كربيد السيليكون الموصلية الحرارية

كربيد السيليكون (SiC) هو مركب كيميائي شديد الصلابة يتكون من السيليكون والكربون الذي يشكل أجهزة أشباه الموصلات، ويمكن تشكيله في مواد خزفية صلبة للتطبيقات التي تتطلب متانة عالية مثل مكابح السيارات والسترات الواقية من الرصاص.

تشتهر SiC على نطاق واسع بتوصيلها الحراري الفائق. نستكشف هنا العلاقة بين التوصيل الحراري والتركيب الطوري والبنية المجهرية في 3C-SiC.

التوصيل الحراري

يُعد سيراميك كربيد السيليكون أحد أقسى السيراميك وأقواها وأكثرها مقاومة للحرارة في السوق. وبالإضافة إلى ذلك، فإن خصائصه المقاومة للتآكل والتوصيل الحراري تجعله مناسبًا لأدوات القطع، وعجلات الطحن والمواد الكاشطة، والمكونات المقاومة للتآكل مثل واجهات مانعات التسرب للمضخات ذات درجة الحرارة العالية وركائز أشباه الموصلات.

يتميز SiC عالي النقاء بموصلية حرارية عالية للغاية - تضاهي الماس وأعلى من النحاس! كما أن التمدد الحراري المنخفض والتوصيل الحراري العالي يجعلها مادة حرارية ممتازة.

تم دمج GNPs بنجاح في كربيد السيليكون الكثيف من خلال التلبيد بالبلازما الشرارة في المرحلة السائلة باستخدام Y2O3 وAl2O3 كمساعدات تلبيد، وأدى دمجها إلى تباين حراري عالٍ مع زيادة الانتشار الحراري في المستوى أب بنسبة 30% بشكل عمودي على محور الضغط SPS بينما يتناقص بشكل كبير بشكل عمودي. ويمكن تفسير ذلك من خلال المنشطات p القوية لهذه المركبات.

التمدد الحراري

يُعد كربيد السيليكون (SiC) أحد أخف المواد الخزفية المتقدمة المتاحة وأصلبها وأقوى المواد الخزفية المتقدمة. ويتميز بالعديد من الخصائص المتقدمة مثل المقاومة الكيميائية والاحتفاظ بالقوة في درجات الحرارة المرتفعة ومعدلات التمدد الحراري المنخفضة.

ونظراً لقدرته على تحمّل التغيّرات السريعة في درجات الحرارة أو الصدمات الحرارية، يُعدّ التيتانيوم مادة مثالية للمكونات المستخدمة في محطات الطاقة النووية ومحركات الطائرات. علاوة على ذلك، فإن خواصه تجعله مناسباً للاستخدام كمادة مرآة للعديد من التلسكوبات الفلكية مثل تلسكوب هيرشل الفضائي.

تُظهر 3C-SiC تمددًا حراريًا منخفضًا بسبب بنيتها البلورية المكعبة وغياب السلالات بعيدة المدى مثل الخلع. ومع ذلك، تجدر الإشارة إلى أن الموصلية الحرارية للسيليكون تزداد مع زيادة تركيز الإلكترونات - مما قد يغير من خصائص التمدد وسلوكه.

تُظهر قياسات BO-TDTR قيمة k داخل المستوى تتوافق مع القيمة الجوهرية 320 واط-م-1 كلفن-1 المقدرة من حسابات المبادئ الأولى لعينات 6H-SiC المثالية، وبالتالي التحقق من صحة العينات المتاحة تجاريًا باعتبارها عالية الجودة.

معامل يونغ

يقيس معامل يونغ صلابة المواد، ويقيس مدى مقاومتها للتشوه. ويجد المهندسون وعلماء المواد أنه لا يقدر بثمن عند تصميم الهياكل أو المنتجات، حيث يمكّنهم من حساب مقدار القوة التي يمكن أن تتحملها المادة قبل أن تنثني أو تنكسر من خلال تطبيق القوة عليها.

يقيس معامل يونج الخواص المرنة بينما يقيس معامل يونج الخواص غير المرنة أو الصلبة. يمكنك قياس قيمته من خلال ممارسة شد محكوم عليه باستخدام كتل مشقوقة تخلق شدًا وتشوهًا محكومًا لعينات المواد.

تتباين نتائج اختبار معامل يونج تبعًا للطريقة المستخدمة في تصنيع العينات، حيث إن تلك المصنوعة باستخدام التكثيف الغازي الخامل لها معاملات يونج أقل بكثير من تلك المنتجة باستخدام عمليات أخرى. علاوةً على ذلك، تُعرض السبائك الثنائية Ti-Nb الثنائية مع انخفاض C' (معامل يونج المحسوب باستخدام تقريب هيل)؛ وبالتالي انخفاض معامل يونج مع انخفاض ثابت المرونة.

مقاومة التآكل

كربيد السيليكون (SiC) هو مركب شبه موصل غير عضوي يتكون من الكربون والسيليكون الذي يوفر خصائص ميكانيكية وحرارية رائعة. ويتميز كربيد السيليكون بمقاومة عالية للصدمات الحرارية؛ مما يعني أن التقلبات السريعة في درجات الحرارة لا تضر ببنية مادته.

كما أن الفولاذ مقاوم للتآكل من الأحماض، مما يجعله مثاليًا للتطبيقات التي تتطلب مقاومة التآكل بالإضافة إلى صلابته العالية وصلابته. علاوة على ذلك، فإن معدل التمدد الحراري المنخفض يجعل هذه المادة مناسبة للتغيرات السريعة في درجات الحرارة.

تُعد SiC مادة مثالية لتطبيقات تشغيل المعادن التي تنطوي على مستويات عالية من التآكل المادي، مثل الطلاء بكربيد النيكل السيليكوني أو كسوة التنغستن السيليديني. وعلاوة على ذلك، يمكن أيضًا استخدام SiC في دعامات صينية الرقاقات والمجاذيف في أفران أشباه الموصلات حيث يمثل التآكل المادي مصدر قلق كبير؛ ويوفر اقتران هذه المادة بمركبات سيراميك كربيد البورون أقصى نسبة قوة إلى متانة لهذه الاستخدامات.