Przewodność cieplna węglika krzemu

Węglik krzemu (SiC) to niezwykle twardy związek chemiczny składający się z krzemu i węgla, który tworzy urządzenia półprzewodnikowe i może być formowany w twarde materiały ceramiczne do zastosowań wymagających wysokiej trwałości, takich jak hamulce samochodowe i kamizelki kuloodporne.

SiC jest powszechnie znany ze swojej doskonałej przewodności cieplnej. Tutaj badamy związek między przewodnością cieplną, składem fazowym i mikrostrukturą w 3C-SiC.

Przewodność cieplna

Ceramika z węglika krzemu jest jednym z najtwardszych, najmocniejszych i najbardziej odpornych na ciepło materiałów ceramicznych na rynku. Dodatkowo, jej odporność na korozję i przewodność cieplna sprawiają, że nadaje się do narzędzi skrawających, ściernic i materiałów ściernych, elementów odpornych na zużycie, takich jak powierzchnie uszczelniające pomp wysokotemperaturowych i podłoża półprzewodnikowe.

SiC o wysokiej czystości ma niezwykle wysoką przewodność cieplną - porównywalną z diamentem i wyższą niż miedź! Niska rozszerzalność cieplna i wysoka przewodność sprawiają, że jest to doskonały materiał ogniotrwały.

GNP zostały z powodzeniem zintegrowane z gęstym węglikiem krzemu poprzez spiekanie plazmą iskrową w fazie ciekłej przy użyciu Y2O3 i Al2O3 jako środków pomocniczych do spiekania, a ich włączenie spowodowało wysoką anizotropię termiczną z dyfuzyjnością termiczną w płaszczyźnie ab wzrastającą o 30% w kierunku prostopadłym do osi prasowania SPS, przy jednoczesnym znacznym zmniejszeniu w kierunku prostopadłym. Można to wytłumaczyć silnym domieszkowaniem p tych kompozytów.

Rozszerzalność cieplna

Węglik krzemu (SiC) to jeden z najlżejszych, najtwardszych i najmocniejszych dostępnych zaawansowanych materiałów ceramicznych. Charakteryzuje się wieloma zaawansowanymi właściwościami, takimi jak odporność chemiczna, wytrzymałość w podwyższonych temperaturach i niskie współczynniki rozszerzalności cieplnej.

Ze względu na swoją odporność na gwałtowne zmiany temperatury lub szok termiczny, tytan jest idealnym materiałem na komponenty stosowane w elektrowniach jądrowych i silnikach lotniczych. Co więcej, jego właściwości sprawiają, że nadaje się do stosowania jako materiał zwierciadeł kilku teleskopów astronomicznych, takich jak Kosmiczny Teleskop Herschela.

3C-SiC wykazuje niską rozszerzalność cieplną ze względu na sześcienną strukturę krystaliczną i brak naprężeń dalekiego zasięgu, takich jak dyslokacje. Należy jednak zauważyć, że przewodność cieplna SiC wzrasta wraz ze wzrostem stężenia elektronów - potencjalnie zmieniając jego właściwości i zachowanie w zakresie rozszerzalności.

Pomiary BO-TDTR wykazały wartość k w płaszczyźnie, która odpowiada wewnętrznej wartości 320 W m-1K-1 oszacowanej na podstawie obliczeń z pierwszych zasad dla idealnych próbek 6H-SiC, potwierdzając w ten sposób wysoką jakość próbek dostępnych w handlu.

Moduł Younga

Moduł Younga mierzy sztywność materiałów, mierząc ich odporność na odkształcenia. Inżynierowie i naukowcy zajmujący się materiałami uważają go za nieoceniony przy projektowaniu struktur lub produktów, ponieważ pozwala im obliczyć, ile siły może wytrzymać materiał, zanim zostanie zgięty lub złamany przez przyłożenie do niego siły.

Moduł Younga mierzy właściwości sprężyste, podczas gdy jego nieelastyczne lub sztywne właściwości. Jego wartość można zmierzyć, wywierając na niego kontrolowane naprężenie za pomocą mas szczelinowych, które powodują kontrolowane naprężenie i odkształcenie próbek materiału.

Wyniki badań modułu Younga różnią się w zależności od metody zastosowanej do produkcji próbek, przy czym te wykonane przy użyciu kondensacji gazu obojętnego mają znacznie niższe moduły Younga niż te wykonane przy użyciu innych procesów. Co więcej, dwuskładnikowe stopy Ti-Nb wykazują tendencję do zmniejszania C’ (obliczony moduł Younga przy użyciu przybliżenia Hilla), zmniejszając w ten sposób swój moduł Younga wraz ze zmniejszeniem stałej sprężystości.

Odporność na korozję

Węglik krzemu (SiC) to nieorganiczny związek półprzewodnikowy składający się z węgla i krzemu, który oferuje doskonałe właściwości mechaniczne i termiczne. SiC jest wysoce odporny na szok termiczny, co oznacza, że gwałtowne wahania temperatury nie uszkadzają jego struktury materiałowej.

Stal jest również odporna na korozję powodowaną przez kwasy, dzięki czemu idealnie nadaje się do zastosowań wymagających odporności na korozję, a także wysokiej twardości i sztywności. Co więcej, niski współczynnik rozszerzalności cieplnej sprawia, że materiał ten nadaje się do szybkich zmian temperatury.

SiC jest idealnym materiałem do zastosowań związanych z obróbką metali, które wiążą się z wysokim poziomem zużycia fizycznego, takich jak powlekanie niklem, węglikiem krzemu lub okładzinami z krzemku wolframu. Co więcej, SiC może być również stosowany do podpór tacek waflowych i łopatek w piecach półprzewodnikowych, gdzie zużycie fizyczne jest głównym problemem; połączenie tego materiału z kompozytami ceramicznymi z węglika boru zapewnia maksymalny stosunek wytrzymałości do trwałości w tych zastosowaniach.