Piikarbidi on eritt\u00e4in kovaa, mutta silti v\u00e4hemm\u00e4n kovaa kuin timantti. Se on kuitenkin edelleen toiseksi kovin materiaali.<\/p>\n
Huokoisiin hiilisidoksisiin timanttiesimuotteihin infiltroidaan piit\u00e4 kapillaarivoiman avulla sen sulamispisteen ylitt\u00e4viss\u00e4 l\u00e4mp\u00f6tiloissa, jolloin hiilisideaine muuttuu grafiitiksi.<\/p>\n
Piikarbiditimantti on eritt\u00e4in korkean l\u00e4mp\u00f6tilan materiaali, jolla on erinomainen l\u00e4mm\u00f6njohtavuus ja jota k\u00e4ytet\u00e4\u00e4n laajalti s\u00e4hk\u00f6-, elektroniikka- ja teollisuustekniikan aloilla. K\u00e4ytt\u00f6kohteita ovat esimerkiksi puolijohteiden, transistorien ja teholedien j\u00e4\u00e4hdytys ja l\u00e4mmitys sek\u00e4 LED-n\u00e4ytt\u00f6jen valaistussovellukset. SiC\/timantti-komposiittien l\u00e4mm\u00f6njohtavuus riippuu useista tekij\u00f6ist\u00e4, kuten timantin m\u00e4\u00e4r\u00e4st\u00e4 ja koosta, sideainemateriaalin koostumuksesta ja komponenttien v\u00e4listen rajapintojen rakenteesta sek\u00e4 grafiittisen v\u00e4likerroksen vaikutuksesta t\u00e4m\u00e4n materiaalin l\u00e4mm\u00f6njohtavuuteen.<\/p>\n
Viime vuosikymmenest\u00e4 l\u00e4htien eritt\u00e4in kulutusta kest\u00e4vien materiaalien, joilla on erinomainen l\u00e4mm\u00f6njohtavuus, luominen on ollut jatkuva tutkimus- ja kehitysty\u00f6n tavoite. \"Piikarbiditimantti\"-materiaaleja voidaan valmistaa infiltroimalla nestem\u00e4ist\u00e4 piit\u00e4 kapillaarivoimien avulla yli 1425 celsiusasteen l\u00e4mp\u00f6tiloissa, jolloin muodostuu kuutiomaisia b-SiC-rakenteita, jotka voisivat korvata perinteisi\u00e4 ter\u00e4smateriaaleja laakereina, tiivistein\u00e4 tai sis\u00e4pinnoilla teollisissa sovelluksissa.<\/p>\n
SiC\/diamantti-komposiittien optimaalisen l\u00e4mm\u00f6njohtavuuden saavuttamiseksi voidaan l\u00e4mm\u00f6njohtavuuden lis\u00e4\u00e4miseksi k\u00e4ytt\u00e4\u00e4 erikokoisten ja -fraktioisten timanttirakeiden bimodaalista jakaumaa. Bimodaaliset j\u00e4rjestelm\u00e4t tarjoavat huomattavasti suuremman l\u00e4mm\u00f6njohtavuuden kuin monomodaaliset j\u00e4rjestelm\u00e4t, koska timanttijyv\u00e4sten ja niiden b-SiC-matriisimateriaalin is\u00e4nt\u00e4matriisin v\u00e4liss\u00e4 on grafiittiatomikerroksia.<\/p>\n
Lis\u00e4ksi grafiittiatomikerrokset on kohdistettu kohtisuoraan rajapintaan n\u00e4hden, jolloin syntyy bimodaalisia j\u00e4rjestelmi\u00e4, joilla on suhteellisen suuri pinta-ala, mik\u00e4 lis\u00e4\u00e4 l\u00e4mm\u00f6njohtavuutta. L\u00e4mm\u00f6njohtavuus kasvaa entisest\u00e4\u00e4n, jos timantti sintrataan korkeammissa l\u00e4mp\u00f6tiloissa tai sit\u00e4 pidet\u00e4\u00e4n lyhyempi\u00e4 pitoaikoja pii-infiltraation aikana - jolloin se ylitt\u00e4\u00e4 puhtaan b-SiC:n l\u00e4mm\u00f6njohtavuuden! Lis\u00e4ksi materiaalien l\u00e4mm\u00f6njohtavuus riippuu my\u00f6s vapaan piin ja timantin m\u00e4\u00e4r\u00e4st\u00e4.<\/p>\n
Piikarbidin, joka koostuu pii- ja hiiliatomeista, Mohsin kovuus on erinomainen 9,5, ja se on n\u00e4in ollen timantin j\u00e4lkeen toiseksi kovin. Lujuutensa ja kest\u00e4vyytens\u00e4 ansiosta piikarbidilla on lukuisia teollisia k\u00e4ytt\u00f6tarkoituksia.<\/p>\n
Piikarbidilla on monia samoja ominaisuuksia kuin timantilla, kuten tetraedrinen kiderakenne - nelj\u00e4 atomia kustakin alkuaineesta jakaa yhden kasvokeskisen kuutioruudun muodostaen vahvoja kovalenttisia sidoksia, jotka ovat samanlaisia kuin timantin vahvat tetraedriset sidokset - sek\u00e4 korkea vetolujuus ja alhainen kitkakerroin, mik\u00e4 tekee molemmista materiaaleista erinomaisia ty\u00f6kappaleiden materiaaleja.<\/p>\n
Piikarbidia voidaan valmistaa useilla eri tekniikoilla, ja synteettist\u00e4 piikarbidia valmistetaan sulattamalla kvartsihiekkaa, petrolikoksia (tai hiilikoksia), puuhaketta tai muita raaka-aineita korkean l\u00e4mp\u00f6tilan uuneissa. Kun piikarbidi on saatu aikaan, se on kovaa, sill\u00e4 on korkea sulamispiste ja se kest\u00e4\u00e4 hapettumista jopa \u00e4\u00e4rimm\u00e4isiss\u00e4 l\u00e4mp\u00f6tilaolosuhteissa.<\/p>\n
Piikarbidilla on monia k\u00e4yt\u00e4nn\u00f6n k\u00e4ytt\u00f6tarkoituksia teollisuudessa. Yksi t\u00e4llainen sovellus on hioma-aineissa. Poikkeuksellisen kest\u00e4vyytens\u00e4 ja lujuusominaisuuksiensa ansiosta piikarbidi on v\u00e4ltt\u00e4m\u00e4t\u00f6n osa hiomapapereita, hiomalaikkoja ja leikkausty\u00f6kaluja. Piikarbidia k\u00e4ytet\u00e4\u00e4n my\u00f6s eristyskomponenttina teollisuusuuneissa, kulumista kest\u00e4vin\u00e4 osina pumpuissa ja rakettimoottoreissa sek\u00e4 puolijohtavina substraatteina, joita k\u00e4ytet\u00e4\u00e4n valodiodien (LED) valmistuksessa.<\/p>\n
Piikarbidin valmistukseen on olemassa erilaisia menetelmi\u00e4. Perinteisiss\u00e4 menetelmiss\u00e4 k\u00e4ytet\u00e4\u00e4n sintrausprosessia, jossa jauhemainen pii ja hiili yhdistet\u00e4\u00e4n korkeapaineisessa sulassa, jolloin syntyy sintrattu piikarbidilohko, joka voidaan sitten leikata haluttuun muotoon ja kokoon. Toinen vaihtoehto on nestem\u00e4isen piin reagoiminen huokoisen grafiitin kanssa; t\u00e4ll\u00f6in syntyy mustaa synteettist\u00e4 moissaniittia, jolla on joitakin samoja mekaanisia ominaisuuksia mutta joka ei ole yht\u00e4 kallista.<\/p>\n
Erityisesti tuotettujen piikarbidiin sidottujen timanttimateriaalien, joiden rajapinnassa on grafiittisia v\u00e4likerroksia, on havaittu olevan poikkeuksellisen lujia ja ylitt\u00e4v\u00e4n jopa grafiittivapaiden timantti\/SiC-rajapintojen lujuudet, vaikka on ep\u00e4selv\u00e4\u00e4, johtuuko t\u00e4m\u00e4 rajapinnan grafiittikerroksista.<\/p>\n
Piikarbiditimantit ovat eritt\u00e4in kest\u00e4vi\u00e4 materiaaleja, joilla on erinomainen kemiallinen stabiilisuus, joten ne soveltuvat kulumissovelluksiin, kuten tiivisteisiin, inlinereihin ja suuttimiin. Lis\u00e4ksi n\u00e4m\u00e4 timantit ovat erinomaisia leikkausty\u00f6kaluja. Vahvan kiderakenteensa ja hyvien kovuusominaisuuksiensa ansiosta piikarbiditimanttien ty\u00f6st\u00e4minen on suhteellisen yksinkertaista verrattuna moniin muihin koviin materiaaleihin, ja niill\u00e4 on my\u00f6s alhainen kitkakerroin, mik\u00e4 tekee niist\u00e4 sopivia teollisiin k\u00e4ytt\u00f6tarkoituksiin.<\/p>\n
Piikarbiditimantit ovat kehittyneet nopeasti, koska kulumiskest\u00e4vyysvaatimukset ovat kasvaneet. Piikarbidia, hiilest\u00e4 ja piist\u00e4 koostuvaa ep\u00e4orgaanista yhdistett\u00e4, jolla on kuusikulmainen kiderakenne, voidaan valmistaa eri muotoisena ja kokoisena. Edward Goodrich Acheson loi ensimm\u00e4isen piikarbidiyhdisteen vuonna 1891 kuumentamalla savea ja jauhemaista koksia yhdess\u00e4 rautakupissa, kunnes muodostui sinisi\u00e4 kiteit\u00e4, joita kutsuttiin karborundumiksi - Acheson uskoi, ett\u00e4 t\u00e4m\u00e4 materiaali olisi arvokkaampaa kuin hiili, koska siit\u00e4 voitaisiin valmistaa metalleja.<\/p>\n
Piikarbidi eroaa puhtaasta timantista huomattavasti siin\u00e4, ett\u00e4 se on vakaampi korkeissa l\u00e4mp\u00f6tiloissa, sill\u00e4 on alhainen kitkakerroin ja se on huomattavasti halvempi. Siksi piikarbidista on tullut ensisijainen materiaali teollisiin k\u00e4ytt\u00f6tarkoituksiin.<\/p>\n
Kun a-Si3N4-pohjajauhetta k\u00e4ytet\u00e4\u00e4n timantti-siC-esimuottien alustana, se est\u00e4\u00e4 piikarbidin muodostumisen ja korporaatiokerrosten muodostumisen, mik\u00e4 lis\u00e4\u00e4 huomattavasti timantti-siC-rajapinnan lujuutta verrattuna tavanomaisiin n\u00e4ytteisiin, jotka on upotettu sulaan piihin.<\/p>\n
N\u00e4iden rajapintojen tarkka luonne on kuitenkin viel\u00e4 suurelta osin selvitt\u00e4m\u00e4tt\u00e4. Se voi johtua grafiittitasojen v\u00e4lisist\u00e4 heikommista sidoksista tai rajapinnan eri faaseista, joiden t\u00e4ydellinen ymm\u00e4rt\u00e4minen edellytt\u00e4\u00e4 lis\u00e4tutkimuksia.<\/p>\n
Energiadispersiivist\u00e4 r\u00f6ntgenspektrometriaa (EDX) k\u00e4ytettiin atomitiheysjakauman arvioimiseksi 3 C-SiC\/diamondimateriaalista valmistetussa amorfisessa kerroksessa. Hiili- ja piiatomien intensiteettiprofiileissa havaittiin asteittaista v\u00e4henemist\u00e4 l\u00e4hell\u00e4 niiden sidoksissa olevaa rajapintaa, ja hiilen kohdalla kaltevuus ei ollut yht\u00e4 jyrkk\u00e4. Pii osoitti hieman koveria tiheysprofiileja, kun taas hiilen tiheysprofiilit olivat asteittaisempia.<\/p>\n
Timantit ovat luonnonjalokivi\u00e4, jotka ovat muodostuneet miljoonien vuosien aikana, mutta niiden valmistus voidaan tehd\u00e4 synteettisesti paljon halvemmalla laboratoriossa. Piikarbidi, toinen synteettinen jalokivi, jolla on samanlaiset ominaisuudet mutta paljon alhaisemmat kustannukset, on paljon kest\u00e4v\u00e4mpi ja kustannustehokkaampi. Korkean taitekertoimensa ansiosta se heijastaa valoa tehokkaammin kuin muut jalokivet, ja kest\u00e4vyytens\u00e4 ansiosta se soveltuu jokap\u00e4iv\u00e4iseen k\u00e4ytt\u00f6\u00f6n. Lis\u00e4ksi sen alhainen sulamispiste tarkoittaa, ett\u00e4 se kest\u00e4\u00e4 korkeita l\u00e4mp\u00f6tiloja ja kemikaaleja murtumatta paineen alla.<\/p>\n
Timantti-piikarbidikomposiittien mikrorakenne koostuu tyypillisesti toisiinsa tunkeutuvista kolmiulotteisista verkostoista, jotka koostuvat SiC:st\u00e4 ja timantista. Hiukkaskoko ja morfologia m\u00e4\u00e4r\u00e4\u00e4v\u00e4t kolmoisliitoksen piikarbidien lopullisen rakenteen; tyypillisesti grafiittiset rajapinnan atomikerrokset suuntautuvat kohtisuoraan timantti\/SiC-pintaa kohti muodostaen sen kanssa tiukkoja sidoksia - niiden paksuus on tyypillisesti paljon pienempi kuin piikarbidiatomien ja timanttiatomikerrosten v\u00e4lisen sidoksen pituus.<\/p>\n
Piikarbiditimantin optimaalisen l\u00e4mm\u00f6njohtavuuden kannalta on ratkaisevan t\u00e4rke\u00e4\u00e4 ymm\u00e4rt\u00e4\u00e4, miten sen atomit ovat vuorovaikutuksessa kesken\u00e4\u00e4n. Synkrotronir\u00f6ntgens\u00e4teen avulla voidaan tutkia timantin ja piikarbidin rajapintoja ja niiden rakenneparametreja sek\u00e4 niiden vuorovaikutusta. Tulokset osoittivat, ett\u00e4 hiukkasten v\u00e4liset vuorovaikutukset ovat heikkoja; timantin ja SiC-hiukkasten v\u00e4lisill\u00e4 kontaktialueilla on lasimaisia hiilikerroksia, grafiittisia rajakerroksia ja mikrohuokosia, mik\u00e4 on osoitus timantin heikosta l\u00e4mm\u00f6njohtavuudesta.<\/p>\n
SiC ja timantti ovat l\u00e4heisess\u00e4 vuorovaikutuksessa kesken\u00e4\u00e4n, mutta sen lujuus riippuu my\u00f6s sen mikrorakenteesta. Mikrorakenne koostuu timantti- ja piikarbidihiukkasten kolmiulotteisesta verkostosta, jonka koko pinta-alalla on vain minimaalinen grafiittinen v\u00e4likerrospeitto; lis\u00e4ksi mikrorakenne m\u00e4\u00e4ritt\u00e4\u00e4 my\u00f6s mekaaniset ominaisuudet, kuten murtumiskest\u00e4vyyden.<\/p>\n
Cantilever-n\u00e4ytteen lujuus kasvaa, kun useampi timantti\/SiC-rajapinta kallistuu kohti sen kuormitettua p\u00e4\u00e4t\u00e4, kuten rinnakkaisten rajapintojen molekyylidynamiikkasimulaatiot osoittavat. N\u00e4yte, jonka kallistus on 40 nanometri\u00e4, on osoittautunut erityisen vahvaksi.<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
Silicon carbide is extremely hard, yet still less so than diamond. But it still ranks second as an extremely hard material. Porous carbon-bonded diamond preforms undergo infiltration by infusing silicon through capillary force at temperatures exceeding its melting point, whereupon the carbon binder transforms into graphite. Thermal Conductivity Silicon carbide diamond is an extremely high-temperature […]<\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"site-sidebar-layout":"default","site-content-layout":"","ast-site-content-layout":"","site-content-style":"default","site-sidebar-style":"default","ast-global-header-display":"","ast-banner-title-visibility":"","ast-main-header-display":"","ast-hfb-above-header-display":"","ast-hfb-below-header-display":"","ast-hfb-mobile-header-display":"","site-post-title":"","ast-breadcrumbs-content":"","ast-featured-img":"","footer-sml-layout":"","theme-transparent-header-meta":"","adv-header-id-meta":"","stick-header-meta":"","header-above-stick-meta":"","header-main-stick-meta":"","header-below-stick-meta":"","astra-migrate-meta-layouts":"default","ast-page-background-enabled":"default","ast-page-background-meta":{"desktop":{"background-color":"var(--ast-global-color-4)","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-gradient":""},"tablet":{"background-color":"","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-gradient":""},"mobile":{"background-color":"","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-gradient":""}},"ast-content-background-meta":{"desktop":{"background-color":"var(--ast-global-color-5)","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-gradient":""},"tablet":{"background-color":"var(--ast-global-color-5)","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-gradient":""},"mobile":{"background-color":"var(--ast-global-color-5)","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-gradient":""}},"footnotes":""},"categories":[64],"tags":[],"class_list":["post-409","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-knowledge"],"aioseo_notices":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/fi\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/409","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/fi\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/fi\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/fi\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/fi\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=409"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/fi\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/409\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":410,"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/fi\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/409\/revisions\/410"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/fi\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=409"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/fi\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=409"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/fi\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=409"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}