. Y2O3-Al2O3 tizimining eng past evtektik nuqtasi 1760℃ bo'lib, bu SiC keramikasi uchun keng tarqalgan suyuq fazali sinterlash vositasidir. Biroq, Al3+ SiC panjarasida osongina eriganligi sababli, bu tizim sinterlash vositasi sifatida ishlatilganda, SiC keramikasining xona haroratidagi issiqlik o'tkazuvchanligi 200W·m-1·K-1 dan kam.
Y, Sm, Sc, Gd va La kabi noyob yer elementlari SiC panjarasida oson erimaydi va yuqori kislorodga yaqinlikka ega, bu esa SiC panjarasidagi kislorod miqdorini samarali ravishda kamaytirishi mumkin. Shuning uchun, Y2O3-RE2O3 (RE=Sm, Sc, Gd, La) tizimi yuqori issiqlik o'tkazuvchanligi (>200W·m-1·K-1) SiC keramikasini tayyorlash uchun keng tarqalgan sinterlash vositasidir. Y2O3-Sc2O3 tizimi sinterlash vositasini misol qilib olsak, Y3+ va Si4+ ning ion og'ish qiymati katta va ikkalasi ham qattiq eritmaga tushmaydi. Sc ning sof SiC da 1800~2600℃ da eruvchanligi kichik, taxminan (2~3)×1017atom·sm-3.
2 Yuqori haroratli issiqlik bilan ishlov berish
SiC keramikasini yuqori haroratli issiqlik bilan ishlov berish panjara nuqsonlari, dislokatsiyalar va qoldiq kuchlanishlarni bartaraf etishga, ba'zi amorf materiallarning kristallarga strukturaviy o'zgarishini rag'batlantirishga va fonon sochilish effektini susaytirishga yordam beradi. Bundan tashqari, yuqori haroratli issiqlik bilan ishlov berish SiC donalarining o'sishini samarali ravishda rag'batlantirishi va oxir-oqibat materialning issiqlik xususiyatlarini yaxshilashi mumkin. Masalan, 1950°C da yuqori haroratli issiqlik bilan ishlov berilgandan so'ng, SiC keramikasining issiqlik diffuziya koeffitsienti 83,03 mm2·s-1 dan 89,50 mm2·s-1 gacha oshdi va xona haroratidagi issiqlik o'tkazuvchanligi 180,94 Vt·m-1·K-1 dan 192,17 Vt·m-1·K-1 gacha oshdi. Yuqori haroratli issiqlik bilan ishlov berish sinterlash yordamchisining SiC yuzasida va panjarada deoksidlanish qobiliyatini samarali ravishda yaxshilaydi va SiC donalari orasidagi bog'lanishni yanada mustahkam qiladi. Yuqori haroratli issiqlik bilan ishlov berilgandan so'ng, SiC keramikasining xona haroratidagi issiqlik o'tkazuvchanligi sezilarli darajada yaxshilandi.
Nashr vaqti: 2024-yil 24-oktabr