Lý do sử dụng cacbua silic xanh (GC) trong vật liệu composite SiC/Al
Silicon carbide xanh có độ tinh khiết cao, hàm lượng tạp chất thấp, độ dẫn nhiệt tuyệt vời và độ ổn định cấu trúc cao, cùng với các phản ứng giao diện được kiểm soát tốt. Điều này cho phép sản xuất vật liệu composite SiC/Al với độ dẫn nhiệt cao, hệ số giãn nở nhiệt thấp và độ bền cơ học vượt trội.
1. Độ tinh khiết và hàm lượng tạp chất: Chi phối sự ổn định giao diện
Silicon carbide xanh: Hàm lượng SiC ≥ 98,5%–99,2% (lên đến 99,9% đối với loại cao cấp); tổng tạp chất sắt và nhôm ≤ 0,17%, tạp chất kim loại < 5 ppm, hầu như không có silicon tự do hoặc carbon tự do.
Tác động chính: Nhôm nóng chảy có xu hướng phản ứng với cacbua silic ở nhiệt độ cao và tạo thành cacbua nhôm (Al₄C₃), một pha giòn dễ bị vỡ vụn khi tiếp xúc với nước. Với ít tạp chất và hàm lượng oxy thấp hơn, cacbua silic xanh hạn chế các phản ứng tại giao diện, giảm thiểu các sản phẩm phụ giòn và đảm bảo liên kết giao diện ổn định.
2. Độ dẫn nhiệt & Độ giãn nở nhiệt: Khả năng tương thích với ma trận nhôm
Silicon carbide xanh: Độ dẫn nhiệt nằm trong khoảng 120–350 W/(m·K); hệ số giãn nở nhiệt (CTE) là 4,5–5,5 ppm/℃, tương đương với nhôm (23 ppm/℃).
Tác động chính: Vật liệu composite SiC/Al được ứng dụng rộng rãi trong tản nhiệt điện tử, cấu trúc hàng không vũ trụ và các bộ phận phanh ô tô, nơi cần độ dẫn nhiệt cao và hệ số giãn nở nhiệt thấp. Sử dụng silicon carbide xanh có thể kiểm soát hệ số giãn nở nhiệt (CTE) của vật liệu composite thành phẩm trong khoảng 6–12 ppm/℃ và đạt được độ dẫn nhiệt 200–250 W/(m·K), mang lại độ ổn định kích thước và hiệu suất tản nhiệt vượt trội.
3. Độ cứng, độ bền và khả năng chống mài mòn: Hiệu suất gia cường lõi
Silicon carbide xanh có độ cứng Mohs là 9,5, với cấu trúc tinh thể hoàn chỉnh và khuyết tật bên trong tối thiểu. Nó vẫn giữ được độ bền cơ học cao ngay cả ở nhiệt độ lên đến 1000 ℃.
Tác động chính: Là một pha gia cường, silicon carbide xanh cải thiện đáng kể độ cứng, khả năng chống mài mòn, độ bền kéo và độ bền uốn của nền nhôm. Khi được thêm vào với tỷ lệ thể tích từ 20%–30%, nó giúp tăng khả năng chống mài mòn lên 3 đến 5 lần và độ bền cơ học lên 50% đến 100%.
4. Độ ổn định hóa học và khả năng xử lý: Khả năng thích ứng với sản xuất vật liệu composite
Silicon carbide xanh có tính trơ hóa học cao, khả năng chống axit và kiềm tốt, và khả năng chống oxy hóa tuyệt vời. Nó hầu như không phản ứng với nhôm, magie và các kim loại khác ở nhiệt độ dưới 1400 ℃. Hình dạng hạt đều đặn và bề mặt sạch đảm bảo khả năng thấm ướt tốt với nhôm nóng chảy, cho phép sản xuất ổn định thông qua phương pháp thẩm thấu khuấy, thẩm thấu áp suất và luyện kim bột, đồng thời nâng cao tỷ lệ năng suất tổng thể.
5. So sánh giữa các loại Silicon Carbide xanh dùng cho vật liệu composite SiC/Al
| Mục so sánh | Silicon Carbide xanh (GC) | Tác động lên vật liệu composite SiC/Al |
|---|---|---|
| Độ tinh khiết của SiC | 98,5%–99,2% | Độ tinh khiết cao hơn đảm bảo giao diện ổn định hơn. |
| Tạp chất (Fe+Al) | ≤ 0,17% | Hàm lượng tạp chất thấp hơn sẽ làm giảm sự hình thành Al₄C₃ |
| Độ dẫn nhiệt | 120–350 W/(m·K) | Độ dẫn nhiệt cao hơn giúp tản nhiệt tốt hơn. |
| CTE | 4,5–5,5 ppm/℃ | Hệ số giãn nở nhiệt thấp hơn mang lại độ ổn định kích thước tốt hơn. |
| Phản ứng giao diện | Nhẹ và dễ kiểm soát | Ảnh hưởng trực tiếp đến tuổi thọ và độ tin cậy vận hành. |
| Các kịch bản ứng dụng | Tản nhiệt cao cấp, hàng không vũ trụ, điện tử | Lý tưởng cho các vật liệu composite hiệu suất cao. |
6. Kết luận và các khuyến nghị ứng dụng
Silicon carbide xanh là vật liệu được ưa chuộng cho các linh kiện yêu cầu độ dẫn nhiệt cao, độ giãn nở nhiệt thấp và độ tin cậy cao, bao gồm tản nhiệt cho trạm gốc 5G, chất nền IGBT, các bộ phận cấu trúc hàng không vũ trụ và đĩa phanh hiệu suất cao.
Kích thước hạt cacbua silic xanh
| Kích thước hạt | D0 (μm) | D3 (µm) | 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 |
Thông tin liên hệ
Lý do sử dụng Silicon Carbide xanh trong vật liệu composite SiC/Al – Công ty TNHH Vật liệu mài mòn Trịnh Châu Haixu.
Whatsapp/Di động: +86 18039336686
Email: cassiel@zzhaixu.cn
Web: https://whitefusedalumina.cn/
Whatsapp/Di động: +86 18039336686
Email: cassiel@zzhaixu.cn
Web: https://whitefusedalumina.cn/
