เหตุผลในการใช้ซิลิคอนคาร์ไบด์สีเขียว (GC) ในวัสดุคอมโพสิต SiC/Al
ซิลิคอนคาร์ไบด์สีเขียวมีคุณสมบัติเด่นคือ ความบริสุทธิ์สูง ปริมาณสิ่งเจือปนต่ำ การนำความร้อนดีเยี่ยม และความเสถียรของโครงสร้าง พร้อมทั้งปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นที่ส่วนต่อประสานที่ควบคุมได้ดี ทำให้สามารถผลิตวัสดุคอมโพสิต SiC/Al ที่มีการนำความร้อนสูง การขยายตัวทางความร้อนต่ำ และความแข็งแรงเชิงกลที่เหนือกว่า
1. ความบริสุทธิ์และปริมาณสิ่งเจือปน: ปัจจัยควบคุมเสถียรภาพของพื้นผิวสัมผัส
ซิลิคอนคาร์ไบด์สีเขียว: ปริมาณ SiC ≥ 98.5%–99.2% (สูงถึง 99.9% สำหรับเกรดพรีเมียม); สิ่งเจือปนของเหล็กและอะลูมิเนียมทั้งหมด ≤ 0.17%, สิ่งเจือปนโลหะ < 5 ppm, และแทบไม่มีซิลิคอนอิสระหรือคาร์บอนอิสระ
ผลกระทบสำคัญ: อะลูมิเนียมหลอมเหลวมีแนวโน้มที่จะทำปฏิกิริยากับซิลิคอนคาร์ไบด์ที่อุณหภูมิสูงและก่อตัวเป็นอะลูมิเนียมคาร์ไบด์ (Al₄C₃) ซึ่งเป็นเฟสที่เปราะและแตกเป็นผงได้ง่ายเมื่อสัมผัสกับน้ำ ซิลิคอนคาร์ไบด์สีเขียวที่มีสิ่งเจือปนน้อยกว่าและปริมาณออกซิเจนต่ำกว่า ช่วยยับยั้งปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นที่ส่วนต่อประสาน ลดผลพลอยได้ที่เปราะบาง และรับประกันการยึดเกาะที่ส่วนต่อประสานอย่างมั่นคง
2. การนำความร้อนและการขยายตัวทางความร้อน: ความเข้ากันได้กับเมทริกซ์อะลูมิเนียม
ซิลิคอนคาร์ไบด์สีเขียว: ค่าการนำความร้อนอยู่ในช่วง 120–350 วัตต์/(เมตร·เคลวิน); ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน (CTE) อยู่ที่ 4.5–5.5 ppm/℃ ซึ่งใกล้เคียงกับอะลูมิเนียม (23 ppm/℃)
ผลกระทบสำคัญ: วัสดุคอมโพสิต SiC/Al ถูกนำไปใช้อย่างกว้างขวางในการระบายความร้อนในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ โครงสร้างอากาศยาน และชิ้นส่วนเบรกของรถยนต์ ซึ่งการนำความร้อนสูงและการขยายตัวทางความร้อนต่ำเป็นสิ่งสำคัญ การใช้ซิลิคอนคาร์ไบด์ที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมสามารถควบคุมค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน (CTE) ของวัสดุคอมโพสิตสำเร็จรูปให้อยู่ภายใน 6–12 ppm/℃ และบรรลุค่าการนำความร้อน 200–250 W/(m·K) ซึ่งให้ความเสถียรของมิติและประสิทธิภาพการระบายความร้อนที่ยอดเยี่ยม
3. ความแข็ง ความแข็งแรง และความต้านทานการสึกหรอ: ประสิทธิภาพการเสริมแรงแกนกลาง
ซิลิคอนคาร์ไบด์สีเขียวมีค่าความแข็งตามมาตราโมห์ 9.5 มีโครงสร้างผลึกสมบูรณ์และมีข้อบกพร่องภายในน้อยที่สุด คงความแข็งแรงเชิงกลสูงแม้ที่อุณหภูมิสูงถึง 1000 ℃
ผลกระทบสำคัญ: ในฐานะสารเสริมแรง ซิลิคอนคาร์ไบด์สีเขียวช่วยเพิ่มความแข็ง ความต้านทานการสึกหรอ ความแข็งแรงดึง และความแข็งแรงดัดของเมทริกซ์อะลูมิเนียมได้อย่างมาก เมื่อเติมในปริมาณร้อยละ 20–30 จะช่วยเพิ่มความต้านทานการสึกหรอได้ 3 ถึง 5 เท่า และความแข็งแรงเชิงกลได้ 50% ถึง 100%
4. ความเสถียรทางเคมีและความสามารถในการแปรรูป: ความสามารถในการปรับตัวให้เข้ากับการผลิตวัสดุคอมโพสิต
ซิลิคอนคาร์ไบด์สีเขียวมีคุณสมบัติเฉื่อยทางเคมีสูง ทนต่อกรดและด่างได้ดี และทนต่อการออกซิเดชันได้ดีเยี่ยม แทบจะไม่ทำปฏิกิริยากับอะลูมิเนียม แมกนีเซียม และโลหะอื่นๆ ที่อุณหภูมิต่ำกว่า 1400 ℃ รูปทรงเม็ดที่สม่ำเสมอและพื้นผิวที่สะอาดช่วยให้การเปียกตัวกับอะลูมิเนียมหลอมเหลวดี ทำให้สามารถผลิตได้อย่างเสถียรผ่านกระบวนการแทรกซึมแบบกวน การแทรกซึมแบบใช้แรงดัน และโลหะวิทยาผง และช่วยเพิ่มอัตราผลผลิตโดยรวม
5. การเปรียบเทียบระหว่างซิลิคอนคาร์ไบด์สีเขียวสำหรับวัสดุคอมโพสิต SiC/Al
| รายการเปรียบเทียบ | ซิลิคอนคาร์ไบด์สีเขียว (GC) | ผลกระทบต่อวัสดุคอมโพสิต SiC/Al |
|---|---|---|
| ความบริสุทธิ์ของ SiC | 98.5%–99.2% | ความบริสุทธิ์ที่สูงขึ้นช่วยให้การเชื่อมต่อมีเสถียรภาพมากขึ้น |
| สิ่งเจือปน (เหล็ก + อลูมิเนียม) | ≤ 0.17% | ปริมาณสารเจือปนที่ต่ำลงจะลดการเกิด Al₄C₃ |
| การนำความร้อน | 120–350 วัตต์/(เมตร·เคลวิน) | ค่าการนำความร้อนที่สูงขึ้นจะช่วยระบายความร้อนได้ดีขึ้น |
| ซีทีอี | 4.5–5.5 ppm/℃ | ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนที่ต่ำกว่าจะช่วยให้เสถียรภาพด้านมิติดีขึ้น |
| ปฏิกิริยาที่ส่วนต่อประสาน | อ่อนโยนและควบคุมได้ | เป็นตัวกำหนดอายุการใช้งานและความน่าเชื่อถือในการใช้งานโดยตรง |
| สถานการณ์การใช้งาน | ระบบระบายความร้อนระดับสูง, การบินและอวกาศ, อิเล็กทรอนิกส์ | เหมาะอย่างยิ่งสำหรับวัสดุคอมโพสิตประสิทธิภาพสูง |
6. สรุปและข้อเสนอแนะในการนำไปประยุกต์ใช้
ซิลิคอนคาร์ไบด์สีเขียวเป็นวัสดุที่ได้รับความนิยมสำหรับชิ้นส่วนที่ต้องการการนำความร้อนสูง การขยายตัวทางความร้อนต่ำ และความน่าเชื่อถือสูง รวมถึงแผ่นระบายความร้อนสำหรับสถานีฐาน 5G แผ่นรองรับ IGBT ชิ้นส่วนโครงสร้างสำหรับอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ และจานเบรกประสิทธิภาพสูง
ขนาดอนุภาคของซิลิคอนคาร์ไบด์สีเขียว
| ขนาดเม็ดทราย | D0 (μm) | D3 (ไมโครเมตร) | D50 (μm) | D94 (μm) |
|---|---|---|---|---|
| #240 | ≤127 | ≤103 | 57.0±3.0 | ≥40 |
| #280 | ≤112 | ≤87 | 48.0±3.0 | ≥33 |
| #320 | ≤98 | ≤74 | 40.0±2.5 | ≥27 |
| #360 | ≤86 | ≤66 | 35.0±2.0 | ≥23 |
| #400 | ≤75 | ≤58 | 30.0±2.0 | ≥20 |
| #500 | ≤63 | ≤50 | 25.0±2.0 | ≥16 |
| #600 | ≤53 | ≤41 | 20.0±1.5 | ≥13 |
| #700 | ≤45 | ≤37 | 17.0±1.5 | ≥11 |
| #800 | ≤38 | ≤31 | 14.0±1.0 | ≥9.0 |
| #1000 | ≤32 | ≤27 | 11.5±1.0 | ≥7.0 |
| #1200 | ≤27 | ≤23 | 9.5±0.8 | ≥5.5 |
| #1500 | ≤23 | ≤20 | 8.0±0.6 | ≥4.5 |
| #2000 | ≤19 | ≤17 | 6.7±0.6 | ≥4.0 |
| #2500 | ≤16 | ≤14 | 5.5±0.5 | ≥3.0 |
| #3000 | ≤13 | ≤11 | 4.0±0.5 | ≥2.0 |
| #4000 | ≤11 | ≤8.0 | 3.0±0.4 | ≥1.8 |
| #6000 | ≤8.0 | ≤5.0 | 2.0±0.4 | ≥0.8 |
| #8000 | ≤6.0 | ≤3.5 | 1.2±0.3 | ≥0.6 |
ข้อมูลการติดต่อ
เหตุผลในการใช้ซิลิคอนคาร์ไบด์สีเขียวในวัสดุคอมโพสิต SiC/Al – บริษัท เจิ้งโจว ไห่ซู อะเบรซีฟส์ จำกัด
WhatsApp/มือถือ: +86 18039336686
อีเมล: cassiel@zzhaixu.cn
เว็บไซต์: https://whitefusedalumina.cn/
WhatsApp/มือถือ: +86 18039336686
อีเมล: cassiel@zzhaixu.cn
เว็บไซต์: https://whitefusedalumina.cn/
