Datgelu priodweddau unigryw a rhagolygon cymhwysiad micropowdr silicon carbid gwyrdd
Ym maes deunyddiau uwch-dechnoleg heddiw, mae micropowdr silicon carbid gwyrdd yn raddol ddod yn ffocws sylw yn y gymuned gwyddor deunyddiau gyda'i briodweddau ffisegol a chemegol unigryw. Mae'r cyfansoddyn hwn sy'n cynnwys elfennau carbon a silicon wedi dangos rhagolygon cymhwysiad eang mewn llawer o feysydd diwydiannol oherwydd ei strwythur crisial arbennig a'i berfformiad rhagorol. Bydd yr erthygl hon yn archwilio'n fanwl briodweddau unigryw micropowdr silicon carbid gwyrdd a'i botensial cymhwysiad mewn amrywiol feysydd.
1. Nodweddion sylfaenol micropowdr silicon carbid gwyrdd
Mae carbid silicon gwyrdd (SiC) yn ddeunydd uwch-galed synthetig ac mae'n perthyn i gyfansoddyn bond cofalent. Mae ei strwythur crisial yn cyflwyno system hecsagonol gyda threfniant tebyg i ddiamwnt. Mae micropowdr carbid silicon gwyrdd fel arfer yn cyfeirio at gynhyrchion powdr gydag ystod maint gronynnau o 0.1-100 micron, ac mae ei liw yn cyflwyno amrywiaeth o arlliwiau o wyrdd golau i wyrdd tywyll oherwydd gwahanol gynnwys purdeb ac amhuredd.
O'r strwythur microsgopig, mae pob atom silicon yn y grisial silicon carbid gwyrdd yn ffurfio cydlyniad tetrahedrol gyda phedair atom carbon. Mae'r strwythur bond cofalent cryf hwn yn rhoi caledwch a sefydlogrwydd cemegol eithriadol o uchel i'r deunydd. Mae'n werth nodi bod caledwch Mohs silicon carbid gwyrdd yn cyrraedd 9.2-9.3, yn ail yn unig i ddiamwnt a nitrid boron ciwbig, sy'n ei gwneud yn anhepgor ym maes sgraffinyddion.
2. Priodweddau unigryw micropowdr silicon carbid gwyrdd
1. Priodweddau mecanyddol rhagorol
Nodwedd fwyaf nodedig micropowdr carbid silicon gwyrdd yw ei galedwch eithriadol o uchel. Gall ei galedwch Vickers gyrraedd 2800-3300kg/mm², sy'n ei gwneud yn perfformio'n dda wrth brosesu deunyddiau caled. Ar yr un pryd, mae gan carbid silicon gwyrdd gryfder cywasgol da hefyd a gall gynnal cryfder mecanyddol uchel o hyd ar dymheredd uchel. Mae'r nodwedd hon yn ei gwneud hi'n bosibl ei ddefnyddio mewn amgylcheddau eithafol.
2. Priodweddau thermol rhagorol
Mae dargludedd thermol carbid silicon gwyrdd mor uchel â 120-200W/(m·K), sydd 3-5 gwaith yn fwy na dur cyffredin. Mae'r dargludedd thermol rhagorol hwn yn ei wneud yn ddeunydd afradu gwres delfrydol. Yr hyn sydd hyd yn oed yn fwy rhyfeddol yw mai dim ond 4.0 × 10⁻⁶/℃ yw cyfernod ehangu thermol carbid silicon gwyrdd, sy'n golygu bod ganddo sefydlogrwydd dimensiwn rhagorol pan fydd y tymheredd yn newid, ac ni fydd yn cynhyrchu anffurfiad amlwg oherwydd ehangu a chrebachu thermol.
3. Sefydlogrwydd cemegol rhagorol
O ran priodweddau cemegol, mae carbid silicon gwyrdd yn arddangos anadweithiolrwydd cryf iawn. Gall wrthsefyll cyrydiad y rhan fwyaf o asidau, alcalïau a thoddiannau halen, a gall aros yn sefydlog hyd yn oed ar dymheredd uchel. Mae arbrofion yn dangos y gall carbid silicon gwyrdd gynnal sefydlogrwydd da mewn amgylchedd ocsideiddiol islaw 1000 ℃, sy'n ei gwneud yn bosibl ei ddefnyddio'n hirdymor mewn amgylcheddau cyrydol.
4. Priodweddau trydanol arbennig
Mae carbid silicon gwyrdd yn ddeunydd lled-ddargludyddion bandgap eang gyda lled bandgap o 3.0eV, sy'n llawer mwy na 1.1eV silicon. Mae'r nodwedd hon yn ei alluogi i wrthsefyll folteddau a thymheredd uwch, ac mae ganddo fanteision unigryw ym maes dyfeisiau electronig pŵer. Yn ogystal, mae gan carbid silicon gwyrdd symudedd electronau uchel hefyd, sy'n ei gwneud hi'n bosibl datblygu dyfeisiau amledd uchel.
3. Proses baratoi micropowdr silicon carbid gwyrdd
Mae paratoi micropowdr silicon carbid gwyrdd yn bennaf yn mabwysiadu proses Acheson. Mae'r dull hwn yn cymysgu tywod cwarts a golosg petrolewm mewn cyfran benodol ac yn eu cynhesu i 2000-2500 ℃ mewn ffwrnais gwrthiant ar gyfer adwaith. Mae'r carbid silicon gwyrdd blociog a gynhyrchir gan yr adwaith yn mynd trwy brosesau fel malu, graddio a phiclo i gael cynhyrchion micropowdr o wahanol feintiau gronynnau yn y pen draw.
Yn ystod y blynyddoedd diwethaf, gyda datblygiad technoleg, mae rhai dulliau paratoi newydd wedi dod i'r amlwg. Gall dyddodiad anwedd cemegol (CVD) baratoi powdr silicon carbid gwyrdd nano-raddfa purdeb uchel; gall y dull sol-gel reoli maint gronynnau a morffoleg y powdr yn gywir; gall y dull plasma gyflawni cynhyrchiad parhaus a gwella effeithlonrwydd cynhyrchu. Mae'r prosesau newydd hyn yn darparu mwy o bosibiliadau ar gyfer optimeiddio perfformiad ac ehangu cymhwysiad micropowdr silicon carbid gwyrdd.
4. Prif feysydd cymhwysiad micropowdr silicon carbid gwyrdd
1. Malu a sgleinio manwl gywir
Fel sgraffinydd caled iawn, defnyddir micropowdr silicon carbid gwyrdd yn helaeth wrth brosesu carbid smentio, cerameg, gwydr a deunyddiau eraill yn fanwl gywir. Yn y diwydiant lled-ddargludyddion, defnyddir powdr silicon carbid gwyrdd purdeb uchel ar gyfer caboli wafferi silicon, ac mae ei berfformiad torri yn well na sgraffinyddion alwmina traddodiadol. Ym maes prosesu cydrannau optegol, gall powdr silicon carbid gwyrdd gyflawni garwedd arwyneb nano-raddfa a bodloni gofynion prosesu cydrannau optegol manwl gywir.
2. Deunyddiau ceramig uwch
Mae powdr silicon carbid gwyrdd yn ddeunydd crai pwysig ar gyfer paratoi cerameg perfformiad uchel. Gellir gwneud cerameg strwythurol â phriodweddau mecanyddol rhagorol a sefydlogrwydd thermol trwy brosesau sintro gwasgu poeth neu sintro adwaith. Defnyddir y math hwn o ddeunydd ceramig yn helaeth mewn cydrannau allweddol fel morloi mecanyddol, berynnau, a ffroenellau, yn enwedig mewn amodau gwaith llym fel tymheredd uchel a chorydiad.
3. Dyfeisiau electroneg a lled-ddargludyddion
Ym maes electroneg, defnyddir powdr silicon carbid gwyrdd i baratoi deunyddiau lled-ddargludyddion bandbwlch eang. Mae gan ddyfeisiau pŵer sy'n seiliedig ar silicon carbid gwyrdd nodweddion gweithio amledd uchel, foltedd uchel, a thymheredd uchel, ac maent yn dangos potensial mawr mewn cerbydau ynni newydd, gridiau clyfar a meysydd eraill. Mae astudiaethau wedi dangos y gall dyfeisiau pŵer silicon carbid gwyrdd leihau colli ynni mwy na 50% o'i gymharu â dyfeisiau traddodiadol sy'n seiliedig ar silicon.
4. Atgyfnerthu cyfansawdd
Gall ychwanegu powdr silicon carbid gwyrdd fel cyfnod atgyfnerthu at fatrics metel neu bolymer wella cryfder, caledwch a gwrthiant gwisgo'r deunydd cyfansawdd yn sylweddol. Ym maes awyrofod, defnyddir cyfansoddion silicon carbid sy'n seiliedig ar alwminiwm i gynhyrchu rhannau strwythurol ysgafn a chryfder uchel; yn y diwydiant modurol, mae padiau brêc wedi'u hatgyfnerthu â silicon carbid yn dangos ymwrthedd rhagorol i dymheredd uchel.
5. Deunyddiau a gorchuddion gwrthsafol
Gan ddefnyddio sefydlogrwydd tymheredd uchel carbid silicon gwyrdd, gellir paratoi deunyddiau anhydrin perfformiad uchel. Yn y diwydiant toddi dur, defnyddir briciau anhydrin carbid silicon yn helaeth mewn offer tymheredd uchel fel ffwrneisi chwyth a thrawsnewidyddion. Yn ogystal, gall haenau carbid silicon ddarparu amddiffyniad rhagorol rhag traul a chorydiad i'r deunydd sylfaen, ac fe'u defnyddir mewn offer cemegol, llafnau tyrbin a meysydd eraill.