Kas yra silicio karbidas?

Silicio karbidas naudojamas elektroniniuose prietaisuose, kurie stiprina, perjungia arba konvertuoja signalus elektros grandinėje. Dėl mažesnės varžos įtampai ir temperatūros atsparumo šie prietaisai gali veikti didesniais dažniais su mažesniais galios nuostoliais.

SiC gaminamas elektrinėje krosnyje pagal Achesono procesą ir kaitinant silicio smėlį, sumaišytą su anglimi, paprastai iš naftos kokso, elektrinėje krosnyje. Galutinis produktas yra maži kristaliniai grūdeliai, priklausomai nuo grynumo lygio, turintys žalią arba juodą atspalvį.

Charakteristikos

Silicio karbidas (sic) yra kovalentiniu ryšiu sujungta šviesiai pilka kieta medžiaga, pasižyminti itin aukšta lydymosi temperatūra ir dideliu atsparumu korozijai, pasižyminti puikiu atsparumu šiluminiams smūgiams ir vibracijai, taip pat standi, tvirta ir tanki. Jo kristalinę struktūrą sudaro glaudžiai sudėti pirminiai koordinaciniai tetraedrai, sudaryti iš keturių silicio atomų, sujungtų keturiais anglies atomais, išdėstytų šešiakampiuose vienetuose, kad būtų lengviau gaminti; šie pirminiai koordinaciniai tetraedrai pasižymi įdomiomis elektrinėmis savybėmis, pavyzdžiui, grynu pavidalu veikia kaip izoliatorius, o legiruoti kitais elementais gali pasižymėti puslaidininkiškumu arba laidumu, kai yra legiruoti kitais elementais.

Dėl savo kietos, abrazyvinės prigimties ir atsparumo dilimui savybių silicio karbidas nuo XIX a. pabaigos naudojamas kaip abrazyvas šlifavimo, smėliavimo, honingavimo ir pjovimo vandens srove, taip pat metalurgijoje ir plieno gamyboje. Be to, silicio karbidas yra neatsiejamas keraminių stabdžių diskų, skirtų automobiliams, gamybos elementas, mažinantis trintį ir keliamą triukšmą.

Silicio karbido puslaidininkiai pasižymi dideliais pranašumais prieš silicio puslaidininkius elektronikos srityje, įskaitant 10 kartų didesnį pramušamojo elektrinio lauko stiprį, gerokai mažesnę dreifuojančio sluoksnio varžą vienam plotui ir didesnę atsparumo įtampai toleranciją (nuo 600 V iki tūkstančių V). Ploni silicio karbido sluoksniai taip pat leidžia prietaisams pasiekti mažesnius matmenis ir didesnį galios tankį - tai skatina jo naudojimą elektromobilių galios valdymo sistemose, kurios padeda padidinti baterijos nuvažiuojamą atstumą.

Paraiškos

Silicio karbidas pasižymi puikiomis tribologinėmis savybėmis, dideliu patvarumu ir atsparumu korozijai, be to, gali veikti aukštoje temperatūroje, nesuardydamas ir nesutrūkinėdamas. Silicio karbidas naudojamas kaip volframo karbido įrankių dalis, taip pat kaip abrazyvas smėliavimo įrenginiuose.

Silicio karbido plokštelėms, paprastai naudojamoms elektroniniuose prietaisuose, reikia mažiau energijos nei jų silicio analogams, kad jos galėtų efektyviai veikti esant aukštesnėms įtampoms, temperatūroms, dažniams ir šilumos laidumui; be to, jos pasižymi didesniu atsparumu šilumos laidumui ir atsparumu karščio smūgiams, todėl, palyginti su silicio sprendimais, jų pasyvūs komponentai yra mažesni, o jų svoris ir sąnaudos mažesnės. Šotkio diodai ir MOSFET (tiek diskrečiose, tiek galios modulių pakuotėse) yra populiarūs šios medžiagos naudojimo pavyzdžiai.

SiC yra įspūdinga medžiaga, tačiau jos gamybai reikia sudėtingo proceso, kurio metu žaliavos maišomos, smulkinamos ir sukepinamos, kol virsta tankiais juodais arba pilkais milteliais, kuriuos vėliau galima supjaustyti arba sumalti į tam tikro dydžio gabalėlius, skirtus įvairioms reikmėms.

"Washington Mills" siūlo įvairių cheminių sudėčių ir dydžių CARBOREX(r) silicio karbidą, skirtą įvairioms pramonės šakoms, pavyzdžiui, abrazyvinio smėliavimo, keramikos izoliacijos, metalurgijos ugniai atsparios medžiagos Ugniai atsparios medžiagos Vielos pjovimas Atsparumas dilimui. Mūsų ekspertų komanda yra čia, kad parodytų jums visas jo galimybes!

Gamyba

Sic silicio karbidas gaminamas sukepinant smulkiai sumaltų žaliavų mišinį. Šias žaliavas gali sudaryti įvairūs elementai, pavyzdžiui, smėlis ir naftos koksas, arba net dvi ar daugiau skirtingų medžiagų, kurios prieš dedant į elektrinio lanko krosnį ir kaitinant iki aukštos temperatūros sumaišomos pagal tam tikrą santykį. Kokso arba smėlio dalelės sudeginamos ir susidaro anglis, kuri susijungia su siliciu ir susidaro vadinamasis silicio karbidas.

Neapdorotas silicio karbidas rafinuojamas rūšiuojant, malant ir apdorojant cheminėmis medžiagomis, kad būtų gaunami galutiniai grūdai ir milteliai, tinkami įvairioms reikmėms. Juodai pilkas silicio karbidas, kurio kietesnis yra tik deimantas ir kubinis boro nitridas, paprastai naudojamas neperšaunamoms liemenėms gaminti - jis užtikrina patikimą balistinę apsaugą ir kartu yra gerokai lengvesnis už šarvuotą plieną ar aliuminio oksido variantus.

Gryno silicio karbido gamtoje pasitaiko retai, todėl jis turi būti gaminamas dirbtinai, naudojant sintetines priemones. Taikant Lely metodą, granito tiglis kaitinamas aukštoje temperatūroje, kad silicio karbido milteliai sublimuotų į kristalus, kurie vėliau žemesnėje temperatūroje nusodinami ant grafito substratų taikant kitą procesą, vadinamą sublimacija. Pasibaigus šiam procesui, kristalai gali būti apkarpyti iki norimo dydžio ir formos, o po to legiruojami priemaišomis, pavyzdžiui, boru, kad SiC taptų P tipo laidus.

Sauga

Silicio karbido atsparumas aukštai temperatūrai ir radiacijai yra ideali medžiaga erdvėlaivių elektronikai, naudojamai Veneros paviršiuje, kurio temperatūra siekia 460 laipsnių C, ir Jupiterio atmosferos slėgiui. Radiacijai atspari silicio karbido elektronika leis pagaminti mažesnius erdvėlaivius, į kiekvieną misiją bus galima įtraukti daugiau mokslinių prietaisų, o operacijos truks ilgiau - sumažės dydis ir svoris, o misijų trukmė pailgės.

Ištisiniais pluoštais sustiprinti SiC matricos kompozitai (SiCf/SiC) yra perspektyvios medžiagos ateities branduolių sintezės reaktorių pirmosioms sienelėms ir apvalkalams, nes pasižymi daugeliu pageidaujamų savybių, įskaitant mechanines savybes aukštoje temperatūroje ir geresnį atsparumą pažeidimams nei monolitinis SiC [1,2], išskirtinį šilumos laidumą ir mažesnį aktyvumą neutronų sukeltam radioaktyvumui [3-6].

Iš 9a-c paveikslėlių matyti, kad, remiantis čia pateiktais struktūrinės analizės rezultatais, tiek SS-310, tiek Zry-4 dangos pasižymi panašiomis saugos atsargomis pirminių Tresca įtempių intervaluose LBLOCA; tačiau SiC pasižymi didesnėmis atsargomis dėl geresnių pirminių Tresca įtempių verčių ir ribinio tempiamojo stiprio verčių nei Zry-4.

11 pav. parodyta, kad erdvinis savaiminio ekranavimo poveikis skiriasi priklausomai nuo dangos tipo, kaip parodyta 11 pav. Kaip matyti, kiekvieno modelio (SiC arba SS-310) Pu-239 kaupimasis skiriasi atliekant LBLOCA bandymus su kiekvieno iš jų kuro granulėmis, todėl MOL ir EOL metu Pu-239 koncentracija šalia atitinkamų dangos modelių (SS-310 modelis yra labiau tikėtinas) yra didesnė nei SiC modelio.