Раскрыццё унікальных уласцівасцей і перспектыў прымянення зялёнага мікрапарашка карбіду крэмнію
У сучаснай галіне высокатэхналагічных матэрыялаў мікрапарашок зялёнага карбіду крэмнію паступова становіцца цэнтрам увагі супольнасці матэрыялазнаўцаў дзякуючы сваім унікальным фізічным і хімічным уласцівасцям. Гэта злучэнне, якое складаецца з вугляродных і крэмніевых элементаў, прадэманстравала шырокія перспектывы прымянення ў многіх галінах прамысловасці дзякуючы сваёй асаблівай крышталічнай структуры і выдатным характарыстыкам. У гэтым артыкуле падрабязна разгледжаны унікальныя ўласцівасці мікрапарашка зялёнага карбіду крэмнію і патэнцыял яго прымянення ў розных галінах.
1. Асноўныя характарыстыкі мікрапарашка зялёнага карбіду крэмнію
Зялёны карбід крэмнію (SiC) — гэта сінтэтычны звышцвёрды матэрыял, які належыць да групы злучэнняў з кавалентнай сувяззю. Яго крышталічная структура ўяўляе сабой шасцікутную сістэму з алмазападобнай структурай. Мікрапарашок зялёнага карбіду крэмнію звычайна адносіцца да парашкападобных прадуктаў з памерам часціц ад 0,1 да 100 мікрон, а яго колер вар'іруецца ад светла-зялёнага да цёмна-зялёнага з-за рознай чысціні і ўтрымання прымешак.
З мікраскапічнай структуры відаць, што кожны атам крэмнію ў крышталі зялёнага карбіду крэмнію ўтварае тэтраэдрычную каардынацыю з чатырма атамамі вугляроду. Гэтая моцная кавалентная сувязь надае матэрыялу надзвычай высокую цвёрдасць і хімічную стабільнасць. Варта адзначыць, што цвёрдасць па Моосу зялёнага карбіду крэмнію дасягае 9,2-9,3, саступаючы толькі алмазу і кубічнаму нітрыду бору, што робіць яго незаменным у галіне абразіўных матэрыялаў.
2. Унікальныя ўласцівасці мікрапарашка зялёнага карбіду крэмнію
1. Выдатныя механічныя ўласцівасці
Найбольш прыкметнай асаблівасцю мікрапарашка зялёнага карбіду крэмнію з'яўляецца яго надзвычай высокая цвёрдасць. Яго цвёрдасць па Вікерсу можа дасягаць 2800-3300 кг/мм², што дазваляе яму добра працаваць пры апрацоўцы цвёрдых матэрыялаў. У той жа час зялёны карбід крэмнію таксама мае добрую трываласць на сціск і можа захоўваць высокую механічную трываласць пры высокіх тэмпературах. Гэтая асаблівасць дазваляе выкарыстоўваць яго ў экстрэмальных умовах.
2. Выдатныя цеплавыя ўласцівасці
Цеплаправоднасць зялёнага карбіду крэмнію дасягае 120-200 Вт/(м·К), што ў 3-5 разоў вышэй, чым у звычайнай сталі. Гэтая выдатная цеплаправоднасць робіць яго ідэальным матэрыялам для рассейвання цяпла. Яшчэ больш дзіўна тое, што каэфіцыент цеплавога пашырэння зялёнага карбіду крэмнію складае ўсяго 4,0×10⁻⁶/℃, што азначае, што ён мае выдатную памерную стабільнасць пры змене тэмпературы і не будзе выклікаць бачных дэфармацый з-за цеплавога пашырэння і сціскання.
3. Выдатная хімічная стабільнасць
Што да хімічных уласцівасцей, зялёны карбід крэмнію валодае надзвычай высокай інертнасцю. Ён можа супрацьстаяць карозіі большасці кіслот, шчолачаў і солевых раствораў і заставацца стабільным нават пры высокіх тэмпературах. Эксперыменты паказваюць, што зялёны карбід крэмнію можа захоўваць добрую стабільнасць у акісляльным асяроддзі пры тэмпературы ніжэй за 1000℃, што робіць яго патэнцыйным для працяглага выкарыстання ў агрэсіўных асяроддзях.
4. Спецыяльныя электрычныя ўласцівасці
Зялёны карбід крэмнію — гэта паўправадніковы матэрыял з шырокай забароненай зонай, шырыня якой складае 3,0 эВ, што значна больш, чым у крэмнію з шырынёй 1,1 эВ. Гэта дазваляе яму вытрымліваць больш высокія напружанні і тэмпературы, а таксама мае унікальныя перавагі ў галіне сілавой электронікі. Акрамя таго, зялёны карбід крэмнію таксама мае высокую рухомасць электронаў, што дазваляе распрацоўваць высокачастотныя прылады.
3. Працэс падрыхтоўкі мікрапарашка зялёнага карбіду крэмнію
Падрыхтоўка мікрапарашка зялёнага карбіду крэмнію ў асноўным ажыццяўляецца па працэсе Ачэсана. Пры гэтым метадзе кварцавы пясок і нафтавы кокс змешваюцца ў пэўнай прапорцыі і награваюцца да 2000-2500℃ у печы супраціву для рэакцыі. Блочны зялёны карбід крэмнію, які ўтвараецца ў выніку рэакцыі, падвяргаецца такім працэсам, як драбненне, сартаванне і тручэнне, каб у выніку атрымаць мікрапарашкападобныя прадукты рознага памеру часціц.
У апошнія гады з развіццём тэхналогій з'явіліся новыя метады атрымання. Хімічнае асаджэнне з паравой фазы (CVD) дазваляе атрымліваць высакаякасны нанамаштабны парашок зялёнага карбіду крэмнію; золь-гель метад дазваляе дакладна кантраляваць памер часціц і марфалогію парашка; плазменны метад дазваляе дасягнуць бесперапыннай вытворчасці і павысіць эфектыўнасць вытворчасці. Гэтыя новыя працэсы забяспечваюць больш магчымасцей для аптымізацыі прадукцыйнасці і пашырэння прымянення мікрапарашка зялёнага карбіду крэмнію.
4. Асноўныя вобласці прымянення мікрапарашка зялёнага карбіду крэмнію
1. Дакладнае шліфаванне і паліроўка
Як звышцвёрды абразіў, мікрапарашок зялёнага карбіду крэмнію шырока выкарыстоўваецца ў дакладнай апрацоўцы цвёрдага сплаву, керамікі, шкла і іншых матэрыялаў. У паўправадніковай прамысловасці высокачысты парашок зялёнага карбіду крэмнію выкарыстоўваецца для паліроўкі крэмніевых пласцін, і яго рэжучая здольнасць лепшая, чым у традыцыйных абразіваў з аксіду алюмінію. У галіне апрацоўкі аптычных кампанентаў зялёны парашок карбіду крэмнію можа дасягнуць нанамаштабнай шурпатасці паверхні і адпавядаць патрабаванням апрацоўкі высокадакладных аптычных кампанентаў.
2. Пашыраныя керамічныя матэрыялы
Зялёны парашок карбіду крэмнію з'яўляецца важнай сыравінай для вырабу высокапрадукцыйнай керамікі. Канструкцыйная кераміка з выдатнымі механічнымі ўласцівасцямі і тэрмічнай стабільнасцю можа быць выраблена шляхам гарачага прэсавання або рэакцыйнага спякання. Гэты тып керамічнага матэрыялу шырока выкарыстоўваецца ў ключавых кампанентах, такіх як механічныя ўшчыльненні, падшыпнікі і фарсункі, асабліва ў жорсткіх умовах працы, такіх як высокая тэмпература і карозія.
3. Электроніка і паўправадніковыя прыборы
У галіне электронікі парашок зялёнага карбіду крэмнію выкарыстоўваецца для падрыхтоўкі паўправадніковых матэрыялаў з шырокай забароненай зонай. Сілавыя прылады на аснове зялёнага карбіду крэмнію валодаюць высокачастотнымі, высокавольтнымі і высокатэмпературнымі працоўнымі характарыстыкамі і дэманструюць вялікі патэнцыял у новых энергетычных транспартных сродках, разумных сетках і іншых галінах. Даследаванні паказалі, што сілавыя прылады на аснове зялёнага карбіду крэмнію могуць знізіць страты энергіі больш чым на 50% у параўнанні з традыцыйнымі прыладамі на аснове крэмнію.
4. Кампазітная арматура
Даданне зялёнага парашка карбіду крэмнію ў якасці армуючай фазы да металічнай або палімернай матрыцы можа значна палепшыць трываласць, цвёрдасць і зносаўстойлівасць кампазітнага матэрыялу. У аэракасмічнай галіне кампазіты з карбіду крэмнію на аснове алюмінію выкарыстоўваюцца для вырабу лёгкіх і высокатрывалых канструкцыйных дэталяў; у аўтамабільнай прамысловасці тармазныя калодкі, узмоцненыя карбідам крэмнію, дэманструюць выдатную ўстойлівасць да высокіх тэмператур.
5. Вогнетрывалыя матэрыялы і пакрыцці
Выкарыстоўваючы высокатэмпературную стабільнасць зялёнага карбіду крэмнію, можна атрымаць высокапрадукцыйныя вогнетрывалыя матэрыялы. У сталеліцейнай прамысловасці вогнетрывалыя цэглы з карбіду крэмнію шырока выкарыстоўваюцца ў высокатэмпературным абсталяванні, такім як домны і канвертары. Акрамя таго, пакрыцці з карбіду крэмнію могуць забяспечыць выдатную абарону ад зносу і карозіі асноўнага матэрыялу і выкарыстоўваюцца ў хімічным абсталяванні, лапатках турбін і іншых галінах.