يتميز مسحوق β-SiC (كربيد السيليكون المكعب 3C-SiC) بنشاط تلبيد فائق مقارنةً بمسحوق α-SiC (كربيد السيليكون السداسي الأخضر/الأسود). فهو يُتيح تكثيفه عبر التلبيد منخفض الحرارة والضغط، والضغط الساخن، والضغط المتساوي الساخن. تُوفر بلورته المكعبة خصائص حرارية ميكانيكية متجانسة مع حبيبات دقيقة ومنتظمة. بعد تلبيده بمسحوق عالي النقاوة، يُمكن تصنيعه إلى خزف إنشائي لمعدات أشباه الموصلات، وأجزاء هيكلية مقاومة للتآكل والصدأ، وأثاث أفران عالية الحرارة، ومواد تقوية للمركبات ذات المصفوفة الخزفية.
مزايا المواد الأساسية للسيراميك المتلبد
- نشاط تلبيد عالٍ : بالمقارنة مع كربيد السيليكون ألفا (α-SiC)، يتلبد كربيد السيليكون بيتا (β-SiC) عند درجة حرارة أقل ويحقق كثافة عالية بسهولة. وهو مناسب للتلبيد بدون ضغط لإنتاج مكونات كبيرة الحجم ومعقدة الشكل، مما يقلل من صعوبة التلبيد وتكاليف الإنتاج.
- الأداء المتساوي الخواص : لا يُظهر البلور المكعب أي اختلاف اتجاهي في الخصائص الحرارية والميكانيكية، مما يضمن اتساقًا جيدًا في الأبعاد وتشوهًا منخفضًا بعد التشغيل الدقيق.
- حبيبات دقيقة وقوة عالية : تتميز الأجسام المتلبدة بحبيبات دقيقة وقوة انحناء عالية ومقاومة ممتازة للصدمات الحرارية، مما يقاوم التشقق في ظل دورات التسخين والتبريد السريعة.
- مقاومة عالية للتآكل والتآكل الكيميائي، وموصلية حرارية عالية : مقاومة للتآكل الناتج عن الأحماض والقلويات القوية، والأكسدة في درجات الحرارة العالية؛ موصلية حرارية عالية ومعامل تمدد حراري منخفض. تحتوي الدرجة عالية النقاء على شوائب معدنية منخفضة للغاية لتلبية متطلبات نظافة أشباه الموصلات.
- تعديل التطعيم متاح : يمكن تحقيق الأداء الموصل أو شبه الموصل عن طريق التطعيم بالتلبيد لتلبية ظروف التشغيل الكهربائية.
سيناريوهات التطبيق الرئيسية
1. مكونات خزفية متلبدة لمعدات أشباه الموصلات (مسحوق β-SiC عالي النقاء)
مُلبَّدة من مسحوق β-SiC عالي النقاء (يختلف عن الأجزاء المتجانسة المصنعة بتقنية الترسيب الكيميائي للبخار)، لاستبدال عمليات التصنيع التقليدية محليًا: – حجرة حفر البلازما: حلقة الحافة، حلقة التركيز، بطانة الحجرة، قاعدة الدعم العازلة – معدات المعالجة الحرارية/الترسيب الطبقي: حامل الرقاقة، قارب الرقاقة، ذراع الكابولي، أنبوب الفرن، حاجز الحماية الحرارية – معدات الصقل والفحص: ظرف تفريغ خزفي، رقاقة وهمية، مكونات منصة الحركة الدقيقة
ملاحظة: إن مادة β-SiC المتلبدة أقل جودة من مادة CVD-β-SiC المتجانسة من حيث النقاء والكثافة، ومع ذلك فهي تتمتع بمزايا تكلفة بارزة لتطبيقات العقد الناضجة.
2. السيراميك الهيكلي الصناعي المقاوم للتآكل والتآكل
– حلقات مانعة للتسرب ميكانيكية، محامل سيراميكية، بطانات مقاومة للتآكل لصمامات المضخات، فوهات السفع الرملي، فوهات الاحتراق – أجزاء مقاومة للتآكل والتآكل للصناعات الكيميائية والمعادن غير الحديدية ضد التآكل القوي والمتوسط
3. المكونات الحرارية لأفران درجات الحرارة العالية
قضبان دوارة، وعوارض، وألواح رفوف، وأحواض، وبواتق، وأنابيب حماية مزدوجة حرارية، وأنابيب تسخين إشعاعي. تُستخدم في أفران الأسطوانات وأفران المعالجة الحرارية، وتتميز بمقاومة جيدة للصدمات الحرارية لدورات ارتفاع وانخفاض درجة الحرارة المتكررة، وعمر خدمة أطول من أثاث أفران كربيد السيليكون ألفا التقليدي.
4. مراحل التقوية للمركبات ذات المصفوفة الخزفية (CMC)
يعمل مسحوق / شعيرات β-SiC كحشو مقوي للسيراميك المركب SiC/SiC، ويتم تطبيقه في المكونات الهيكلية الحرارية ذات درجات الحرارة العالية والأجزاء الواقية المقاومة للصدمات الحرارية في مجال الطيران والفضاء لتحسين المتانة ومقاومة الصدمات الحرارية.
5. مكونات الحماية العسكرية والمكونات الخاصة ذات درجات الحرارة العالية
ألواح دروع سيراميكية مضادة للرصاص، ومكونات خفيفة الوزن مضادة للصدمات؛ وأجزاء هيكلية مقاومة للإشعاع ودرجات الحرارة العالية للصناعة النووية، مقاومة للتآكل الناتج عن درجات الحرارة العالية وأضرار الإشعاع.
المعايير التقنية الرئيسية لسيراميك β-SiC المتلبد
| غرض | سيراميك β-SiC المتلبد |
|---|---|
| الطور البلوري | β-SiC (طور مكعب 3C-SiC) |
| نقاء | ≥99.99% (درجة أشباه الموصلات) |
| كثافة | 3.18-3.20 جم/سم³ |
| الموصلية الحرارية | 220-280 واط/(م·ك) |
| قوة الانحناء | 420-520 ميجا باسكال |
| المقاومة الحجمية | 0.01-10 أوم·سم (قابلة للضبط عن طريق التطعيم) |
| أقصى درجة حرارة للخدمة | 1400 درجة مئوية تحت الفراغ؛ 1700 درجة مئوية في الهواء |
