Żvelar tal-proprjetajiet uniċi u l-prospetti tal-applikazzjoni tal-mikrotrab tal-karbur tas-silikon aħdar
Fil-qasam tal-materjali tat-teknoloġija għolja tal-lum, il-mikrotrab aħdar tal-karbur tas-silikon qed isir gradwalment iċ-ċentru tal-attenzjoni fil-komunità tax-xjenza tal-materjali bil-proprjetajiet fiżiċi u kimiċi uniċi tiegħu. Dan il-kompost magħmul minn elementi tal-karbonju u tas-silikon wera prospetti wesgħin ta' applikazzjoni f'ħafna oqsma industrijali minħabba l-istruttura kristallina speċjali tiegħu u l-prestazzjoni eċċellenti. Dan l-artikolu se jesplora fil-fond il-proprjetajiet uniċi tal-mikrotrab aħdar tal-karbur tas-silikon u l-potenzjal tal-applikazzjoni tiegħu f'diversi oqsma.
1. Karatteristiċi bażiċi tal-mikrotrab tal-karbur tas-silikon aħdar
Il-karbur tas-silikon aħdar (SiC) huwa materjal sintetiku super iebes u jappartjeni għal kompost ta' rabta kovalenti. L-istruttura kristallina tiegħu tippreżenta sistema eżagonali b'arranġament simili għad-djamant. Il-mikrotrab tal-karbur tas-silikon aħdar ġeneralment jirreferi għal prodotti trab b'firxa ta' daqs tal-partiċelli ta' 0.1-100 mikron, u l-kulur tiegħu jippreżenta varjetà ta' toni minn aħdar ċar għal aħdar skur minħabba l-purità u l-kontenut ta' impurità differenti.
Mill-istruttura mikroskopika, kull atomu tas-silikon fil-kristall aħdar tal-karbur tas-silikon jifforma koordinazzjoni tetraedrika ma' erba' atomi tal-karbonju. Din l-istruttura ta' rabta kovalenti qawwija tagħti lill-materjal ebusija u stabbiltà kimika estremament għolja. Ta' min jinnota li l-ebusija Mohs tal-karbur tas-silikon aħdar tilħaq 9.2-9.3, it-tieni biss wara d-djamant u n-nitrur tal-boron kubu, li jagħmilha insostitwibbli fil-qasam tal-abrażivi.
2. Proprjetajiet uniċi ta' mikrotrab tal-karbur tas-silikon aħdar
1. Proprjetajiet mekkaniċi eċċellenti
L-aktar karatteristika notevoli tal-mikrotrab tal-karbur tas-silikon aħdar hija l-ebusija estremament għolja tiegħu. L-ebusija Vickers tiegħu tista' tilħaq 2800-3300kg/mm², li tagħmilha taħdem tajjeb meta tipproċessa materjali iebsin. Fl-istess ħin, il-karbur tas-silikon aħdar għandu wkoll saħħa kompressiva tajba u xorta jista' jżomm saħħa mekkanika għolja f'temperaturi għoljin. Din il-karatteristika tagħmilha possibbli li jintuża f'ambjenti estremi.
2. Proprjetajiet termali eċċellenti
Il-konduttività termali tal-karbur tas-silikon aħdar hija għolja daqs 120-200W/(m·K), li hija 3-5 darbiet dik tal-azzar ordinarju. Din il-konduttività termali eċċellenti tagħmilha materjal ideali għad-dissipazzjoni tas-sħana. Dak li hu saħansitra aktar tal-għaġeb huwa li l-koeffiċjent tal-espansjoni termali tal-karbur tas-silikon aħdar huwa biss 4.0×10⁻⁶/℃, li jfisser li għandu stabbiltà dimensjonali eċċellenti meta t-temperatura tinbidel, u mhux se jipproduċi deformazzjoni ovvja minħabba espansjoni u kontrazzjoni termali.
3. Stabbiltà kimika eċċellenti
F'termini ta' proprjetajiet kimiċi, il-karbur tas-silikon aħdar juri inerzja estremament qawwija. Jista' jirreżisti l-korrużjoni tal-biċċa l-kbira tal-aċidi, alkali u soluzzjonijiet tal-melħ, u jista' jibqa' stabbli anke f'temperaturi għoljin. L-esperimenti juru li l-karbur tas-silikon aħdar xorta jista' jżomm stabbiltà tajba f'ambjent ossidanti taħt l-1000℃, li jagħmilha potenzjali għal użu fit-tul f'ambjenti korrużivi.
4. Proprjetajiet elettriċi speċjali
Il-karbur tas-silikon aħdar huwa materjal semikonduttur b'bandgap wiesa' b'wisa' ta' bandgap ta' 3.0eV, li huwa ħafna akbar mill-1.1eV tas-silikon. Din il-karatteristika tippermettilu jiflaħ vultaġġi u temperaturi ogħla, u għandha vantaġġi uniċi fil-qasam tal-apparati elettroniċi tal-enerġija. Barra minn hekk, il-karbur tas-silikon aħdar għandu wkoll mobilità għolja tal-elettroni, li tagħmilha possibbli li jiġu żviluppati apparati ta' frekwenza għolja.
3. Proċess ta' preparazzjoni ta' mikrotrab tal-karbur tas-silikon aħdar
It-tħejjija tal-mikrotrab tal-karbur tas-silikon aħdar tadotta prinċipalment il-proċess Acheson. Dan il-metodu jħallat ramel tal-kwarz u kokk tal-pitrolju f'ċertu proporzjon u jsaħħanhom sa 2000-2500 ℃ f'forn tar-reżistenza għar-reazzjoni. Il-karbur tas-silikon aħdar blokkat iġġenerat mir-reazzjoni jgħaddi minn proċessi bħal tgħaffiġ, gradazzjoni, u pickling biex finalment jinkisbu prodotti tal-mikrotrab ta' daqsijiet differenti ta' partiċelli.
Fi snin reċenti, bl-avvanz tat-teknoloġija, ħarġu xi metodi ġodda ta' preparazzjoni. Id-depożizzjoni kimika tal-fwar (CVD) tista' tipprepara trab aħdar tas-silikon karbur fuq skala nanometrika ta' purità għolja; il-metodu sol-ġel jista' jikkontrolla b'mod preċiż id-daqs tal-partiċelli u l-morfoloġija tat-trab; il-metodu tal-plażma jista' jikseb produzzjoni kontinwa u jtejjeb l-effiċjenza tal-produzzjoni. Dawn il-proċessi ġodda jipprovdu aktar possibbiltajiet għall-ottimizzazzjoni tal-prestazzjoni u l-espansjoni tal-applikazzjoni tal-mikrotrab aħdar tas-silikon karbur.
4. Oqsma ewlenin ta' applikazzjoni ta' mikrotrab tal-karbur tas-silikon aħdar
1. Tħin u illustrar ta' preċiżjoni
Bħala abrażiv superieb, il-mikrotrab aħdar tal-karbur tas-silikon jintuża ħafna fl-ipproċessar preċiż tal-karbur tas-siment, iċ-ċeramika, il-ħġieġ u materjali oħra. Fl-industrija tas-semikondutturi, it-trab aħdar tal-karbur tas-silikon ta' purità għolja jintuża għall-illustrar tal-wejfers tas-silikon, u l-prestazzjoni tat-tqattigħ tiegħu hija aħjar minn dik tal-abrażivi tradizzjonali tal-alumina. Fil-qasam tal-ipproċessar tal-komponenti ottiċi, it-trab aħdar tal-karbur tas-silikon jista' jikseb ħruxija tal-wiċċ fuq skala nanometrika u jissodisfa r-rekwiżiti tal-ipproċessar tal-komponenti ottiċi ta' preċiżjoni għolja.
2. Materjali taċ-ċeramika avvanzati
Trab aħdar tal-karbur tas-silikon huwa materja prima importanti għall-preparazzjoni ta' ċeramika ta' prestazzjoni għolja. Ċeramika strutturali bi proprjetajiet mekkaniċi eċċellenti u stabbiltà termali tista' ssir permezz ta' proċessi ta' sinterizzazzjoni bis-sħana jew sinterizzazzjoni b'reazzjoni. Dan it-tip ta' materjal taċ-ċeramika jintuża ħafna f'komponenti ewlenin bħal siġilli mekkaniċi, berings, u żennuni, speċjalment f'kundizzjonijiet tax-xogħol ħorox bħal temperatura għolja u korrużjoni.
3. Elettronika u apparati semikondutturi
Fil-qasam tal-elettronika, it-trab tal-karbur tas-silikon aħdar jintuża biex jipprepara materjali semikondutturi b'bandgap wiesa'. L-apparati tal-enerġija bbażati fuq il-karbur tas-silikon aħdar għandhom karatteristiċi ta' ħidma ta' frekwenza għolja, vultaġġ għoli, u temperatura għolja, u juru potenzjal kbir f'vetturi tal-enerġija ġodda, grids intelliġenti u oqsma oħra. Studji wrew li l-apparati tal-enerġija tal-karbur tas-silikon aħdar jistgħu jnaqqsu t-telf tal-enerġija b'aktar minn 50% meta mqabbla ma' apparati tradizzjonali bbażati fuq is-silikon.
4. Tisħiħ kompost
Iż-żieda ta' trab aħdar tas-silikon karbur bħala fażi ta' rinfurzar ma' matriċi tal-metall jew tal-polimeru tista' ttejjeb b'mod sinifikanti s-saħħa, l-ebusija u r-reżistenza għall-użu tal-materjal kompost. Fil-qasam aerospazjali, il-kompożiti tal-aluminju tas-silikon karbur jintużaw biex jimmanifatturaw partijiet strutturali ħfief u ta' saħħa għolja; fl-industrija tal-karozzi, il-kuxxinetti tal-brejkijiet rinforzati bis-silikon karbur juru reżistenza eċċellenti għal temperatura għolja.
5. Materjali u kisi refrattorji
Bl-użu tal-istabbiltà f'temperatura għolja tal-karbur tas-silikon aħdar, jistgħu jiġu ppreparati materjali refrattorji ta' prestazzjoni għolja. Fl-industrija tat-tidwib tal-azzar, il-briks refrattorji tal-karbur tas-silikon jintużaw ħafna f'tagħmir f'temperatura għolja bħal fran tal-funderija u konvertituri. Barra minn hekk, il-kisi tal-karbur tas-silikon jista' jipprovdi protezzjoni eċċellenti kontra l-użu u l-korrużjoni għall-materjal bażi, u jintuża f'tagħmir kimiku, xfafar tat-turbini u oqsma oħra.