Termisk ledningsevne for siliciumcarbid

Siliciumcarbid (SiC) er en ekstremt hård kemisk forbindelse bestående af silicium og kulstof, der danner halvlederkomponenter og kan formes til hårde keramiske materialer til anvendelser, der kræver høj holdbarhed, såsom bilbremser og skudsikre veste.

SiC er bredt anerkendt for sin overlegne varmeledningsevne. Her undersøger vi forholdet mellem varmeledningsevne, fasesammensætning og mikrostruktur i 3C-SiC.

Termisk ledningsevne

Siliciumcarbidkeramik er en af de hårdeste, stærkeste og mest varmebestandige keramikker på markedet. Derudover gør dens korrosionsbestandighed og varmeledningsevne den velegnet til skæreværktøjer, slibeskiver og slibemidler, slidstærke komponenter som tætningsflader til højtemperaturpumper og halvledersubstrater.

SiC med høj renhed har en ekstremt høj varmeledningsevne - sammenlignelig med diamant og højere end kobber! Den lave varmeudvidelse og høje ledningsevne gør det til et fremragende ildfast materiale.

GNP'er blev med succes integreret i tæt siliciumcarbid gennem gnistplasmasintring i flydende fase med Y2O3 og Al2O3 som sintringshjælpemidler, og deres inkorporering resulterede i høj termisk anisotropi med termisk diffusivitet i ab-plan, der steg med 30% vinkelret på SPS-presseaksen, mens den faldt betydeligt vinkelret. Dette kan forklares med stærk p-doping i disse kompositter.

Termisk udvidelse

Siliciumcarbid (SiC) er et af de letteste, hårdeste og stærkeste avancerede keramiske materialer, der findes. Det har mange avancerede egenskaber såsom kemisk resistens, styrke ved høje temperaturer og lave termiske udvidelseshastigheder.

På grund af sin evne til at modstå hurtige temperaturændringer eller termisk chok er titanium et ideelt materiale til komponenter, der bruges i atomkraftværker og flymotorer. Desuden gør dets egenskaber det velegnet til brug som spejlmateriale i flere astronomiske teleskoper såsom Herschel Space Telescope.

3C-SiC udviser lav termisk ekspansion på grund af den kubiske krystalstruktur og fraværet af langtrækkende spændinger som f.eks. dislokationer. Det skal dog bemærkes, at SiC's varmeledningsevne øges med stigende elektronkoncentration - hvilket potentielt kan ændre dets udvidelsesegenskaber og opførsel.

BO-TDTR-målinger viser en k-værdi i planet, som svarer til den iboende 320 W m-1K-1-værdi, der er estimeret ud fra førsteprincipberegninger for perfekte 6H-SiC-prøver, og dermed valideres kommercielt tilgængelige prøver som værende af høj kvalitet.

Young's modul

Youngs modul måler materialers stivhed, dvs. hvor modstandsdygtige de er over for deformation. Ingeniører og materialeforskere finder det uvurderligt, når de designer strukturer eller produkter, da det gør det muligt for dem at beregne, hvor meget kraft et materiale kan modstå, før det bøjes eller knuses ved at påføre det kraft.

Youngs modul måler elastiske egenskaber, mens dets uelastiske eller stive kvaliteter. Du kan måle dens værdi ved at udøve kontrolleret spænding på den ved hjælp af slidsede masser, der skaber kontrolleret spænding og deformation af materialeprøver.

Resultaterne af Young's modul-test varierer afhængigt af den metode, der er brugt til at fremstille prøverne, hvor dem, der er fremstillet ved hjælp af inert gaskondensation, har betydeligt lavere Young's modul end dem, der er fremstillet ved hjælp af andre processer. Desuden har binære Ti-Nb-legeringer en displaystil med faldende C' (beregnet Young's modul ved hjælp af Hill-approximationen), hvilket reducerer Young's modul sammen med en reduktion af den elastiske konstant.

Korrosionsbestandighed

Siliciumcarbid (SiC) er en uorganisk halvlederforbindelse, der består af kulstof og silicium, og som har gode mekaniske og termiske egenskaber. SiC er meget modstandsdygtigt over for termisk chok, hvilket betyder, at hurtige temperatursvingninger ikke beskadiger materialestrukturen.

Stål er også modstandsdygtigt over for korrosion fra syrer, hvilket gør det ideelt til anvendelser, der kræver korrosionsbestandighed samt dets høje hårdhed og stivhed. Desuden gør den lave varmeudvidelse dette materiale velegnet til hurtige temperaturændringer.

SiC er et ideelt materiale til metalbearbejdning, hvor der er et højt niveau af fysisk slid, som f.eks. ved plettering med nikkel-siliciumcarbid eller wolframsilicid-beklædning. Desuden kan SiC også bruges til understøtninger af waferbakker og padler i halvlederovne, hvor fysisk slid er et stort problem. Ved at parre dette materiale med keramiske kompositter af borcarbid får man maksimal styrke i forhold til holdbarhed til disse anvendelser.