Rekristalizirani silicijev karbid: Visoko zmogljiv material za zahtevne aplikacije

Rekristalizirani silicijev karbid (RSiC) je visoko zmogljiv keramični material z odličnimi mehanskimi, toplotnimi in električnimi lastnostmi. Zaradi svoje edinstvene kombinacije lastnosti je idealen material za zahtevne aplikacije v različnih industrijah, vključno z letalsko, polprevodniško in avtomobilsko. V tem članku bomo raziskali lastnosti RSiC, njegov proizvodni postopek in uporabo v različnih industrijah.

Lastnosti rekristaliziranega silicijevega karbida
RSiC je keramični material, sestavljen iz atomov silicija in ogljika v kristalni mreži. Nastane z rekristalizacijo prahu silicijevega karbida pri visokih temperaturah (>2200 °C) v vakuumu ali inertni atmosferi. Dobljeni material ima gostoto 2,6 g/cm³, poroznost manj kot 1% in visoko stopnjo čistosti (>99,5%).

Mehanske lastnosti:
RSiC ima odlične mehanske lastnosti, vključno z visoko trdnostjo, žilavostjo in trdoto. Njegov Youngov modul je približno 400 GPa, kar je več kot pri jeklu, njegova lomna žilavost pa je približno 4,5 MPa.m^0,5, kar je več kot pri večini keramike. Njegova trdota je približno 2400 Vickersov, kar ga uvršča med najtrše znane keramike.

Toplotne lastnosti:
RSiC ima izjemne toplotne lastnosti, vključno z visoko toplotno prevodnostjo, nizkim toplotnim raztezkom in odlično odpornostjo na toplotne udarce. Njegova toplotna prevodnost je približno 100-150 W/m.K, kar je več kot pri večini keramike in primerljivo s kovinami. Njegov koeficient toplotnega raztezanja je približno 4,5 x 10^-6/K, kar je malo v primerjavi z drugimi keramičnimi materiali. Odpornost na toplotne udarce je posledica visoke toplotne prevodnosti in majhnega toplotnega raztezanja.

Električne lastnosti:
RSiC ima dobre električne lastnosti, vključno z visoko električno upornostjo in nizkimi dielektričnimi izgubami. Njegova električna upornost pri sobni temperaturi znaša približno 5 x 10^6 Ω.cm, zato je odličen izolacijski material. Njegove dielektrične izgube so manjše od 0,01 pri frekvencah do 1 MHz, zato je primeren za visokofrekvenčne aplikacije.

Proizvodni proces rekristaliziranega silicijevega karbida:
Proizvodni proces RSiC vključuje več korakov, med drugim:

Izdelava zelenega telesa: Silicijev karbid v prahu se zmeša z vezivom in z enoosnim ali izostatičnim stiskanjem oblikuje v zeleno telo.

Pred sintranjem: Zeleno telo je predhodno sintrano pri temperaturi približno 1650 °C, da dobi zadostno trdnost in togost za rokovanje.

Oblikovanje: Z različnimi tehnikami, kot so rezanje, brušenje in rezkanje, se zeleno telo, ki je predhodno sintrano, obdela v želeno obliko.

Končno sintranje: Obdelano zeleno telo se v vakuumu ali inertni atmosferi segreje na temperaturo > 2200 °C, da silicijev karbid v prahu rekristalizira in nastane gost in čist material RSiC.

Uporaba rekristaliziranega silicijevega karbida:
RSiC se uporablja v različnih panogah, med drugim v:

Letalska in vesoljska industrija: RSiC se uporablja kot lahek in visoko trdnostni material v vesoljskih strukturah, kot so lopatice turbin, šobe raket in toplotni ščitniki.

Polprevodnik: RSiC se uporablja kot lonček za proizvodnjo silicijevih ploščic in kot material za podlago za rast plasti galijevega nitrida (GaN).

Avtomobilska industrija: RSiC se zaradi visoke toplotne prevodnosti in nizke toplotne razteznosti uporablja kot material za zavorne kolute.

Kemikalije: RSiC se uporablja kot material za obloge v visokotemperaturnih pečeh in reaktorjih v kemični industriji.

Zaključek:
Rekristalizirani silicijev karbid je visoko zmogljiv keramični material z odličnimi mehanskimi, toplotnimi in električnimi lastnostmi. Zaradi edinstvene kombinacije lastnosti je idealen material za zahtevne aplikacije v različnih industrijah, vključno z letalsko, polprevodniško in avtomobilsko. Njegov proizvodni postopek vključuje več korakov, vključno z izdelavo zelenega telesa, predhodnim sintranjem, oblikovanjem in končnim sintranjem. Na splošno je RSiC vsestranski material, ki lahko revolucionarno spremeni različne industrije in utira pot novim tehnologijam.