Aşkerekirina taybetmendiyên bêhempa û perspektîfên serîlêdanê yên mîkropowda karbîda silîkonê ya kesk
Di warê materyalên teknolojiya bilind a îroyîn de, mîkrotoza karbîda silîkonê ya kesk bi taybetmendiyên xwe yên fîzîkî û kîmyewî yên bêhempa hêdî hêdî dibe navenda balê di civaka zanistiya materyalan de. Ev pêkhateya ku ji elementên karbon û silîkonê pêk tê, ji ber avahiya xwe ya krîstal a taybetî û performansa xwe ya hêja, di gelek warên pîşesaziyê de perspektîfên serîlêdanê yên berfireh nîşan daye. Ev gotar dê taybetmendiyên bêhempa yên mîkrotoza karbîda silîkonê ya kesk û potansiyela serîlêdana wê di warên cûrbecûr de bi kûrahî vekole.
1. Taybetmendiyên bingehîn ên mîkropowda karbîda silîkonê ya kesk
Karbîda silîkonî ya kesk (SiC) madeyek sentetîk a pir hişk e û aîdî girêdanek kovalent e. Avahiya wê ya krîstal pergalek şeşalî bi rêzkirinek dişibihe elmasê pêşkêş dike. Mîkropûda karbîda silîkonî ya kesk bi gelemperî ji bo hilberên tozkirî yên bi rêza mezinahiya perçeyan a 0.1-100 mîkron tê bikar anîn, û rengê wê ji ber paqijiya cûda û naveroka nepakiyê cûrbecûr tonên ji keskê vekirî heya keskê tarî pêşkêş dike.
Ji avahiya mîkroskopîk ve, her atomek silîkonê di krîstala karbîda silîkonê ya kesk de bi çar atomên karbonê re koordînasyonek tetrahedral çêdike. Ev avahiya girêdana kovalent a bihêz hişkbûn û aramiya kîmyewî ya pir bilind dide materyalê. Hêjayî gotinê ye ku hişkbûna Mohs a karbîda silîkonê ya kesk digihîje 9.2-9.3, ku tenê piştî elmas û nîtrîda boronê ya kubîk tê, ku ew di warê abrazîvan de bêguherîn dike.
2. Taybetmendiyên bêhempa yên mîkropowda karbîda silîkonê ya kesk
1. Taybetmendiyên mekanîkî yên hêja
Taybetmendiya herî berbiçav a mîkropowda silîkon karbîda kesk hişkbûna wê ya pir zêde ye. Hişkbûna wê ya Vickers dikare bigihîje 2800-3300kg/mm², ku dihêle ku ew di dema hilberandina materyalên hişk de baş performans bike. Di heman demê de, silîkon karbîda kesk xwedî berxwedana zextê ya baş e û hîn jî dikare di germahiyên bilind de berxwedana mekanîkî ya bilind biparêze. Ev taybetmendî dihêle ku ew di jîngehên dijwar de were bikar anîn.
2. Taybetmendiyên germî yên hêja
Germahiya guhêrbar a karbîda silîkonê ya kesk digihîje 120-200W/(m·K), ku 3-5 caran ji ya pola asayî bilindtir e. Ev germahiya guhêrbar a hêja wê dike materyalek îdeal a belavkirina germê. Ya ku hîn ecêbtir e ev e ku katsayiya berfirehbûna germê ya karbîda silîkonê ya kesk tenê 4.0×10⁻⁶/℃ ye, ku tê vê wateyê ku dema germahî diguhere ew xwedî aramiya pîvanî ya hêja ye, û ji ber berfirehbûn û girjbûna germî deformasyonek eşkere çênake.
3. Aramiya kîmyewî ya berbiçav
Ji aliyê taybetmendiyên kîmyewî ve, karbîda silîkonê ya kesk bêbandoriyeke pir xurt nîşan dide. Ew dikare li hember korozyona piraniya asîd, alkalî û çareseriyên xwê li ber xwe bide, û heta di germahiyên bilind de jî dikare sabît bimîne. Ceribandin nîşan didin ku karbîda silîkonê ya kesk hîn jî dikare di hawîrdorek oksîdasyonê ya di bin 1000℃ de aramiya xwe ya baş biparêze, ku ev yek wê ji bo karanîna demdirêj di hawîrdorên korozîf de potansiyel dike.
4. Taybetmendiyên elektrîkê yên taybet
Karbîda silîkonê ya kesk materyalek nîvconductor a bi bandgapek fireh e ku firehiya bandgapek 3.0eV heye, ku ji 1.1eV ya silîkonê pir mezintir e. Ev taybetmendî dihêle ku ew li hember voltaja û germahiyên bilindtir bisekine, û di warê cîhazên elektronîkî yên hêzê de xwedî avantajên bêhempa ye. Wekî din, karbîda silîkonê ya kesk xwedî tevgera elektronan a bilind e, ku dihêle ku cîhazên bi frekanseke bilind werin pêşxistin.
3. Pêvajoya amadekirina mîkrotoza karbîda silîkonê ya kesk
Amadekirina mîkrotoza silîkon karbîda kesk bi giranî pêvajoya Acheson dipejirîne. Ev rêbaz qûma kuartz û koka petrolê bi rêjeyek diyarkirî tevlihev dike û wan di firinek berxwedanê de ji bo reaksiyonê heta 2000-2500℃ germ dike. Silîkon karbîda kesk a blok a ku ji reaksiyonê çêdibe, pêvajoyên wekî perçiqandin, rêzkirin û tirşkirinê derbas dike da ku di dawiyê de hilberên mîkrotozê yên bi mezinahiyên perçeyên cûda bi dest bixe.
Di salên dawî de, bi pêşketina teknolojiyê re, hin rêbazên amadekirinê yên nû derketine holê. Depokirina buhara kîmyewî (CVD) dikare toza karbîda silîkonê ya kesk a nano-pîvana paqijiya bilind amade bike; rêbaza sol-jel dikare mezinahiya perçeyan û morfolojiya tozê bi rastî kontrol bike; rêbaza plazmayê dikare hilberîna domdar bi dest bixe û karîgeriya hilberînê baştir bike. Ev pêvajoyên nû ji bo baştirkirina performansê û berfirehkirina sepandina mîkrotoza karbîda silîkonê ya kesk îmkanên bêtir peyda dikin.
4. Qadên sereke yên serîlêdana mîkropowda karbîda silîkonê ya kesk
1. Hûrkirin û cilandina rastîn
Wek abrazîvek pir hişk, mîkrotoza karbîda silîkonê ya kesk bi berfirehî di pêvajoya rast a karbîda çîmentokirî, seramîk, cam û materyalên din de tê bikar anîn. Di pîşesaziya nîvconductor de, toza karbîda silîkonê ya kesk a paqijiya bilind ji bo cilandina waferên silîkonê tê bikar anîn, û performansa wê ya birrînê ji ya abrazîvên alumîna yên kevneşopî çêtir e. Di warê pêvajoya pêkhateyên optîkî de, toza karbîda silîkonê ya kesk dikare xavbûna rûyê di pîvana nano de bi dest bixe û hewcedariyên pêvajoyê yên pêkhateyên optîkî yên rastbûna bilind bicîh bîne.
2. Materyalên seramîk ên pêşketî
Toza karbîda silîkonê ya kesk ji bo amadekirina seramîkên performansa bilind madeyek xav a girîng e. Seramîkên avahîsaziyê yên bi taybetmendiyên mekanîkî û aramiya germî ya hêja dikarin bi pêvajoyên sinterkirina pêçandina germ an sinterkirina reaksiyonê werin çêkirin. Ev celeb materyalê seramîk bi berfirehî di pêkhateyên sereke yên wekî mohrên mekanîkî, bering û nozulan de tê bikar anîn, nemaze di şert û mercên xebatê yên dijwar ên wekî germahiya bilind û korozyonê de.
3. Amûrên elektronîk û nîvconductor
Di warê elektronîkê de, toza karbîda silîkonê ya kesk ji bo amadekirina materyalên nîvconductor ên bi bandgapek fireh tê bikar anîn. Amûrên hêzê yên li ser bingeha karbîda silîkonê ya kesk xwedî taybetmendiyên xebatê yên frekanseke bilind, voltaja bilind û germahiya bilind in, û di wesayîtên enerjiyê yên nû, torên jîr û warên din de potansiyelek mezin nîşan didin. Lêkolînan nîşan daye ku amûrên hêzê yên karbîda silîkonê ya kesk dikarin windabûna enerjiyê li gorî amûrên kevneşopî yên li ser bingeha silîkonê ji %50 zêdetir kêm bikin.
4. Xurtkirina pêkhatî
Zêdekirina toza karbîda silîkonê ya kesk wekî qonaxek xurtkirinê li matrîksek metal an polîmer dikare hêz, hişkbûn û berxwedana li hember aşînê ya materyalê kompozît bi girîngî baştir bike. Di warê hewavaniyê de, kompozîtên karbîda silîkonê yên li ser bingeha aluminiumê ji bo çêkirina perçeyên avahîsaziyê yên sivik û bi hêz têne bikar anîn; di pîşesaziya otomobîlan de, balîfên frena yên bi karbîda silîkonê hatine xurtkirin berxwedanek germahiya bilind a hêja nîşan didin.
5. Materyal û pêçanên agirpêketî
Bi karanîna aramiya germahiya bilind a karbîda silîkonê ya kesk, materyalên agirkuj ên performansa bilind dikarin werin amadekirin. Di pîşesaziya helandina pola de, kerpîçên agirkuj ên karbîda silîkonê bi berfirehî di alavên germahiya bilind de wekî firneyên teqînê û veguherîneran de têne bikar anîn. Wekî din, pêçanên karbîda silîkonê dikarin ji bo materyalê bingehîn parastina li dijî aşîn û korozyonê ya hêja peyda bikin, û di alavên kîmyewî, perên turbînê û warên din de têne bikar anîn.