Tải bản đầy đủ

TÌM HIỂU ỨNG DỤNG của SILICON CACBUA

Tìm Hiểu Ứng Dụng Của Silicon Cacbua

TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT LÝ TỰ TRỌNG TP.HCM
KHOA CƠ KHÍ

----------

Lớp : 13CĐ-CK4

TÌM HIỂU ỨNG DỤNG
CỦA SILICON CACBUA

SV: 1: Huỳnh Văn Hạnh
2:
Lê Tiến Hải

1


Tìm Hiểu Ứng Dụng Của Silicon Cacbua


MỤC LỤC
I.
1.
2.

II.

III.

Khái quát về silicon cacbua......................................................... 1
Sơ lược lịch sử.............................................................................. 1
Khái niệm cơ bản......................................................................... 1
a. Cấu trúc................................................................................... 1
b. Kiểu mạng tinh thể................................................................. 2
Sản xuất......................................................................................... 4
1. Có sẵn trong tự nhiên ............................................................ 4
2. Silicon cacbua nhân tạo.......................................................... 4
Phân loại và ứng dụng ................................................................ 4
1. Silicon cacbua xanh ............................................................... 4
2. Silicon cacbua đen................................................................... 6

2


Tìm Hiểu Ứng Dụng Của Silicon Cacbua

Khái quát về silicon cacbua
1. Sơ lược về lịch sử
Silicon carbide được phát hiện bởi nhà phát minh người Mỹ Edward G. Acheson
trong năm 1891. Trong khi cố gắng để sản xuất kim cương nhân tạo, Acheson nóng
một hỗn hợp đất sét và than cốc bột trong một bát sắt, với cái bát và một carbon vòng
cung ánh sáng bình thường phục vụ như là các điện cực. Ông đã tìm thấy các tinh thể
màu xanh lá cây gắn liền với điện cực carbon và nghĩ rằng ông đã chuẩn bị một số hợp
chất mới của carbon và nhôm từ đất sét. Ông được gọi là hợp chất mới Carborundum
bởi vì hình thức khoáng chất tự nhiên của nhôm được gọi là corundum. Thấy rằng các
tinh thể xấp xỉ độ cứng của kim cương và ngay lập tức nhận ra tầm quan trọng của
khám phá của ông, Acheson áp dụng cho một bằng sáng chế của Mỹ. Sản phẩm đầu
tiên của ông ban đầu đã được cung cấp cho đánh bóng đá quý và bán với giá tương
đương với bụi kim cương tự nhiên. Hợp chất mới, đó là có thể đạt được từ nguyên liệu
giá rẻ và năng suất tốt, sớm trở thành một công nghiệp quan trọng mài mòn

Về thời Acheson đã khám phá của mình, Henri Moissan ở Pháp sản xuất một
hợp chất tương tự từ một hỗn hợp của thạch anh và carbon; nhưng trong một ấn phẩm
năm 1903, Moissan gán cho những phát hiện ban đầu cho Acheson. Một số cacbua
silic tự nhiên được tìm thấy ở Arizona trong thiên thạch Canyon Diablo và mang tên
Moissanite khoáng.
2. Khái niệm cơ bản
a. Cấu trúc
I.

Silicon carbide (SiC), còn được gọi là carborundum / k’ɑr b ə r ʌ n d əm /, là một hợp
chất của silic và carbon với công thức hóa học SiC. Nó xảy ra trong tự nhiên như
khoáng chất cực kỳ hiếm Moissanite. Silicon carbide bột đã được sản xuất hàng loạt từ
năm 1893 để sử dụng trong việc mài mòn. Hạt silicon carbide có thể được liên kết với
nhau bằng cách thiêu kết để tạo thành đồ gốm rất cứng được sử dụng rộng rãi trong các
ứng dụng đòi hỏi độ bền cao, chẳng hạn như hệ thống phanh xe, bộ ly hợp xe và các
tấm gốm trong áo khoác chống đạn. Ứng dụng điện tử silicon carbide như điốt phát
sáng (LED) và phát hiện trong radio đầu tiên đã được chứng minh khoảng năm 1907,
và ngày nay SiC được sử dụng trong các ứng dụng thiết bị điện tử bán dẫn có nhiệt độ
cao, hoặc điện áp cao, hoặc cả hai. Đơn tinh thể lớn của silicon carbide có thể được
trồng bởi các phương pháp Lely; chúng có thể được cắt thành đá quý gọi là Moissanite
tổng hợp. Silicon carbide với diện tích bề mặt cao có thể được sản xuất từ SiO 2 chứa
trong nguyên liệu thực vật.
3


Tìm Hiểu Ứng Dụng Của Silicon Cacbua

Nó xảy ra trong tự nhiên như Moissanite khoáng sản cực kỳ quý hiếm. Silicon carbide
bột đã được sản xuất hàng loạt từ năm 1893 để sử dụng như một mài mòn.
Công thức: CSI
Mật độ: 3.21 g/cm³
Điểm nóng chảy: 2730 °C
Khối lượng phân tử: 40.11 g/mol
IUPAC ID: Silicon Carbide

b.

Kiểu mạng tinh thể

Silicon carbide tồn tại trong khoảng 250 hình thức tinh thể. Các đa hình của SiC được
đặc trưng bởi một mạng tinh lớn của cấu trúc tinh thể tương tự gọi là thù hình tinh thể.
thù hình tinh thể là những biến thể của các hợp chất hóa học tương tự như giống hệt
nhau trong hai kích thước khác nhau và ở một phần ba. Vì vậy, thù hình tinh thể có thể
được xem như các lớp xếp chồng lên nhau theo một trình tự nhất định.

Hinh 2. 4H-SiC

Hình 1. 2H-SiC

4


Tìm Hiểu Ứng Dụng Của Silicon Cacbua

Hình 4. 3C-SiC

Hinh 3. 6H-SiC

Sử dụng những A, B, C là các yếu tố, chúng ta có thể xây dựng bất kỳ POLYTYPE
SiC. Trình bày ở trên là những ví dụ của các thù hình tinh thể hình lục giác 2H, 4H và
6H, 3C được ghi trong hệ thống phân loại Ramsdell nơi mà số chỉ ra lớp và thư cho
biết mạng Bravais. Cấu trúc 2H-SiC là tương đương với Wurtzit và bao gồm chỉ các
yếu tố A và B xếp chồng lên nhau như ABABAB. Các đơn vị tế bào 4H-SiC là hai lần
nữa, và nửa thứ hai là xoắn so với 2H-SiC, tạo thành xếp ABCB. Các tế bào 6H-SiC là
ba của 2H, và trình tự sắp xếp là ABCACB. Các khối 3C-SiC (không hiển thị) có ABC
5


Tìm Hiểu Ứng Dụng Của Silicon Cacbua

xếp chồng. Tất cả các biểu tượng trong các cấu trúc SiC có ý nghĩa nhất định: Số 3
trong 3C-SiC đề cập đến chu kỳ ba-kép của stacking (ABC) và chữ C biểu thị khối đối
xứng của tinh thể. 3C-SiC chỉ là POLYTYPE khối có thể. Các ABAB.v.v.. xếp chuỗi
Wurtzit được ký hiệu là 2H-SIC phản ánh hai lớp kép xếp chồng chu kỳ của nó và đối
xứng lục giác. Chu kỳ này tăng gấp đôi và gấp ba trong 4H và 6H-SiC. Gia đình của
thù hình tinh thể rhombohedral được dán nhãn của R, ví dụ 15R-SiC.
Alpha silicon carbide (SiC-α) là thù hình thường gặp nhất; nó được hình thành ở nhiệt
độ cao hơn 1700 °C và có một hình lục giác cấu trúc tinh thể (tương tự như Wurtzit).
Việc sửa đổi beta (β-SiC), với một cấu trúc tinh thể lập phương (tương tự như kim
cương), được hình thành ở nhiệt độ dưới 1.700 °C. Cho đến gần đây, hình thức phiên
bản beta tương đối ít sử dụng, mặc dù bây giờ có tăng năng suất trong việc sử dụng nó
như là một sự hỗ trợ cho các chất xúc tác không đồng nhất, do diện tích bề mặt của nó
cao hơn so với các hình thức alpha.
POLYTYPE

3C (β)

6H (α)

Cấu trúc tinh thể

Tinh thể lập phương

Lục giác

Nhóm không gian

T 2 d -F43m

C 4 6V -P6 3 mc

CF8

hP12

Biểu tượng Pearson
Hằng số mạng tinh thể
(Å)

4,3596

3,0810; 15.12

Mật độ (g / cm 3)

3.21

3.21

Bandgap (eV)

2,36

3,05

250

220

Module
lớn (MPa)

số

lượng

Sản xuất
1. Có sẵn trong tự nhiên
Được tìm thấy trong chỉ số lượng phút trong một số loại thiên thạch và tiền gửi
Corundum và Kimberlite, tự nhiên lần đầu tiên được tìm thấy vào năm 1893 như là
một phần nhỏ của thiên thạch Canyon Diablo ở Arizona do tiến sĩ Ferdinand Henri
Moissan. Silic Cacbua là khá phổ biến trong không gian. Silic Cacbua là một dạng phổ
biến của stardust tìm thấy xung quanh ngôi sao giàu cácbon, và ví dụ về stardust này
đã được tìm thấy trong tình trạng nguyên sơ trong các thiên thạch nguyên thủy. Các
II.

6


Tìm Hiểu Ứng Dụng Của Silicon Cacbua

cacbua silic tìm thấy trong không gian và trong các thiên thạch gần như là độc quyền
beta- đa hình. Phân tích của SiC hạt được tìm thấy trong thiên thạch Murchison, một
Chondrite Cacbon thiên thạch.
2. Silicon cacbua nhân tạo
Silicon được sản xuất bằng quá trình Acheson. Acheson là một quá trình tổng hợp
graphite và silicon carbide, được đặt tên sau khi phát minh ra nó Edward Goodrich
Acheson.
Quá trình này bao gồm nung nóng hỗn hợp đất sét (nhôm silicat) và bột than cốc
(carbon) trong một bát sắt. Vào năm 1890, Acheson ban đầu cố gắng tổng hợp kim
cương nhân tạo, nhưng kết thúc việc tạo tinh thể màu xanh của cacbua silic, mà ông
gọi là carborundum. Khi đun nóng đến 4150°C, silic được lấy ra, để lại graphite.
Acheson phát triển một lò điện hiệu quả dựa trên nhiệt điện trở, các thiết kế trong số
đó là cơ sở của hầu hết các sản xuất silicon carbide ngày hôm nay. Silicon carbide là
một tài liệu hữu ích trong làm đồ trang sức do tính chất mài mòn của nó, và điều này là
ứng dụng thương mại đầu tiên của quá trình Acheson.
Trong lò, một dòng điện đã được thông qua thông qua một lõi than chì, được bao
quanh bởi cát, muối, và carbon. Dòng điện làm nóng than chì và các vật liệu khác, cho
phép họ phản ứng, sản xuất một lớp silicon carbide quanh lõi than chì. Quá trình này
cho ra khí carbon monoxide. Có bốn phản ứng hóa học trong quá trình sản xuất silicon
carbide (SiC)
Phân loại và ứng dụng
1. Silicon cacbua xanh
Có màu xanh lá cây, cấu trúc tinh thể lập phương, độ cứng cao và khả
năng cắt mạnh mẽ, tính hóa học ổn định, dẫn nhiệt tốt. Vi mô hình dạng là một tinh thể
hình lục giác, độ cứng Mohs là 9.3, độ cứng Vickers là: 2670 - 2815Kg/mm 2. Trong
mài mòn, silicon carbide và rsquo có độ cứng cao hơn so với corundum, và xếp hạng
dưới dãy kim cương, CBN và boron carbide. Mật độ xen là 3,20 - 3.25G/mm 3, số mật
độ tự nhiên lượng lớn là 1.2 - 1.6g/mm 3 trọng lượng riêng là 3,20 ~ 3.25g/mm 3,
nguyên liệu được cốc dầu mỏ và lượng cát silicon nguyên chất, nối với muối, sau đó
nấu chảy trong lò hồ quang điện. Độ bền cơ học cao hơn so với corundum.
Ứng dụng chính:
Bán dẫn wafer và Pin năng lượng mặt trời. Tinh thể và ferrite đánh bóng;
gốm và đánh bóng chính xác thép đặc biệt. Ngoại quan và tráng công cụ mài mòn dùng
để cắt và đánh bóng; trừ kim loại màu, thủy tinh, đá, mã não và cao và trừ, là cấp đồ
trang sức cao cấp, vật liệu chịu lửa, kỹ thuật gốm sứ, các yếu tố nhiệt và nhiệt yếu tố.
III.

7


Tìm Hiểu Ứng Dụng Của Silicon Cacbua

Màu xanh lá cây silicon carbide được sử dụng cho dây cưa và trừ; cưa
đơn tinh silicon, polocrystalline silicon, kali arsenide, tinh thể thạch anh v.v… nó là kỹ
thuật chế biến nguyên liệu trong năng lượng mặt trời quang điện công nghiệp, bán và
trừ ngành công nghiệp và áp điện tinh thể ngành công nghiệp.
tính năng, độ tinh khiết cao và lớn tinh thể silicon carbide thỏi đảm bảo tuyệt vời khả
năng cắt và ổn định tình trạng thể chất. Hạt isometric với cạnh sắc nét, đảm bảo thậm
chí tự mài khả năng cắt vật liệu và tối thiểu TTV của các sản phẩm được cắt.
Kích thước hạt phân phối là hẹp và thậm chí chiệu nhiệt và chống và chịu lửa dưới tải
đảm bảo nhỏ dây mở rộng trong chế biến, phù hợp với tất cả các loại của dây thấy
máy.
Bề mặt hạt sở hữu đặc biệt, với bề mặt sạch sẽ và dễ dàng phù hợp với cắt chất lỏng,
như polyethyleneglycol và như vậy.
Làm chậm tốc độ ánh sáng

Hình 5. Thiết bị làm chậm tốc độ ánh sang

Bằng cách dùng một thiết bị silicon nhỏ xíu, các nhà khoa học tại hãng vi
tính IBM của Mỹ đã thành công trong việc làm chậm 1/300 lần tốc độ ánh sáng bình
thường.
Thiết bị này, được gọi là dụng cụ hướng dẫn sóng tinh thể, trong tương lai
có thể giúp chế tạo các loại vi tính sử dụng ánh sáng thay vì điện để liên lạc. Vi tính
loại này sẽ chỉ dùng một phần năng lượng so với máy vi tính hiện nay.
Ánh sáng di chuyển 300.000km/giây, nhưng nó có thể được làm chậm lại
trong các chất liệu phân tán cận cộng hưởng. Trong các thí nghiệm sơ bộ, các nhà
nghiên cứu thiết kế các máy khác nhau để làm chậm tốc độ ánh sáng trong phòng thí
nghiệm.
Các thí nghiệm này, làm lạnh ánh sáng bằng cách dùng các đám mây
nguyên tử cực lạnh, cần những thiết bị to lớn. Các nhà khoa học tại IBM nói thiết bị
8


Tìm Hiểu Ứng Dụng Của Silicon Cacbua

làm chậm ánh sáng của họ lần đầu tiên được chế tạo với vật liệu công nghiệp, và có
khả năng thương mại hóa.
Thiết bị hướng dẫn sóng tinh thể, lớn chưa tới nửa centimet, được làm
bằng silicon nhờ tiến trình chế tạo chip qui ước. Khi nung nóng thiết bị này, các nhà
khoa học có thể kiểm soát tốc độ ánh sáng trong khoảng 100 phần tỉ giây.
Thành tựu này một ngày kia có thể giúp chế tạo máy vi tính quang học,
theo Yurii Vlasov, nhà vật lý học tại Trung tâm Nghiên cứu Watson của IBM. Trong hệ
thống vi tính, việc làm các xung động ánh sáng chậm lại có thể mang dữ liệu rất
nhanh. Việc khai thác hiện tượng ánh sáng chậm có khả năng ứng dụng từ lưu trữ dữ
liệu bằng quang học cho đến truyền dữ liệu bằng quang học.

Hình 6: Bột
Silicon cacbua Đen

Thiết bị quang học truyền dữ liệu bằng các quang tử, hạt nhỏ nhất của ánh
sáng. Quan trọng hơn, thiết bị quang học tỏa nhiệt ít, lọai bỏ được vấn đề sức nóng và
tiêu thụ năng lượng của máy vi tính hiện đại.
2. Silicon cacbua đen
Thông số kỹ thuật

9


Tìm Hiểu Ứng Dụng Của Silicon Cacbua

Silic cacbua đen được sản xuất trong một loại lò điện nhiệt độ cao từ một
hỗn hợp của cát thạch anh và than cốc dầu khí. Nguyên liệu tuyệt vời làm cho độ cứng
và độ dẻo dai, hiệu quả cao và độ bền cao.
Thông số kỹ thuật:

Hình 7: Silicon Cacbua Đen

F12-f1200, p12-p2500
0-1mm, 1-3mm, 6/10, 10/18; 200 lưới, 325 mesh v.v…


Các ứng dụng:
+ Mài không màu vật liệu, đá, đá, da, cao su, kết thúc khó khăn và vật liệu cứng
+ Ngoại quan mài mòn công cụ, vỗ và đánh bóng
+ Được sử dụng rộng rãi như một phụ gia luyện kim và vật liệu chịu lửa.
Độ cứng cao hơn Corindon trắng, độ giòn cũng cao hơn. Thích hợp gia
công kim loại và phi kim loại có cường độ chịu kéo thấp như gang đúc, kim loại màu
như đồng vàng, chì v.v… và gốm, thủy tinh, đá cứng và giòn.
Mục Đích Thành Phần
Sử Dụng
Hóa (%)
SiC

Tính Chất Vật Lý

Fe203 Khoáng Cơ Cấu Tinh Thể Mật
Bản
Tạo
màu Độ(g/c
Tinh
10

Vi Độ
Cứng

Hệ Số
Tuyến
Tính


Tìm Hiểu Ứng Dụng Của Silicon Cacbua

m2)

Thể

(kg/mm2) (900oC a10-6k-1)

C
(Sử dụng
trong đá
mài chất
dính gốm)

≥ 98

≤0.6

α -SiC

Lục
Giác

Đen

>3.12

HV31003280

4.4

≥ 96

≤1.35

α -SiC

Lục
Giác

Đen

>3.12

HV31003280

4.4

C -B
(Sử dụng
trong đá
mài chất
dính
nhựa)

Phân Loại Hạt Mài Theo Nhóm
Phân nhóm hạt

Ký hiệu cở hạt

Rất thô

8, 10, 12, 14

Thô

16, 20, 22, 24, 30

Trung Bình

36, 46, 54, 60, 70, 80

Mịn

90, 100, 120, 150, 180

Rất Mịn

220, 240, 280, 320

Mịn Đặc Biệt

M28, M20, M14, M10, M7, M5
11


Tìm Hiểu Ứng Dụng Của Silicon Cacbua

Kích thước hạt mài
Nhóm hạt
Hạt cơ
bản

Ký hiệu cở hạt

Kích thước hạt mài (µm)

10

2360-2000

12

2000-1700

14

1700-1400

16

1400-1180

20

1180-1000

22

1000-850

24

850-710

30

710-600

36

600-500

40

500-425

46

425-355

54

355-300

60

300-250

70

250-212

80

212-180

90

180-150

100

150-125

120

125-106

140

106-75

180

90-63

220

75-53

240

44,5 + 2

320

29,2 +1,5

12


Tìm Hiểu Ứng Dụng Của Silicon Cacbua



Công cụ mài mòn và cắt

Đĩa làm bằng SiC cắt
Trong nghệ thuật, cacbua silic là một mài mòn phổ biến ở hiện đại do độ bền và chi phí
thấp của vật liệu. Trong sản xuất, nó được sử dụng phổ biến trong quá trình như mài,
mài giũa, cắt nước phun và phun cát. Các hạt cacbua silic được dát mỏng lên giấy để
tạo ra sandpapers và băng bám trên ván trượt.


Vật liệu cấu trúc

Silicon carbide được sử dụng cho các tấm chấn thương của áo khoác đạn đạo và trong
áo giáp tổng hợp (ví dụ như áo giáp Chobham) và trong các tấm gốm trong áo khoác
chống đạn. Rồng da, được sản xuất bởi Pinnacle Armor
Trong những năm 1980 và 1990, silicon carbide đã được nghiên cứu trong một số
chương trình nghiên cứu cho tua bin khí nhiệt độ cao ở châu Âu, Nhật Bản và Hoa Kỳ.
Các thành phần được dùng để thay thế niken superalloy tuabin cánh quạt hoặc cánh
quạt phun. Tuy nhiên, không ai trong số các dự án này dẫn đến một số lượng sản xuất,
chủ yếu là do tác động kháng thấp và gãy xương thấp độ dẻo dai.
Silicon carbide được sử dụng như một sự hỗ trợ và giá đỡ vật chất trong lò nhiệt độ
cao như để bắn gốm sứ, thủy tinh nung chảy, hoặc đúc thủy tinh. SiC kệ lò nhẹ hơn
đáng kể và bền hơn so với kệ nhôm truyền thống.


Phụ tùng ô tô

Porsche Carrera GT carbon-ceramic (silicon carbide) đĩa phanh.

Hinh 8: Phanh dĩa

Silicon carbide được sử dụng cho hiệu suất cao "gốm" phanh đĩa, vì nó có thể chịu
được nhiệt độ khắc nghiệt. Silic phản ứng với than chì trong sản phẩm carbon-carbon
13


Tìm Hiểu Ứng Dụng Của Silicon Cacbua

để trở thành sợi carbon gia cố silicon carbide (C/SiC). Các đĩa này được sử dụng trên
một số mẫu xe đường phố đang diễn ra các môn thể thao, siêu xe, cũng như chiếc xe
hoạt động khác bao gồm cả Porsche Carrera GT, những Bugatti Veyron, các Chevrolet
Corvette ZR1, Bentley, Ferrari, Lamborghini, một số hiệu suất cao cụ thể Audis, và
McLaren P1. Silicon carbide cũng được sử dụng trong một kết dính có hình thức cho
bộ lọc hạt diesel. SiC cũng được sử dụng như một chất phụ gia dầu để giảm ma sát.


Hệ thống điện

Các ứng dụng điện đầu tiên của SiC là trong thiết bị chống sét trong các hệ thống năng
lượng điện. Các thiết bị này phải thể hiện cao sức đề kháng cho đến khi điện áp trên
chúng đạt đến một ngưỡng nhất định VT, lúc này sức đề kháng của họ phải giảm
xuống mức thấp hơn và duy trì mức này cho đến khi điện áp giảm xuống dưới VT.
Nó đã được công nhận sớm rằng SiC có một sức đề kháng điện áp phụ thuộc như vậy,
và như vậy cột của SiC viên đã được kết nối giữa điện áp cao đường dây điện và trái
đất. Khi sét đánh vào dòng làm tăng dòng điện áp đầy đủ, cột SiC sẽ tiến hành, cho
phép đình công hiện tại để vượt qua xà ngang xuống đất thay vì dọc theo đường dây
điện. Cột SiC như chứng minh để thực hiện đáng kể ở điện áp hoạt động dây dẫn điện
bình thường và do đó phải được đặt với một khoảng cách tia lửa. Khoảng cách tia lửa
này được ion hóa và trả lại dẫn điện khi sét làm tăng điện áp của dây dẫn đường dây
điện, do đó hiệu quả kết nối các cột SiC giữa dây dẫn điện và trái đất. Spark khoảng
trống được sử dụng trong thiết bị chống sét không đáng tin cậy, hoặc không đánh một
vòng cung khi cần thiết hoặc không tắt sau đó, trong trường hợp này do không vật chất
hay ô nhiễm bởi bụi, làm muối. Cách sử dụng của cột SiC ban đầu được dự định để
loại bỏ sự cần thiết cho khoảng cách tia lửa trong một chống sét. Thiết bị chống sét
gapped SiC được sử dụng như một công cụ chống sét bảo vệ.


Thiết bị điện tử điện

Silicon carbide là một chất bán dẫn trong nghiên cứu và đầu sản xuất hàng loạt cung
cấp lợi thế cho nhanh, nhiệt độ cao và các thiết bị điện cao áp. Thiết bị đầu tiên có thể
là Schottky diode, tiếp theo là Junction FET cửa khẩu và MOSFET cho chuyển đổi
năng lượng cao. Transistor lưỡng cực và thyristor hiện đang được phát triển. Một vấn
đề lớn đối với SiC thương mại đã được loại bỏ các khiếm khuyết: trật khớp cạnh, vít
lệch mạng (cả hai đều rỗng và đóng cửa chính), khiếm khuyết hình tam giác và lệch
mạng máy bay cơ bản. Kết quả là, các thiết bị được làm bằng tinh thể SiC ban đầu hiển
thị nghèo nghẽn mặc dù các nhà nghiên cứu đã dự kiến việc tìm kiếm các giải pháp để
cải thiện hiệu suất phân tích ngược lại. Ngoài từ chất lượng tinh thể, các vấn đề với
14


Tìm Hiểu Ứng Dụng Của Silicon Cacbua

giao diện của SiC với silicon dioxide đã cản trở sự phát triển của MOSFETs điện SiC
dựa trên và cách ly cửa khẩu transistor lưỡng cực . Mặc dù cơ chế vẫn chưa rõ ràng,
nitridation đã giảm đáng kể các khiếm khuyết gây ra các vấn đề giao diện. Trong năm
2008, thương mại đầu tiên JFETs đánh giá ở V 1200 đã được giới thiệu ra thị trường,
sau đó vào năm 2011 bởi các MOSFET thương mại đầu tiên đánh giá ở 1200 V. Bên
cạnh công tắc SiC và SiC Schottky diode (còn rào Schottky diode - SBD) trong phổ
biến TO-247 và TO220 gói, các công ty bắt đầu sớm hơn để thực hiện các chip trần
của họ vào các mô-đun năng lượng điện tử. SiC SBD điốt phát rộng thị trường lan
truyền được sử dụng trong PFC mạch và IGBT mô-đun năng lượng . Hội nghị như Hội
nghị quốc tế về tích hợp hệ thống điện điện tử (CIPS) báo cáo thường xuyên về tiến bộ
công nghệ của các thiết bị điện SIC. Những thách thức lớn đối với giải thoát đầy đủ
các khả năng của các thiết bị điện SiC là:

Ổ cửa khẩu: Thiết bị SiC thường yêu cầu các cấp điện áp ổ cửa khẩu khác với
các đối tác silicon của họ và có thể còn unsymmetic. Ví dụ như + 20V và 5V.

Bao bì: chip SiC (Die (mạch tích hợp)) có thể có mật độ năng lượng cao hơn các
thiết bị điện silicon và có thể xử lý nhiệt độ cao vượt quá giới hạn của silicon 150 °C.
New chết đính kèm công nghệ như thiêu kết được yêu cầu để có được hiệu quả nhiệt ra
khỏi các thiết bị và đảm bảo một kết nối đáng tin cậy.


Đèn LED.

Hình 9: Đèn LED

Các hành động LED đầu tiên được chứng minh vào năm 1907 sử dụng SiC và các đèn
LED thương mại đầu tiên đã được một lần nữa dựa trên SiC. Đèn LED màu vàng làm
từ 3C-SiC được sản xuất tại Liên Xô vào những năm 1970, và những người màu xanh
(6H-SiC) trên toàn thế giới trong những năm 1980. Việc sản xuất đã sớm dừng lại vì
gallium nitride cho thấy sáng hơn 10-100 lần phát thải. Sự khác biệt về hiệu quả này là
do sự không thuận lợi bandgap gián tiếp của SiC, trong khi GaN có một bandgap trực
tiếp mà ủng hộ phát xạ ánh sáng. Tuy nhiên, SiC vẫn là một trong những thành phần
15


Tìm Hiểu Ứng Dụng Của Silicon Cacbua

quan trọng LED. Nó là một chất nền phổ biến cho việc phát triển các thiết bị GaN, và
nó cũng phục vụ như một tản nhiệt đèn LED công suất cao.


Thiên văn học.

Hệ số thấp nhiệt mở rộng, độ cứng cao, độ cứng và độ dẫn nhiệt làm cho silicon
carbide một mong muốn gương vật chất cho thiên văn kính thiên văn. Các công nghệ
phát triển (hóa học hơi lắng đọng) đã được mở rộng để sản xuất đĩa của siliccacbua đa
tinh thể lên đến 3,5 mét, đường kính, và một số kính thiên văn (như Kính viễn vọng
không gian Herschel) đã được trang bị SiC quang học.
Các hạt nhiên liệu hạt nhân.
Silicon carbide là một vật liệu quan trọng trong TRISO hạt nhân liệu tráng, các loại
nhiên liệu hạt nhân được tìm thấy trong khí ở nhiệt độ cao làm mát lò phản ứng (chẳng
hạn như giường ngủ lò phản ứng pebble) một lớp silicon carbide cho nhiên liệu hạt
tráng hộ trợ cấu trúc và là rào cản phổ biến chính để phát hành các sản phẩm phân
hạch.
 Trang sức.


Silicon carbide là một loại đá quý được sử dụng trong đồ trang sức, cacbua silic được
gọi là “Moisanite tổng hợp” hoặc chỉ “Moisanite” sau tên khoáng sản. Moisanite tương
tự như kim cương trong một số khía cạnh quan trọng (9-9,5 trên thang Mohs, so với 10
cho kim cương), với một chỉ số khúc xạ giữa 2,65 và 2,69 (so với 2,42 cho kim
cương). Moissanite có phần khó khăn hơn so với thông thường khối zirconia. Không
giống như kim cương, Missanite có thể mạnh mẽ lưỡng thiết. Vì lý do này, đồ trang
sức Moissanite được cắt dọc theo trục quang của tinh thể để giảm thiểu hiệu ứng lượng
thiết. Nó nhẹ hơn (mật độ 3,21g /cm3 so với 3,53g / cm3) và nhiều khả năng chịu nhiệt
hơn kim cương. Điều này dẫn đến một đột phá cao hơn, mặt sắc nén hơn và khả năng
phục hồi tốt. Đá Moissanite lỏng có thể được đặt trực tiếp vào khuôn sáp chuông cho
đúc sáp mất cũng như cộng kim cương, như Moissanite vẫn không bị hư hại bởi nhiệt
độ lên đến 1.800°C. Moissanite đã trở thành phổ biến như là một vật liêu thay thế cho

Hinh 10: Trang Sức Moissanite

16


Tìm Hiểu Ứng Dụng Của Silicon Cacbua

kim cương, và có thể được xác định nhầm là kim cương, vì tính dẫn nhiệt nó là gần với
kim cương hơn bất kỳ nào khác. Nhiều thiết bị kiểm tra kim cương không thể phân biệt
được kim cươngMoissanite, nhưng đá quý là khác biệt của nó trong lưỡng chiết và
phát huỳnh quan màu xanh lá cây hoặc màu vàng rất nhẹ dưới ánh sáng cực tím. Một
số đá Moissanite cũng có thể bị đã cong mà kim cương thì không bao giờ có.
 Miếng silicon carbide được sử dụng trong sản xuất thép.
Silicon carbide, hòa tan trong một lò oxy cơ bản sử dụng để làm thép, hoạt động như
một nhiên liệu. Năng lượng giải phóng cho phép thêm lò để xử lý phế liệu hơn với
cùng tội của kim loại nóng. Nó cũng có thể được sử dụng để làm tăng nhiệt độ máy và
điều chỉnh nội dung carbon và silicon. Silicon carbide là rẻ hơn so với một sự kết hợp
của ferrosilicon và carbon, sản xuất thép sạch hơn và ít khí thải do mức độ thấp của
nguyên tố vi lượng, có hàm lượng khí thấp, và không thấp hơn nhiệt độ của thép.
 Chất xúc tác hỗ trợ.
Cuộc kháng chiến tự nhiên để quá trình oxy hóa trưng bày bởi cacbua silic, cũng như
việc phát hiện ra cách thức mới để tổng hợp các hình thức β-SiC khối, với diện tích lớn
hơn bề mặt của nó, đã dẫn đến sự quan tâm đáng kể trong việc sử dụng nó như là một
đồng nhất hỗ trợ chất xúc tác. Hình thức này đã được sử dụng như là một chất xúc tác
hỗ trợ cho quá trình oxy hóa của hydrocarbon, như n-butan, để anhydride maleic.
 Carborundum tranh in.
Silicon carbide được sử dụng trong carborundum tranh in- một collagraph tranh in kỹ
thuật. Carborundum grit được áp dụng trong một dán lên bề mặt của một tấm nhôm.
Khi dán khô, mực được áp dụng và bị mắc kẹt trong bề mặt dạng hạt của nó, sau đó bị
xóa sổ từ các khu vực trống của đĩa. Các tấm mực sau đó được in trên giấy trong một
báo chí cán giường sử dụng chotranh in chìm. Kết quả là một bản in nhãn hiệu sơn nổi
vào tờ giấy.
 Sản xuất graphene.
Silicon carbide được sử dụng để sản xuất epitaxy graphene bằng than chì ở nhiệt độ
cao. Đây được xem là một trong những phương pháp đầy hứa hẹn để tổng hợp
graphene ở quy mô lớn cho các ứng dụng thực tế.
 Hết 

17


Tìm Hiểu Ứng Dụng Của Silicon Cacbua

TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Di Pierro S., Gnos E., Grobety BH, Armbruster T., Bernasconi SM, và Ulmer P.
(2003) "Rock-hình thành Moissanite (tự nhiên α-silicon carbide)".
2. Kelly, Jim. "The Astrophysical Nature của Silicon Carbide" . Đại học College
London. Lấy 2009-06-06.
3. Bunsell, AR; Piant, A. (2006). "Một đánh giá về sự phát triển của ba thế hệ của
đường kính sợi nhỏ silicon carbide ", Tạp chí Khoa học Vật liệu 41 (3):.. 823
Bibcode : 2006JMatS..41..823B . doi : 10,1007 / s10853-006-6566-z .
4. Cheung, Rebecca (2006). Silicon carbide hệ thống vi cơ điện tử cho các môi
trường khắc nghiệt . Imperial College Press. p. 3. ISBN 1-86094-624-0 .
5. Carpenter, David; Ahn, K .; Kao, SP; Hejzlar, Pavel; Kazimi, Mujid S. "Đánh
giá của Silicon Carbide ốp cho hiệu suất cao lò phản ứng nước nhẹ" . Chương
trình Cycle nhiên liệu hạt nhân, Tập MIT-NFC-TR-098 (2007) . Lưu trữ từ bản
gốc vào 2012-04-25 .

18



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×