Membongkar sifat unik dan prospek penggunaan serbuk mikro karbida silikon hijau
Dalam bidang bahan berteknologi tinggi hari ini, serbuk mikro silikon karbida hijau secara beransur-ansur menjadi tumpuan perhatian dalam komuniti sains bahan dengan sifat fizikal dan kimianya yang unik. Kompaun yang terdiri daripada unsur karbon dan silikon ini telah menunjukkan prospek aplikasi yang luas dalam banyak bidang perindustrian kerana struktur kristalnya yang istimewa dan prestasi cemerlang. Artikel ini akan meneroka secara mendalam sifat unik serbuk mikro silikon karbida hijau dan potensi penggunaannya dalam pelbagai bidang.
1. Ciri-ciri asas serbuk mikro karbida silikon hijau
Green silicon carbide (SiC) ialah bahan superhard sintetik dan tergolong dalam sebatian ikatan kovalen. Struktur kristalnya menampilkan sistem heksagon dengan susunan seperti berlian. Serbuk mikro karbida silikon hijau biasanya merujuk kepada produk serbuk dengan julat saiz zarah 0.1-100 mikron, dan warnanya membentangkan pelbagai ton daripada hijau muda kepada hijau gelap kerana kandungan ketulenan dan kekotoran yang berbeza.
Daripada struktur mikroskopik, setiap atom silikon dalam kristal karbida silikon hijau membentuk koordinasi tetrahedral dengan empat atom karbon. Struktur ikatan kovalen yang kuat ini memberikan bahan kekerasan yang sangat tinggi dan kestabilan kimia. Perlu diingat bahawa kekerasan Mohs karbida silikon hijau mencapai 9.2-9.3, kedua selepas berlian dan boron nitrida padu, yang menjadikannya tidak boleh diganti dalam bidang pelelas.
2. Sifat unik serbuk mikro karbida silikon hijau
1. Sifat mekanikal yang sangat baik
Ciri yang paling ketara bagi serbuk mikro silikon karbida hijau ialah kekerasannya yang sangat tinggi. Kekerasan Vickersnya boleh mencapai 2800-3300kg/mm², yang menjadikannya berfungsi dengan baik apabila memproses bahan keras. Pada masa yang sama, karbida silikon hijau juga mempunyai kekuatan mampatan yang baik dan masih boleh mengekalkan kekuatan mekanikal yang tinggi pada suhu tinggi. Ciri ini memungkinkan untuk menggunakannya dalam persekitaran yang melampau.
2. Ciri terma yang sangat baik
Kekonduksian terma karbida silikon hijau adalah setinggi 120-200W/(m·K), iaitu 3-5 kali ganda daripada keluli biasa. Kekonduksian terma yang sangat baik ini menjadikannya bahan pelesapan haba yang ideal. Apa yang lebih menakjubkan ialah pekali pengembangan terma karbida silikon hijau hanya 4.0×10⁻⁶/℃, yang bermaksud ia mempunyai kestabilan dimensi yang sangat baik apabila suhu berubah, dan tidak akan menghasilkan ubah bentuk yang jelas disebabkan oleh pengembangan dan penguncupan haba.
3. Kestabilan kimia yang luar biasa
Dari segi sifat kimia, karbida silikon hijau mempamerkan lengai yang sangat kuat. Ia boleh menahan kakisan kebanyakan asid, alkali dan larutan garam, dan boleh kekal stabil walaupun pada suhu tinggi. Eksperimen menunjukkan bahawa karbida silikon hijau masih boleh mengekalkan kestabilan yang baik dalam persekitaran pengoksidaan di bawah 1000 ℃, yang menjadikannya berpotensi untuk kegunaan jangka panjang dalam persekitaran yang menghakis.
4. Sifat elektrik khas
Karbida silikon hijau ialah bahan semikonduktor celah jalur lebar dengan lebar celah jalur 3.0eV, yang jauh lebih besar daripada 1.1eV silikon. Ciri ini membolehkannya menahan voltan dan suhu yang lebih tinggi, dan mempunyai kelebihan unik dalam bidang peranti elektronik kuasa. Di samping itu, karbida silikon hijau juga mempunyai mobiliti elektron yang tinggi, yang memungkinkan untuk membangunkan peranti frekuensi tinggi.
3. Proses penyediaan serbuk mikro karbida silikon hijau
Penyediaan serbuk mikro silikon karbida hijau terutamanya menggunakan proses Acheson. Kaedah ini mencampurkan pasir kuarza dan kok petroleum dalam perkadaran tertentu dan memanaskannya kepada 2000-2500 ℃ dalam relau rintangan untuk tindak balas. Silikon karbida hijau bergelombang yang dihasilkan oleh tindak balas menjalani proses seperti penghancuran, penggredan, dan penjerukan untuk akhirnya memperoleh produk serbuk mikro dengan saiz zarah yang berbeza.
Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, dengan kemajuan teknologi, beberapa kaedah penyediaan baru telah muncul. Pemendapan wap kimia (CVD) boleh menyediakan serbuk karbida silikon hijau skala nano ketulenan tinggi; kaedah sol-gel boleh mengawal saiz zarah dan morfologi serbuk dengan tepat; kaedah plasma boleh mencapai pengeluaran berterusan dan meningkatkan kecekapan pengeluaran. Proses baharu ini memberikan lebih banyak kemungkinan untuk pengoptimuman prestasi dan pengembangan aplikasi serbuk mikro karbida silikon hijau.
4. Kawasan aplikasi utama serbuk mikro karbida silikon hijau
1. Ketepatan pengisaran dan penggilap
Sebagai bahan pelelas superhard, serbuk mikro karbida silikon hijau digunakan secara meluas dalam pemprosesan ketepatan karbida bersimen, seramik, kaca dan bahan lain. Dalam industri semikonduktor, serbuk silikon karbida hijau ketulenan tinggi digunakan untuk menggilap wafer silikon, dan prestasi pemotongannya lebih baik daripada pelelas alumina tradisional. Dalam bidang pemprosesan komponen optik, serbuk silikon karbida hijau boleh mencapai kekasaran permukaan skala nano dan memenuhi keperluan pemprosesan komponen optik berketepatan tinggi.
2. Bahan seramik termaju
Serbuk karbida silikon hijau adalah bahan mentah yang penting untuk penyediaan seramik berprestasi tinggi. Seramik berstruktur dengan sifat mekanikal yang sangat baik dan kestabilan haba boleh dibuat melalui proses pensinteran penekan panas atau pensinteran tindak balas. Bahan seramik jenis ini digunakan secara meluas dalam komponen utama seperti pengedap mekanikal, galas dan muncung, terutamanya dalam keadaan kerja yang keras seperti suhu tinggi dan kakisan.
3. Peranti elektronik dan semikonduktor
Dalam bidang elektronik, serbuk silikon karbida hijau digunakan untuk menyediakan bahan semikonduktor celah jalur lebar. Peranti kuasa berdasarkan karbida silikon hijau mempunyai ciri kerja frekuensi tinggi, voltan tinggi dan suhu tinggi, dan menunjukkan potensi besar dalam kenderaan tenaga baharu, grid pintar dan bidang lain. Kajian telah menunjukkan bahawa peranti kuasa silikon karbida hijau boleh mengurangkan kehilangan tenaga lebih daripada 50% berbanding dengan peranti berasaskan silikon tradisional.
4. Pengukuhan komposit
Menambah serbuk silikon karbida hijau sebagai fasa tetulang kepada logam atau matriks polimer boleh meningkatkan kekuatan, kekerasan dan rintangan haus bahan komposit dengan ketara. Dalam bidang aeroangkasa, komposit silikon karbida berasaskan aluminium digunakan untuk mengeluarkan bahagian struktur yang ringan dan berkekuatan tinggi; dalam industri automotif, pad brek bertetulang silikon karbida menunjukkan rintangan suhu tinggi yang sangat baik.
5. Bahan dan salutan refraktori
Menggunakan kestabilan suhu tinggi karbida silikon hijau, bahan refraktori berprestasi tinggi boleh disediakan. Dalam industri peleburan keluli, bata refraktori silikon karbida digunakan secara meluas dalam peralatan suhu tinggi seperti relau letupan dan penukar. Di samping itu, salutan silikon karbida boleh memberikan perlindungan haus dan kakisan yang sangat baik untuk bahan asas, dan digunakan dalam peralatan kimia, bilah turbin dan bidang lain.