Milyen tényezők befolyásolják a szilícium-karbid termékek magas hővezető képességét

Szilícium-karbid , a szilícium-karbidot széles körben használják különféle ipari területeken jó fizikai és kémiai tulajdonságainak köszönhetően, különösen magas hővezető képessége miatt, amely jól teljesít olyan esetekben, amikor hőelvezetésre van szükség. A szilikonizált szénanyagok előnyei a magas hővezetőképesség, a magas hőmérséklet-állóság, a kopásállóság és a korrózióállóság, és széles körben használják elektronikai eszközökben, hőcserélőkben, félvezetőgyártásban és más területeken. A szilikonizált szén hővezető képessége azonban nem rögzített, és számos tényező befolyásolja. Az alábbiakban a szilikonizált széntermékek magas hővezető képességét befolyásoló tényezőket elemzem kristályszerkezet, anyagtisztaság, hőmérséklet, adalékanyagok és feldolgozási technológia szempontjából.

1. A kristályszerkezet befolyása
A szilikonizált szén magas hővezető képessége egyedülálló kristályszerkezetével függ össze. A szilikonizált szénnek főként két kristályszerkezete van: α-típusú (hatszögletű szerkezet) és β-típusú (köbös szerkezet). Szobahőmérsékleten a β-típusú szilikonozott szén hővezető képessége valamivel magasabb, mint az α-típusú szilikonozott széné. A β-típusú szilikonozott szén atomi elrendezése tömörebb, a rácsrezgés rendezettebb, a hőellenállás csökken. Ezért a megfelelő kristályszerkezet kiválasztásával javítható az anyag hővezető képessége.
Magas hőmérsékletű környezetben azonban az α-típusú kovasavas szén fokozatosan jobb hőstabilitást mutat. Bár szobahőmérsékleten valamivel alacsonyabb a hővezető képessége, magas hőmérsékleten jó hővezető képességet képes fenntartani. Ez azt jelenti, hogy bizonyos alkalmazási környezetekben döntő fontosságú a megfelelő kristályszerkezet kiválasztása.

2. Az anyagtisztaság befolyása
A szilíciumos széntartalmú anyagok hővezető képessége nagymértékben függ azok tisztaságától. A nagyobb tisztaságú kovasavas szénkristályokban kevesebb a szennyeződés, és a hőátadás során a rácsrezgések szóródása is csökken, így a hővezető képesség javul. Éppen ellenkezőleg, az anyagban lévő szennyeződések rácshibákat képeznek, akadályozzák a hőáramlást, és csökkentik a hővezetési hatékonyságot. Ezért a szilíciumtartalmú szénanyagok nagy tisztaságának megőrzése a gyártás során kulcsfontosságú az egyéb magas hővezetőképesség biztosításához.
Néhány visszamaradt szennyeződés, például fém-oxidok vagy más amorf anyagok termikus gátakat képeznek a szilícifikált szénkristályok szemcsehatárain, jelentősen csökkentve az anyag hővezető képességét. Ezek a szennyeződések növelik a termikus ellenállást a szemcsehatárokon, különösen magasabb hőmérsékleten. Ezért a nyersanyagok és a gyártási folyamatok tisztaságának szigorú ellenőrzése az egyik kulcsfontosságú lépés a szilícifikált szén hővezető képességének javításában.

3. A hőmérséklet hatása a hővezető képességre
A hőmérséklet az egyik fontos tényező, amely befolyásolja a szén-szilicid hővezető képességét. A hőmérséklet növekedésével az anyagban a rácsrezgés fokozódik, ami fokozott fononszórást eredményez, ami befolyásolja a hővezetést. Alacsony hőmérsékletű környezetben a szén-szilicid anyagok hővezető képessége viszonylag magas, de a hőmérséklet emelkedésével a hővezető képesség fokozatosan csökken.
A szén-szilicid hővezető képessége különböző hőmérsékleti tartományokban változik. Általánosságban elmondható, hogy a szén-szilicid hővezető képessége alacsony hőmérsékleten kiemelkedőbb, de amikor a hőmérséklet meghaladja az 1000 °C-ot, a hővezető képessége fokozatosan gyengül. Ennek ellenére a szén-szilicid hővezető képessége magas hőmérsékletű környezetben még mindig jobb, mint a legtöbb más kerámiaanyagnál.

4. Dopping elemek hatása
A szén-szilicid anyagok hővezető képességének optimalizálása érdekében az iparban általában bevezetnek bizonyos adalékanyagokat, amelyek megváltoztathatják az anyag kristályszerkezetét és elektromos tulajdonságait, ezáltal befolyásolva a hővezető képességet. Például a nitrogénnel vagy alumíniummal való adalékolás megváltoztathatja a szén-szilicid hővezető képességét.
A dopping azonban negatív hatásokat is okozhat. Ha az adalékkoncentráció túl magas, a kristályszerkezet hibái megnövekednek, és az adalékolt atomok kölcsönhatásba lépnek a rácsatomokkal, ami fokozott rácsrezgést, megnövekedett hőellenállást és végső soron az anyag hővezető képességének csökkenését eredményezi. Ezért az adalékanyag típusát és koncentrációját pontosan szabályozni kell, hogy minimálisra csökkentsük a hővezető képességre gyakorolt ​​negatív hatást, miközben más tulajdonságokat (például elektromos vezetőképességet) javítunk.

5. Feldolgozási technológia befolyása
A szilikonozott szén anyagok gyártási folyamata közvetlen hatással van a hővezető képességükre. A különböző gyártási módszerek, mint például a szinterezési folyamat, a forró sajtolás és a gőzleválasztás befolyásolják az anyag szemcseméretét, sűrűségét és porozitását, amelyek mindegyike befolyásolja a hővezető képességet.
Például a melegsajtolásos szinterezéssel előállított szilikonozott szén anyagok általában nagyobb sűrűséggel és kevesebb pórussal, rövidebb hővezetési útvonalakkal rendelkeznek, és ezért jobb a hővezető képességük. A hagyományos szinterezési módszerekkel előállított szilikonozott szénanyagok több pórust és mikroszkopikus hibát tartalmazhatnak, ami megnöveli a hőellenállást és csökkenti a hővezető képességet.