பச்சை சிலிக்கான் கார்பைடு நுண்பொடியின் தனித்துவமான பண்புகள் மற்றும் பயன்பாட்டு வாய்ப்புகளை வெளிப்படுத்துதல்.
இன்றைய உயர் தொழில்நுட்ப பொருட்கள் துறையில், பச்சை சிலிக்கான் கார்பைடு மைக்ரோபவுடர் அதன் தனித்துவமான இயற்பியல் மற்றும் வேதியியல் பண்புகளுடன் பொருள் அறிவியல் சமூகத்தில் படிப்படியாக கவனத்தின் மையமாக மாறி வருகிறது. கார்பன் மற்றும் சிலிக்கான் தனிமங்களால் ஆன இந்த கலவை அதன் சிறப்பு படிக அமைப்பு மற்றும் சிறந்த செயல்திறன் காரணமாக பல தொழில்துறை துறைகளில் பரந்த பயன்பாட்டு வாய்ப்புகளைக் காட்டியுள்ளது. இந்தக் கட்டுரை பச்சை சிலிக்கான் கார்பைடு மைக்ரோபவுடரின் தனித்துவமான பண்புகள் மற்றும் பல்வேறு துறைகளில் அதன் பயன்பாட்டு திறனை ஆழமாக ஆராயும்.
1. பச்சை சிலிக்கான் கார்பைடு மைக்ரோபவுடரின் அடிப்படை பண்புகள்
பச்சை சிலிக்கான் கார்பைடு (SiC) என்பது ஒரு செயற்கை சூப்பர்ஹார்ட் பொருள் மற்றும் ஒரு கோவலன்ட் பிணைப்பு சேர்மத்தைச் சேர்ந்தது. அதன் படிக அமைப்பு வைரம் போன்ற அமைப்பைக் கொண்ட ஒரு அறுகோண அமைப்பை வழங்குகிறது. பச்சை சிலிக்கான் கார்பைடு மைக்ரோபவுடர் பொதுவாக 0.1-100 மைக்ரான் துகள் அளவு வரம்பைக் கொண்ட தூள் தயாரிப்புகளைக் குறிக்கிறது, மேலும் அதன் நிறம் வெவ்வேறு தூய்மை மற்றும் அசுத்த உள்ளடக்கம் காரணமாக வெளிர் பச்சை முதல் அடர் பச்சை வரை பல்வேறு டோன்களை வழங்குகிறது.
நுண்ணிய அமைப்பிலிருந்து, பச்சை சிலிக்கான் கார்பைடு படிகத்தில் உள்ள ஒவ்வொரு சிலிக்கான் அணுவும் நான்கு கார்பன் அணுக்களுடன் ஒரு டெட்ராஹெட்ரல் ஒருங்கிணைப்பை உருவாக்குகிறது. இந்த வலுவான கோவலன்ட் பிணைப்பு அமைப்பு பொருளுக்கு மிக அதிக கடினத்தன்மை மற்றும் வேதியியல் நிலைத்தன்மையை அளிக்கிறது. பச்சை சிலிக்கான் கார்பைட்டின் மோஸ் கடினத்தன்மை 9.2-9.3 ஐ அடைகிறது என்பது குறிப்பிடத்தக்கது, இது வைரம் மற்றும் கனசதுர போரான் நைட்ரைடுக்கு அடுத்தபடியாக உள்ளது, இது சிராய்ப்புத் துறையில் அதை ஈடுசெய்ய முடியாததாக ஆக்குகிறது.
2. பச்சை சிலிக்கான் கார்பைடு மைக்ரோபவுடரின் தனித்துவமான பண்புகள்
1. சிறந்த இயந்திர பண்புகள்
பச்சை சிலிக்கான் கார்பைடு மைக்ரோபவுடரின் மிகவும் குறிப்பிடத்தக்க அம்சம் அதன் மிக உயர்ந்த கடினத்தன்மை ஆகும். அதன் விக்கர்ஸ் கடினத்தன்மை 2800-3300 கிலோ/மிமீ² ஐ எட்டும், இது கடினமான பொருட்களை செயலாக்கும்போது சிறப்பாக செயல்படுகிறது. அதே நேரத்தில், பச்சை சிலிக்கான் கார்பைடு நல்ல சுருக்க வலிமையையும் கொண்டுள்ளது மற்றும் அதிக வெப்பநிலையில் அதிக இயந்திர வலிமையை இன்னும் பராமரிக்க முடியும். இந்த அம்சம் தீவிர சூழல்களில் இதைப் பயன்படுத்துவதை சாத்தியமாக்குகிறது.
2. சிறந்த வெப்ப பண்புகள்
பச்சை சிலிக்கான் கார்பைடின் வெப்ப கடத்துத்திறன் 120-200W/(m·K) வரை அதிகமாக உள்ளது, இது சாதாரண எஃகை விட 3-5 மடங்கு அதிகம். இந்த சிறந்த வெப்ப கடத்துத்திறன் இதை ஒரு சிறந்த வெப்பச் சிதறல் பொருளாக ஆக்குகிறது. பச்சை சிலிக்கான் கார்பைடின் வெப்ப விரிவாக்க குணகம் 4.0×10⁻⁶/℃ மட்டுமே என்பது இன்னும் ஆச்சரியமாக இருக்கிறது, அதாவது வெப்பநிலை மாறும்போது இது சிறந்த பரிமாண நிலைத்தன்மையைக் கொண்டுள்ளது, மேலும் வெப்ப விரிவாக்கம் மற்றும் சுருக்கம் காரணமாக வெளிப்படையான சிதைவை உருவாக்காது.
3. சிறந்த வேதியியல் நிலைத்தன்மை
வேதியியல் பண்புகளைப் பொறுத்தவரை, பச்சை சிலிக்கான் கார்பைடு மிகவும் வலுவான மந்தநிலையை வெளிப்படுத்துகிறது. இது பெரும்பாலான அமிலங்கள், காரங்கள் மற்றும் உப்பு கரைசல்களின் அரிப்பை எதிர்க்கும், மேலும் அதிக வெப்பநிலையிலும் நிலையாக இருக்கும். 1000℃ க்கும் குறைவான ஆக்ஸிஜனேற்ற சூழலில் பச்சை சிலிக்கான் கார்பைடு இன்னும் நல்ல நிலைத்தன்மையை பராமரிக்க முடியும் என்பதை சோதனைகள் காட்டுகின்றன, இது அரிக்கும் சூழல்களில் நீண்டகால பயன்பாட்டிற்கு சாத்தியமாக்குகிறது.
4. சிறப்பு மின் பண்புகள்
பச்சை சிலிக்கான் கார்பைடு என்பது 3.0eV பட்டை இடைவெளி அகலம் கொண்ட ஒரு அகலமான பட்டை இடைவெளி குறைக்கடத்திப் பொருளாகும், இது சிலிக்கானின் 1.1eV ஐ விட மிகப் பெரியது. இந்த அம்சம் அதிக மின்னழுத்தங்கள் மற்றும் வெப்பநிலைகளைத் தாங்க உதவுகிறது, மேலும் மின் மின்னணு சாதனங்களின் துறையில் தனித்துவமான நன்மைகளைக் கொண்டுள்ளது. கூடுதலாக, பச்சை சிலிக்கான் கார்பைடு அதிக எலக்ட்ரான் இயக்கத்தையும் கொண்டுள்ளது, இது உயர் அதிர்வெண் சாதனங்களை உருவாக்குவதை சாத்தியமாக்குகிறது.
3. பச்சை சிலிக்கான் கார்பைடு மைக்ரோபவுடர் தயாரிப்பு செயல்முறை
பச்சை சிலிக்கான் கார்பைடு நுண்தூள் தயாரிப்பது முக்கியமாக அச்செசன் செயல்முறையை ஏற்றுக்கொள்கிறது. இந்த முறை குவார்ட்ஸ் மணல் மற்றும் பெட்ரோலியம் கோக்கை ஒரு குறிப்பிட்ட விகிதத்தில் கலந்து, எதிர்வினைக்காக ஒரு எதிர்ப்பு உலையில் 2000-2500℃ வரை வெப்பப்படுத்துகிறது. வினையால் உருவாக்கப்படும் பிளாக்கி பச்சை சிலிக்கான் கார்பைடு, இறுதியாக வெவ்வேறு துகள் அளவுகளின் நுண்தூள் தயாரிப்புகளைப் பெற நொறுக்குதல், தரப்படுத்துதல் மற்றும் ஊறுகாய் செய்தல் போன்ற செயல்முறைகளுக்கு உட்படுகிறது.
சமீபத்திய ஆண்டுகளில், தொழில்நுட்பத்தின் முன்னேற்றத்துடன், சில புதிய தயாரிப்பு முறைகள் உருவாகியுள்ளன. வேதியியல் நீராவி படிவு (CVD) உயர் தூய்மை நானோ அளவிலான பச்சை சிலிக்கான் கார்பைடு பொடியைத் தயாரிக்க முடியும்; சோல்-ஜெல் முறை தூளின் துகள் அளவு மற்றும் உருவ அமைப்பை துல்லியமாகக் கட்டுப்படுத்த முடியும்; பிளாஸ்மா முறை தொடர்ச்சியான உற்பத்தியை அடையவும் உற்பத்தித் திறனை மேம்படுத்தவும் முடியும். இந்தப் புதிய செயல்முறைகள் பச்சை சிலிக்கான் கார்பைடு நுண்பொடியின் செயல்திறன் மேம்படுத்தல் மற்றும் பயன்பாட்டு விரிவாக்கத்திற்கு அதிக சாத்தியக்கூறுகளை வழங்குகின்றன.
4. பச்சை சிலிக்கான் கார்பைடு மைக்ரோபவுடரின் முக்கிய பயன்பாட்டுப் பகுதிகள்
1. துல்லியமான அரைத்தல் மற்றும் மெருகூட்டல்
ஒரு சூப்பர்ஹார்ட் சிராய்ப்பாக, பச்சை சிலிக்கான் கார்பைடு மைக்ரோபவுடர் சிமென்ட் செய்யப்பட்ட கார்பைடு, மட்பாண்டங்கள், கண்ணாடி மற்றும் பிற பொருட்களின் துல்லியமான செயலாக்கத்தில் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது. குறைக்கடத்தித் தொழிலில், உயர்-தூய்மை பச்சை சிலிக்கான் கார்பைடு தூள் சிலிக்கான் வேஃபர்களை மெருகூட்டுவதற்குப் பயன்படுத்தப்படுகிறது, மேலும் அதன் வெட்டு செயல்திறன் பாரம்பரிய அலுமினா சிராய்ப்புகளை விட சிறந்தது. ஆப்டிகல் கூறு செயலாக்கத் துறையில், பச்சை சிலிக்கான் கார்பைடு தூள் நானோ அளவிலான மேற்பரப்பு கடினத்தன்மையை அடைய முடியும் மற்றும் உயர்-துல்லியமான ஆப்டிகல் கூறுகளின் செயலாக்கத் தேவைகளைப் பூர்த்தி செய்ய முடியும்.
2. மேம்பட்ட பீங்கான் பொருட்கள்
உயர் செயல்திறன் கொண்ட மட்பாண்டங்களைத் தயாரிப்பதற்கு பச்சை சிலிக்கான் கார்பைடு தூள் ஒரு முக்கியமான மூலப்பொருளாகும். சிறந்த இயந்திர பண்புகள் மற்றும் வெப்ப நிலைத்தன்மை கொண்ட கட்டமைப்பு மட்பாண்டங்களை சூடான அழுத்தும் சின்டரிங் அல்லது எதிர்வினை சின்டரிங் செயல்முறைகள் மூலம் தயாரிக்கலாம். இந்த வகை பீங்கான் பொருள் இயந்திர முத்திரைகள், தாங்கு உருளைகள் மற்றும் முனைகள் போன்ற முக்கிய கூறுகளில், குறிப்பாக அதிக வெப்பநிலை மற்றும் அரிப்பு போன்ற கடுமையான வேலை நிலைமைகளில் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது.
3. மின்னணுவியல் மற்றும் குறைக்கடத்தி சாதனங்கள்
மின்னணுத் துறையில், பரந்த பட்டை இடைவெளி குறைக்கடத்திப் பொருட்களைத் தயாரிக்க பச்சை சிலிக்கான் கார்பைடு தூள் பயன்படுத்தப்படுகிறது. பச்சை சிலிக்கான் கார்பைடை அடிப்படையாகக் கொண்ட சக்தி சாதனங்கள் அதிக அதிர்வெண், உயர் மின்னழுத்தம் மற்றும் உயர் வெப்பநிலை செயல்பாட்டு பண்புகளைக் கொண்டுள்ளன, மேலும் புதிய ஆற்றல் வாகனங்கள், ஸ்மார்ட் கிரிட்கள் மற்றும் பிற துறைகளில் பெரும் ஆற்றலைக் காட்டுகின்றன. பாரம்பரிய சிலிக்கான் அடிப்படையிலான சாதனங்களுடன் ஒப்பிடும்போது பச்சை சிலிக்கான் கார்பைடு சக்தி சாதனங்கள் 50% க்கும் அதிகமான ஆற்றல் இழப்பைக் குறைக்கும் என்று ஆய்வுகள் காட்டுகின்றன.
4. கூட்டு வலுவூட்டல்
ஒரு உலோகம் அல்லது பாலிமர் மேட்ரிக்ஸில் பச்சை சிலிக்கான் கார்பைடு பொடியை வலுவூட்டல் கட்டமாகச் சேர்ப்பது, கூட்டுப் பொருளின் வலிமை, கடினத்தன்மை மற்றும் தேய்மான எதிர்ப்பை கணிசமாக மேம்படுத்தும். விண்வெளித் துறையில், அலுமினியம் சார்ந்த சிலிக்கான் கார்பைடு கலவைகள் இலகுரக மற்றும் அதிக வலிமை கொண்ட கட்டமைப்பு பாகங்களை தயாரிக்கப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன; வாகனத் துறையில், சிலிக்கான் கார்பைடு வலுவூட்டப்பட்ட பிரேக் பேட்கள் சிறந்த உயர் வெப்பநிலை எதிர்ப்பைக் காட்டுகின்றன.
5. பயனற்ற பொருட்கள் மற்றும் பூச்சுகள்
பச்சை சிலிக்கான் கார்பைட்டின் உயர்-வெப்பநிலை நிலைத்தன்மையைப் பயன்படுத்தி, உயர் செயல்திறன் கொண்ட பயனற்ற பொருட்களைத் தயாரிக்கலாம். எஃகு உருக்கும் தொழிலில், சிலிக்கான் கார்பைடு பயனற்ற செங்கற்கள் வெடிப்பு உலைகள் மற்றும் மாற்றிகள் போன்ற உயர்-வெப்பநிலை உபகரணங்களில் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. கூடுதலாக, சிலிக்கான் கார்பைடு பூச்சுகள் அடிப்படைப் பொருளுக்கு சிறந்த தேய்மானம் மற்றும் அரிப்பு பாதுகாப்பை வழங்க முடியும், மேலும் அவை வேதியியல் உபகரணங்கள், டர்பைன் கத்திகள் மற்றும் பிற துறைகளில் பயன்படுத்தப்படுகின்றன.