Bột β-SiC (silicon carbide lập phương 3C-SiC) có hoạt tính thiêu kết vượt trội hơn nhiều so với α-SiC (silicon carbide lục giác xanh/đen). Nó cho phép nung kết ở nhiệt độ thấp, không áp suất, ép nóng và ép đẳng nhiệt nóng. Tinh thể lập phương của nó mang lại các đặc tính nhiệt-cơ học đẳng hướng với các hạt mịn và đồng nhất. Sau khi thiêu kết với bột có độ tinh khiết cao, nó có thể được chế tạo thành gốm cấu trúc cho thiết bị bán dẫn, các bộ phận cấu trúc chống mài mòn và ăn mòn, đồ dùng lò nung nhiệt độ cao và các pha gia cường cho vật liệu composite nền gốm.
Ưu điểm của vật liệu lõi đối với gốm thiêu kết
- Khả năng thiêu kết cao : So với α-SiC, β-SiC thiêu kết ở nhiệt độ thấp hơn và dễ dàng đạt được mật độ cao. Nó phù hợp cho quá trình thiêu kết không áp suất để sản xuất các chi tiết có kích thước lớn và hình dạng phức tạp, giảm độ khó thiêu kết và chi phí sản xuất.
- Tính chất đẳng hướng : Tinh thể lập phương không thể hiện sự khác biệt về hướng trong các tính chất nhiệt và cơ học, đảm bảo tính nhất quán về kích thước và độ biến dạng thấp sau khi gia công chính xác.
- Cấu trúc hạt mịn và độ bền cao : Các sản phẩm thiêu kết có cấu trúc hạt mịn, độ bền uốn cao và khả năng chống sốc nhiệt tuyệt vời, chống nứt vỡ dưới các chu kỳ gia nhiệt-làm nguội nhanh.
- Khả năng chống mài mòn và ăn mòn & dẫn nhiệt cao : Chống ăn mòn bởi axit và kiềm mạnh cũng như quá trình oxy hóa ở nhiệt độ cao; dẫn nhiệt cao và hệ số giãn nở nhiệt thấp. Loại có độ tinh khiết cao chứa hàm lượng tạp chất kim loại cực thấp để đáp ứng yêu cầu về độ sạch của chất bán dẫn.
- Phương pháp điều chỉnh pha tạp có sẵn : Có thể đạt được hiệu suất dẫn điện hoặc bán dẫn bằng cách pha tạp trong quá trình thiêu kết để đáp ứng các điều kiện hoạt động điện.
Các kịch bản ứng dụng chính
1. Các linh kiện gốm thiêu kết cho thiết bị bán dẫn (bột β-SiC độ tinh khiết cao)
Được thiêu kết từ bột β-SiC có độ tinh khiết cao (khác với các bộ phận nguyên khối CVD), để thay thế các quy trình công nghệ tiên tiến trong nước: – Buồng khắc plasma: vòng viền, vòng lấy nét, lớp lót buồng, đế đỡ cách điện – Thiết bị xử lý nhiệt / epitaxy: giá đỡ wafer, thuyền wafer, cần gạt, ống lò, tấm chắn nhiệt – Thiết bị mài và kiểm tra: mâm cặp chân không bằng gốm, wafer giả, các bộ phận của bệ chuyển động chính xác
Lưu ý: β-SiC thiêu kết có độ tinh khiết và mật độ thấp hơn so với β-SiC CVD nguyên khối, nhưng lại có lợi thế đáng kể về chi phí đối với các ứng dụng điện cực đã hoàn thiện.
2. Gốm sứ kết cấu công nghiệp chống mài mòn và chống ăn mòn
– Vòng đệm kín cơ khí, ổ trục gốm, lớp lót chống mài mòn cho van bơm, vòi phun cát, vòi phun đầu đốt – Các bộ phận chống ăn mòn và chống mài mòn cho ngành công nghiệp hóa chất và kim loại màu chống lại sự ăn mòn mạnh và trung bình
3. Các thành phần nhiệt của lò nung nhiệt độ cao
Các thanh lăn, dầm, tấm đỡ, giá đỡ cong vênh, nồi nấu kim loại, ống bảo vệ cặp nhiệt điện, ống gia nhiệt bức xạ. Được ứng dụng trong lò nung con lăn và lò xử lý nhiệt, có khả năng chịu sốc nhiệt tốt đối với các chu kỳ tăng giảm nhiệt độ thường xuyên, tuổi thọ cao hơn so với các vật liệu lò nung α-SiC truyền thống.
4. Các pha gia cường cho vật liệu composite nền gốm (CMC)
Bột/sợi β-SiC được sử dụng làm chất độn gia cường cho gốm composite SiC/SiC, ứng dụng trong các cấu kiện kết cấu chịu nhiệt độ cao và các bộ phận bảo vệ chịu sốc nhiệt cho ngành hàng không vũ trụ nhằm cải thiện độ bền và khả năng chịu sốc nhiệt.
5. Các bộ phận bảo vệ quân sự và chịu nhiệt độ cao đặc biệt
Tấm giáp gốm chống đạn, các bộ phận chịu va đập nhẹ; các bộ phận kết cấu chịu nhiệt độ cao, chống bức xạ cho ngành công nghiệp hạt nhân, chịu được sự ăn mòn ở nhiệt độ cao và hư hại do bức xạ.
Các thông số kỹ thuật chính của gốm β-SiC thiêu kết
| Mục | Gốm β-SiC thiêu kết |
|---|---|
| Pha tinh thể | β-SiC (pha lập phương 3C-SiC) |
| Độ tinh khiết | ≥99,99% (loại dùng trong sản xuất bán dẫn) |
| Tỉ trọng | 3,18-3,20 g/cm³ |
| Độ dẫn nhiệt | 220-280 W/(m·K) |
| Sức mạnh uốn | 420-520 MPa |
| Điện trở suất thể tích | 0,01–10 Ω·cm (có thể điều chỉnh bằng cách pha tạp) |
| Nhiệt độ hoạt động tối đa | 1400 ℃ trong điều kiện chân không; 1700 ℃ trong không khí |
