Rekrystalizovaný karbid křemíku: Vysoce výkonný materiál pro náročné aplikace

Rekrystalizovaný karbid křemíku (RSiC) je vysoce výkonný keramický materiál s vynikajícími mechanickými, tepelnými a elektrickými vlastnostmi. Jeho jedinečná kombinace vlastností z něj činí ideální materiál pro náročné aplikace v různých průmyslových odvětvích, včetně leteckého, polovodičového a automobilového průmyslu. V tomto článku se budeme zabývat vlastnostmi RSiC, jeho výrobním procesem a jeho aplikacemi v různých průmyslových odvětvích.

Vlastnosti rekrystalizovaného karbidu křemíku
RSiC je keramický materiál složený z atomů křemíku a uhlíku v krystalové mřížce. Vzniká rekrystalizací práškového karbidu křemíku při vysokých teplotách (>2200 °C) ve vakuu nebo inertní atmosféře. Výsledný materiál má hustotu 2,6 g/cm³, pórovitost menší než 1% a vysoký stupeň čistoty (>99,5%).

Mechanické vlastnosti:
RSiC má vynikající mechanické vlastnosti, včetně vysoké pevnosti, houževnatosti a tvrdosti. Jeho Youngův modul je přibližně 400 GPa, což je více než u oceli, a jeho lomová houževnatost je přibližně 4,5 MPa.m^0,5, což je více než u většiny keramik. Její tvrdost se pohybuje kolem 2400 Vickersových stupňů, což z ní činí jednu z nejtvrdších známých keramik.

Tepelné vlastnosti:
Materiál RSiC má vynikající tepelné vlastnosti, včetně vysoké tepelné vodivosti, nízké tepelné roztažnosti a vynikající odolnosti proti tepelným šokům. Jeho tepelná vodivost se pohybuje kolem 100-150 W/m.K, což je více než u většiny keramik a srovnatelné s kovy. Její koeficient tepelné roztažnosti je přibližně 4,5 x 10^-6/K, což je ve srovnání s jinými keramikami nízká hodnota. Jeho odolnost proti tepelným šokům se přisuzuje vysoké tepelné vodivosti a nízké tepelné roztažnosti.

Elektrické vlastnosti:
RSiC má dobré elektrické vlastnosti, včetně vysokého elektrického odporu a nízkých dielektrických ztrát. Jeho elektrický odpor se při pokojové teplotě pohybuje kolem 5 x 10^6 Ω.cm, což z něj činí vynikající izolační materiál. Jeho dielektrické ztráty jsou menší než 0,01 při frekvencích do 1 MHz, což jej činí vhodným pro vysokofrekvenční aplikace.

Výrobní proces rekrystalizovaného karbidu křemíku:
Výrobní proces RSiC zahrnuje několik kroků, včetně:

Výroba zelené karoserie: Karbid křemíku se smíchá s pojivem a jednoosým nebo izostatickým lisováním se zformuje do zeleného tělesa.

Předspékání: Zelené těleso se předspéká při teplotě přibližně 1650 °C, aby získalo dostatečnou pevnost a tuhost pro manipulaci.

Tvarování: Předsintrované zelené těleso se opracovává do požadovaného tvaru různými technikami, jako je řezání, broušení a frézování.

Konečné spékání: Obrobené zelené těleso se zahřeje na teplotu > 2200 °C ve vakuu nebo inertní atmosféře, aby došlo k rekrystalizaci práškového karbidu křemíku, čímž vznikne hustý a čistý materiál RSiC.

Aplikace rekrystalizovaného karbidu křemíku:
RSiC má širokou škálu aplikací v různých průmyslových odvětvích, včetně:

Letectví a kosmonautika: RSiC se používá jako lehký a vysoce pevný materiál v leteckých konstrukcích, jako jsou lopatky turbín, trysky raket a tepelné štíty.

Polovodiče: RSiC se používá jako kelímkový materiál pro výrobu křemíkových destiček a jako substrátový materiál pro růst vrstev nitridu galia (GaN).

Automobilový průmysl: RSiC se používá jako materiál brzdových kotoučů díky své vysoké tepelné vodivosti a nízké tepelné roztažnosti.

Chemické látky: RSiC se používá jako vyzdívka vysokoteplotních pecí a reaktorů v chemickém průmyslu.

Závěr:
Rekrystalizovaný karbid křemíku je vysoce výkonný keramický materiál s vynikajícími mechanickými, tepelnými a elektrickými vlastnostmi. Jeho jedinečná kombinace vlastností z něj činí ideální materiál pro náročné aplikace v různých průmyslových odvětvích, včetně leteckého, polovodičového a automobilového průmyslu. Jeho výrobní proces zahrnuje několik kroků, včetně výroby zeleného tělesa, předspékání, tvarování a konečného spékání. Celkově je RSiC všestranný materiál, který má potenciál způsobit revoluci v různých průmyslových odvětvích a vydláždit cestu novým technologiím.