Piikarbidi Lämmönjohtavuus

Piikarbidi (SiC) on erittäin kova kemiallinen yhdiste, joka koostuu piistä ja hiilestä ja joka muodostaa puolijohdekomponentteja ja josta voidaan valmistaa kovia keraamisia materiaaleja sovelluksiin, jotka vaativat suurta kestävyyttä, kuten autojen jarruihin ja luodinkestäviin liiveihin.

SiC on laajalti tunnettu erinomaisesta lämmönjohtavuudestaan. Tässä tutkimuksessa selvitetään 3C-SiC:n lämmönjohtavuuden, faasikoostumuksen ja mikrorakenteen välistä suhdetta.

Lämmönjohtavuus

Piikarbidikeramiikka on yksi markkinoiden kovimmista, vahvimmista ja kuumuutta kestävimmistä keraamisista. Lisäksi sen korroosionkestävyyden ja lämmönjohtavuuden ansiosta se soveltuu leikkaustyökaluihin, hiomalaikoihin ja hioma-aineisiin, kulutusta kestäviin komponentteihin, kuten korkeiden lämpötilojen pumppujen tiivisteiden pinnoille, ja puolijohdealustoihin.

Erittäin puhtaalla SiC:llä on erittäin korkea lämmönjohtavuus - verrattavissa timanttiin ja korkeampi kuin kuparilla! Alhainen lämpölaajeneminen ja korkea lämmönjohtavuus tekevät siitä erinomaisen tulenkestävän materiaalin.

GNP:t integroitiin onnistuneesti tiiviiseen piikarbidiin nestemäisessä vaiheessa tapahtuvan kipinäplasmasintrauksen avulla käyttäen Y2O3:a ja Al2O3:a sintrauksen apuaineina, ja niiden sisällyttäminen johti suureen lämpöanisotropiaan, jossa ab-tason lämpödiffuusiokyky kasvoi 30%:llä kohtisuoraan SPS-paineistusakselia vastaan, kun taas se väheni merkittävästi kohtisuoraan. Tämä voidaan selittää näiden komposiittien voimakkaalla p-dopingilla.

Lämpölaajeneminen

Piikarbidi (SiC) on yksi kevyimmistä, kovimmista ja vahvimmista saatavilla olevista kehittyneistä keraamisista materiaaleista. Sillä on monia edistyksellisiä ominaisuuksia, kuten kemiallinen kestävyys, lujuuden säilyminen korkeissa lämpötiloissa ja alhainen lämpölaajeneminen.

Koska titaani kestää nopeita lämpötilanvaihteluita tai lämpöshokkia, se on ihanteellinen materiaali ydinvoimaloissa ja lentokoneiden moottoreissa käytettäviin komponentteihin. Lisäksi sen ominaisuuksien ansiosta se soveltuu useiden tähtitieteellisten teleskooppien, kuten Herschelin avaruusteleskoopin, peilimateriaaliksi.

3C-SiC:n lämpölaajeneminen on vähäistä, koska sen kiderakenne on kuutiomainen ja siinä ei ole pitkän kantaman jännityksiä, kuten sijoiltaanmenoja. On kuitenkin huomattava, että SiC:n lämmönjohtavuus kasvaa elektronikonsentraation kasvaessa, mikä saattaa muuttaa sen laajenemisominaisuuksia ja käyttäytymistä.

BO-TDTR-mittaukset osoittavat, että tasossa oleva k-arvo vastaa täydellisille 6H-SiC-näytteille ensimmäisten periaatteiden laskelmien perusteella arvioitua 320 W m-1K-1 -arvoa, mikä vahvistaa kaupallisesti saatavilla olevien näytteiden korkean laadun.

Youngin moduuli

Youngin moduuli mittaa materiaalien jäykkyyttä ja mittaa, kuinka hyvin ne kestävät muodonmuutoksia. Insinöörit ja materiaalitutkijat pitävät sitä korvaamattomana rakenteita tai tuotteita suunniteltaessa, sillä sen avulla he voivat laskea, kuinka paljon voimaa materiaali kestää, ennen kuin se taipuu tai murtuu, kun siihen kohdistetaan voima.

Youngin moduuli mittaa elastisia ominaisuuksia, kun taas sen joustamattomuus tai jäykkyys mitataan. Voit mitata sen arvon kohdistamalla siihen hallittua jännitystä käyttämällä uritettuja massoja, jotka luovat materiaalinäytteisiin hallittua jännitystä ja muodonmuutosta.

Youngin moduulin testaustulokset vaihtelevat näytteiden valmistusmenetelmän mukaan, ja inertillä kaasukondensaatiolla valmistettujen näytteiden Youngin moduuli on huomattavasti pienempi kuin muilla menetelmillä valmistettujen näytteiden. Lisäksi Ti-Nb-binääriseokset dislaustyyloituvat C':n (laskettu Youngin moduuli Hillin approksimaation avulla) pienentyessä, jolloin sen Youngin moduuli pienenee yhdessä kimmovakion pienenemisen kanssa.

Korroosionkestävyys

Piikarbidi (SiC) on hiilestä ja piistä koostuva epäorgaaninen puolijohdeyhdiste, jolla on erinomaiset mekaaniset ja lämpöominaisuudet. SiC kestää hyvin lämpöshokkeja, mikä tarkoittaa, että nopeat lämpötilanvaihtelut eivät vahingoita sen materiaalirakennetta.

Teräs kestää myös happojen aiheuttamaa korroosiota, joten se sopii erinomaisesti sovelluksiin, joissa vaaditaan korroosionkestävyyttä sekä sen suurta kovuutta ja jäykkyyttä. Lisäksi sen alhainen lämpölaajenemisnopeus tekee tästä materiaalista sopivan nopeisiin lämpötilanmuutoksiin.

SiC on ihanteellinen materiaali metallintyöstösovelluksiin, joihin liittyy voimakasta fyysistä kulumista, kuten pinnoittaminen nikkeli-pii-karbidilla tai volframi-silisidipinnoitteella. Lisäksi SiC:tä käytetään myös puolijohdeuunien kiekkotarjottimien ja -levyjen kannattimissa, joissa fyysinen kuluminen on suuri huolenaihe; tämän materiaalin yhdistäminen boorikarbidikeraamisiin komposiitteihin tarjoaa parhaan mahdollisen lujuus-kestävyys-suhteen näissä käyttötarkoituksissa.