Мазмұн мәзірі
● Кремний карбидінің байланысы түрлері
>> Реакция байланысы
>> Гидроксидті катализге байланыстыру
>> Белсенді дәнекерлеу
● Өндіріс процесінің ағымы
>> Дайындық
>> Кремниймен жабдықтау денесін құру
>> Инфильтрация және реакция
>> Өңдеуден кейінгі
● Өнеркәсіптік қосымшалар
● Техникалық міндеттер
>> 1. Жылуды басқару
>> 2. Кеуделікті басқару
>> 3. CTE сәйкес келмеуі
>> 4. Бетті дайындау
>> 5. Масштабты және жүйелілік
● Кремний карбидіндегі байланыс технологиясындағы жетістіктер
>> Микротолқынды пештермен қамтамасыз ету
>> Лазерлік байланыстыру
>> Адвенент өндірісі интеграциясы
>> Гибридті байланыстыру
● Қоршаған ортаға әсер ету және тұрақтылық
>> Қайта өңдеу және қалдықтарды азайту
>> Энергия тиімділігі
>> Өмірлік циклді қарастыру
● Сапаны бақылау және тестілеу
>> Бұзбайтын бағалау
>> Механикалық тестілеу
>> Жылу және химиялық тестілеу
● Болашақ тенденциялар және зерттеу бағыттары
>> Наноқұрылымды кремний карбиді
>> Графенмен арматураланған композиттер
>> Өзін-өзі емдейтін облигациялар
>> AI-технологиялық процесті оңтайландыру
>> Кеңейтілген қолданба өрістері
● Қорытынды
● Жиі қойылатын сұрақтар
>> 1
>> 2. Бондинг әдісін таңдау факторлары қандай факторларды анықтайды?
>> 3. Автоматтандырылған SIC ядролық радиациялық ортаға төтеп бере ала ма?
>> 4. Өндіріс кезінде қандай қауіпсіздік шаралары қажет?
>> 5. Қазіргі заманауи әдістер өндіріс шығындарын қалай төмендетеді?
Кремний карбид (SIC) COMPLING - бұл аэроғарыш, қорғаныс, энергетика және электроника сияқты салаларда қолданылатын жоғары сапалы керамикалық компоненттерді өндірудегі маңызды процесс. Бұл әдіс арасындағы берік молекулалық байланыстарды жасайды Силикон карбид , ерекше жылу тұрақтылығын, механикалық беріктігін және химиялық тұрақтылыққа мүмкіндік беретін силиконның бөлшектері немесе субстраттары. Үш негізгі әдісті индустриалды қосымшалар басым: реакция байланысы, гидроксиді катализді байланыстыру және белсенді дәнекерлеу. Әрбір тәсіл қолөнерден жасалған броньдардан жартылай өткізгіш субстратқа дейінгі соңғы өнімдердегі нақты қойылатын талаптарға сай келеді.
Кремний карбидінің байланысы түрлері
Реакция байланысы
Реакция байланысы - тығыз кремний карбид компоненттерін өндірудің ең көп қолданылатын әдісі. Бұл әдіс кремний мен көміртектің жоғары температуралы реакциялары арқылы жаңа кремний карбидін қалыптастырады. Құрамында кремний карбиді мен көміртек бөлшектері бар, әдетте, 1410 ° C және вакуум немесе инертті газдың астындағы балқытылған силиконмен инфильтрленген. Сұйық кремний қосымша SIC құру, бос орындарды толтыру және құрылымды нығайту үшін көміртегі бар қондырады.
Негізгі артықшылықтарға мыналар кіреді:
- күрделі пішіндерді тиімді өндіру
- өңдеу кезіндегі минималды өлшемді өзгерістер
- жоғары қорытынды тығыздық (теориялық) 98% дейін
- үлкен және күрделі бөліктер шығару мүмкіндігі
Гидроксидті катализге байланыстыру
Дәлдік оптикалық және жартылай өткізгіш компоненттері үшін пайдаланылады, бұл бөлмеде температуралық техника сілтiлiк ерітінділерін қолдана отырып, тотықтырылған SIC беттерін ұстайды. SIC субстраттарында пайда болған кремний қабаты гидроксиді иондармен реаноксан байланыстарын шығарады. Процесс бетті тегістігін λ / 10 (λ = 633 NM) ішінде сақтайды, бұл оны телескоп айналары мен лазерлік жүйелер үшін өте ыңғайлы етеді.
Негізгі артықшылықтар:
- өте жоғары дәлдік
- жоғары температуралы өңдеудің қажеті жоқ
- беттің тұтастығын және тегістігін сақтайды
- сезімтал оптикалық жинақтарға жарамды
Белсенді дәнекерлеу
Тот баспайтын болаттан немесе мыс сияқты SIC және металдар арасындағы металлургиялық байланыстарға реактивті элементтер бар дәнекерлеудің (мысалы, титан немесе цирконий) дәнекерлеулер көмегімен қол жеткізіледі. Ноллендер салқындату жүйелерінде және электроникалардағы герметикалық тығыздағыштарды 220-450 ° C температурада химиялық түрде қабылдайды.
Артықшылықтары:
- SIC-ті металлмен қосуға мүмкіндік береді
- реакциялық байланыстырумен салыстырғанда төмен температура
- гибридті жинақтар мен электр қосылымдары үшін пайдалы
Өндіріс процесінің ағымы
Дайындық
1. Шикізатты дайындау:
1-10 мкм сик ұнтағы 10-40 мкм көміртегі қара (0-30 том%) және фенолиялық шайырмен араластырыңыз. Бастапқы ұнтақтардың сапасы және олардың тазалығы тиісті ӘЖК-нің соңғы қасиеттеріне тікелей әсер етеді.
2. Түсірілім:
Құрғақ немесе дымқыл фрезерлер бірыңғай бөлшек қоспаларын жасайды, көміртек пен кремний карбициясының барлық бағытта дәйекті таралуын қамтамасыз етеді.
3. Қалыптау:
Желілік пішінді пішінді пішіндеу үшін түйіршіктерді 5-400 МПа қысымын қысыңыз. Қалыптастыру процесін күрделі геометрияларға, оның ішінде қарыншалар мен жылу алмастырғыштарға арналған күрделі каналдарға бейімдеуге болады.
Кремниймен жабдықтау денесін құру
- кремний көзін қалыптастыру үшін 70-99 Вт% кремний ұнтағын (70-2000 мкм) термосетикалық көзді құруға біріктіріңіз.
- Термопластикалық қоспалар (1-10 WT %%) реакция кезеңінде толық инфильтрацияны қамтамасыз ететін біркелкі емес преформ беттерімен байланысады.
Инфильтрация және реакция
- пештердегі ссельдік және кремний денелерін стек.
- вакуум немесе инертті атмосфераның астындағы кремнийдің балқу нүктесінен (1,410 ° C) отта жылу.
- Капиллярлық әсер балқытылған кремнийді жаңа SIC-ті қалыптастыру үшін көміртегімен реформаларға бөледі. Инфильтрация процесі теңгерілмеген кремний бассейндерінің пайда болуын болдырмау және біркелкі тығыздыққа қол жеткізу үшін мұқият бақылауға тиіс.
Өңдеуден кейінгі
Өте өңдеу:
Облигациядан кейін компоненттерді дәлдікке немесе лазерлік өңдеуді қажет етуі мүмкін, бұл соңғы төзімділікке және бетінің әрлеуіне қол жеткізу үшін.
Жер үсті безі:
Қосымша жабындар немесе жылтырату, қоршалған коррозияға төзімділік немесе оптикалық қойылым үшін қолдануға болады.
Өнеркәсіптік қосымшалар
| секторы |
Іс нысанын пайдалану |
әдісі |
| Қорғаныш |
Құрыштар |
Реакция байланысы |
| Электроника |
Вафли Чактар |
Гидроксиді катализ |
| Энергия |
Жылу алмастырғыш түтіктер |
Белсенді дәнекерлеу |
| Оптика |
Телескоп Айна сегменттері |
Гидроксиді катализ |
| Автомобиль |
EV қуат модулінің субстраттары |
Реакция байланысы |
| Аэроғарыш |
Зымыран саптамасы дақтар |
Реакция байланысы |
| Химиялық |
Сорғының тығыздағыштары, клапан орындары |
Реакция байланысы |
| Тау-кен ісі |
Бұрғылау биттері, табақшалар |
Реакция байланысы |
| Жартылай өткізгіш |
Субстрат тасымалдаушылары |
Гидроксиді катализ |
Техникалық міндеттер
1. Жылуды басқару
Кремний инфильтрация кезіндегі жылдам экзотермиялық реакциялар, бұру мен ішкі күйзелістердің алдын алу үшін температураны бақылауды қажет етеді. Нақты уақытта ± 2 ° C дәлдіктегі дақтылы бақылау аймағы бар жетілдірілген пирометрлер. Біркелкі жылу және бақыланатын салқындату ставкалары крекингке немесе бұрмалануын тудыруы мүмкін жылу градиенттеріне жол бермеу үшін қажет.
2. Кеуделікті басқару
Орнатылмаған кремний бассейндері (көлем бойынша 5-15%) механикалық әлсіз жақтарды болдырмау үшін біркелкі таратылуы керек. Рентгеномографиялық жүйелер Карта Тері картасын 5 мкм, өндірушілерді минималды кеуэллдік пен максималды механикалық беріктікке арналған технологиялық параметрлерді оңтайландыруға мүмкіндік береді.
3. CTE сәйкес келмеуі
SIC және металл компоненттері арасындағы жылу кеңеюіндегі айырмашылықтар бағаланған ауысу қабаттарын сұрайды. 10-100 мкм қабаты бар функционалды бағаланған материалдар (FGMS) қалыңдығы жоғары стрессті ортада бір-біріне ұқсамайтын материалдарды шешуге мүмкіндік береді.
4. Бетті дайындау
Гидроксидті катализді байланыстыру үшін оксид қабаттарын қажет етеді <100 нм, RMS қаттылығы <1 нм. Атомдық қабаттардың тұндыру (ALD) 0,3 нм-ге қол жеткізеді, бұл 0,3 нм, оптикалық және жартылай өткізгіш қосымшалардағы күшті, ақаусыз облигацияларға қол жеткізу үшін өте маңызды.
5. Масштабты және жүйелілік
Жаппай өндіріс үшін кремний карбидінің қысқару процесін масштабтау партия бойынша консистенцияны сақтаудағы қиындықтарды енгізеді. Автоматтандырылған араластыру, қалыптау және инфильтрация жүйелері нақты уақыттағы процестерді бақылаумен қатар, біркелкі сапаны қамтамасыз ету үшін стандарт болып табылады.
Кремний карбидіндегі байланыс технологиясындағы жетістіктер
Микротолқынды пештермен қамтамасыз ету
Микротолқынды пештермен қамтамасыз ету 1,45 ГГц-те жұмыс істейтін, 2-5 кВт қуаттылығы бар кәдімгі әдістермен салыстырғанда өңдеу уақытын 40% -ға азайтады. Бұл технология тез, біркелкі жылытуға мүмкіндік береді, бұл астықтың өсуін азайтады және механикалық қасиеттерді жақсартады.
Лазерлік байланыстыру
Лазерлік байланыстыру техникасы 10 ° C / с жергілікті қыздыру деңгейіне қол жеткізді, 450 МПа ығысуы бар 50 мкм облигациялар шығарады. Бұл әдіс әсіресе микроэлектрондық жинақтарға пайдалы және кішкентай, нәзік компоненттерге қосылу үшін пайдалы.
Адвенент өндірісі интеграциясы
Қоспаны өндіретін интеграция 200-500 мкм қабырғасының қалыңдығы 200-500 мккрн екендігіне, материалдық қалдықтарды 60% төмендетеді. Бұл тәсіл дәстүрлі өндірістік әдістермен мүмкін болмайтын күрделі, жеңіл құрылымдарды жобалауға және өндіруге мүмкіндік береді.
Гибридті байланыстыру
Гибридтік байланыстыру ядролық реакторлар мен озық энергетикалық жүйелер үшін көп материалдық компоненттерді құруға белсенді дәнекерлеумен үйлеседі. Бұл тәсіл екі әдіспен де, бөлшектерді арнайы қосымшаларға арналған компоненттерді өндіруге мүмкіндік береді.
Қоршаған ортаға әсер ету және тұрақтылық
Қайта өңдеу және қалдықтарды азайту
Қайта өңдеу бағдарламалары SIC шығаратын сынықтардың 85-92% мөлшерін өндіріп алады:
- қышқылмен сілтілендіру (HCL / HNO₃ қоспалары)
- жоғары тазалық электростатикалық бөліну
- Екінші реакция пакеттеріндегі қалпына келтіру
Энергия тиімділігі
Төмен температуралы байланыс әдістері (<800 ° C) Cov шығарындыларын дәстүрлі агрегатпен салыстырғанда 35% -ға кесіңіз. Су негізіндегі байланыстырушы агенттер фенолиялық шайырларды ауыстырады, VOC шығарындыларын 90% төмендетеді. Бұл жаңашылдықтар кремнийді карбидке айналдыру, экологиялық таза және тұрақты.
Өмірлік циклді қарастыру
Ұзақ уақытқа қызмет көрсету және байланысқан компоненттердің ұзақ мерзімділігі, ресурстарды тұтынуды және өнімнің өмірлік цикліне қоршаған ортаға әсер ету қажеттілігін төмендетеді.
Сапаны бақылау және тестілеу
Бұзбайтын бағалау
Ультрадыбыстық тестілеу, рентгеномографиялық томография және акустикалық шығарындылардың мониторингі ішкі ақауларды анықтау, кеуектігін өлшеу және құрамдас бөлікке зиян тигізбестен оқшаулануды бағалау үшін қолданылады.
Механикалық тестілеу
Кідірілген ӘКК өзінің қолданылуы үшін салалық стандарттарға сәйкес келетін немесе одан асып кетуі үшін икемді күш, қаттылық және сыну сынақтары жүргізіледі.
Жылу және химиялық тестілеу
Термиялық соққыға төзімділік және коррозияға төзімділік сынақтары нақты әлемдік жұмыс жағдайларын модельдетеді, бұл нақты ортақ компоненттердің қатал ортаға жарамдылығын тексеру.
Болашақ тенденциялар және зерттеу бағыттары
Наноқұрылымды кремний карбиді
Наноқұрылымды SIC материалдарының 10-50 нмдік мөлшері бар мөлшері сынудың қаттылығында екі есе жақсарады. Зерттеу Оңтайлы механикалық қасиеттерге қол жеткізу үшін астықтың өсуін бақылауға бағытталған.
Графенмен арматураланған композиттер
Графен-арматураланған SIC композиттері (0,5-2 WT% жүктелу) күш, жылу өткізгіштік және тозуға төзімділікті одан әрі арттыру үшін дамып келеді. Бұл алдыңғы қатарлы материалдар келесі буын электроникаларында және аэроғарыштық компоненттерде маңызды рөл атқарады деп күтілуде.
Өзін-өзі емдейтін облигациялар
Микросапсивті каллоксандарды қолданатын өзін-өзі емдейтін байланыс интерфейстері тергеу үстінде. Бұл материалдар микро-жарықтарды қалпына келтіре алады, компоненттердің кепілі және сенімділігі.
AI-технологиялық процесті оңтайландыру
Инфильтрация үлгілерін болжау, технологиялық параметрлерді оңтайландыру және ақауларды азайту үшін Ne-Driving процесін оңтайландыру қолданылады. Бұл технология кремний карбидін қайта өңдеуді нақты уақыт режимінде, кешенді өндіріс процестерінің адаптивті бақылауымен айналысу арқылы төңкеріс күтілуде.
Кеңейтілген қолданба өрістері
Кремний карбидінің байланыс технологиясы ретінде, кванттық есептеу, алдыңғы қатарлы медициналық мақсаттағы бұйымдар және жаңартылатын жаңартылатын энергия көздері сияқты салаларда жаңа қосымшалар пайда болады. Механикалық, жылу және химиялық қасиеттердің ерекше үйлесімі, әдеттегі материалдармен бұрын-соңды болмаған мүмкіндіктерді ашады.
Қорытынды
Өндіріс кезінде кремний карбидімен байланыс операциялық орталыққа арналған материалдық қасиеттерге мүмкіндік береді. Реакция байланысы құрылымдық компоненттердің жаппай өндірісі үшін басым болып қалады, ал гидроксидтің әдістері ультра дәлдікке арналған қосымшалар. Реактивті инфильтрациямен қоспаулы өндірісті біріктіретін дамып келе жатқан гибридті әдістер күрделі бөлікті жасауға уәде береді. Салалар көбінесе температураға төзімділік пен тозуға төзімділікті, тозуға төзімділік, Coding процесін бақылау бойынша ілгерілеулер келесі буын технологияларында SIC қабылдауға мүмкіндік береді.
Қорғаныс және аэроғарыштан энергия және электроника, кремний карбидоны байланысы, материалтану инновациясының алдыңғы қатарында. Наноқұрылымды композиттерге, АИ-ге негізделген өндірістік және өндірістік өндірістік тәжірибеге, SIC байланыстырудың болашағы бұрыннан жүргізіліп жатқан зерттеулермен, ал бұрын-соңды әлдеқайда күшті, жеңіл және берік компоненттер болып табылады.
Жиі қойылатын сұрақтар
1
Ковалентті SI-C облигациялары жоғары стресстік ортадағы дәстүрлі металдардан тыс термиялық шок пен химиялық коррозияға төзімді, термиялық шокқа және химиялық коррозияға төзімді. Бұл компоненттерге қызмет көрсетудің ұзақтығы және техникалық қызмет көрсету талаптарын төмендетеді.
2. Бондинг әдісін таңдау факторлары қандай факторларды анықтайды?
Компонент мөлшері, қажетті дәлдік, қажетті дәлдік, жұмыс температурасы және өндіріс көлемі реакция байланысы, гидроксид катализі немесе дәнекерлеу оңтайлы ма, жоқ па деген сөз. Мысалы, реакция байланысы үлкен, құрылымдық бөлшектерге артықшылық беріледі, ал гидроксид катализі жоғары дәлдікті оптикалық жинақтар үшін өте қолайлы.
3. Автоматтандырылған SIC ядролық радиациялық ортаға төтеп бере ала ма?
Иә, реакция әдістері арқылы байланысқан радиациялық төзімді SIC құрамдас бөліктері реакторларды басқару шыбықтарында және синтездік реактор лайнерлерінде қолданылады. Олардың нейтронды сәулелендірудегі ерекше тұрақтылығы оларды ең талапты ядролық қосымшалар үшін қолайлы етеді.
4. Өндіріс кезінде қандай қауіпсіздік шаралары қажет?
Жоғары температуралы пештер кремний тотығуының алдын алу үшін инертті газды тазартуды қажет етеді, ал гидроксиді шешімдер рел-бейтараптандыру протоколдарын қажет етеді. Оператордың қауіпсіздігі үшін тиісті желдету, жеке қорғаныс құралдары және процестерді қатаң бақылау қажет.
5. Қазіргі заманауи әдістер өндіріс шығындарын қалай төмендетеді?
Оңтайландырылған кремний инфильтрация циклдерімен 3D-баспа преформаларын біріктіру дәстүрлі өңдеумен салыстырғанда 40-60% -ға қысқарады. Автоматтандыру және нақты уақыттағы процестерді бақылау одан әрі тиімділікті арттыру және еңбек шығындарын азайту.
