Ногоон цахиурын карбидын бичил нунтагны өвөрмөц шинж чанар болон хэрэглээний хэтийн төлөвийг дэлгэн харуулах
Өнөөгийн өндөр технологийн материалын салбарт ногоон цахиурын карбидын бичил нунтаг нь өвөрмөц физик, химийн шинж чанараараа материалын шинжлэх ухааны нийгэмлэгийн анхаарлын төвд аажмаар орж байна. Нүүрстөрөгч болон цахиурын элементүүдээс бүрдсэн энэхүү нэгдэл нь өвөрмөц талст бүтэц, маш сайн гүйцэтгэлийнхээ ачаар олон үйлдвэрлэлийн салбарт өргөн хэрэглээний боломжийг харуулсан. Энэхүү нийтлэлд ногоон цахиурын карбидын бичил нунтагын өвөрмөц шинж чанар болон янз бүрийн салбарт хэрэглэх боломжийг гүнзгийрүүлэн судлах болно.
1. Ногоон цахиурын карбидын бичил нунтагны үндсэн шинж чанарууд
Ногоон цахиурын карбид (SiC) нь синтетик хэт хатуу материал бөгөөд ковалент холбооны нэгдэлд хамаардаг. Түүний талст бүтэц нь алмааз шиг зохион байгуулалттай зургаан өнцөгт системтэй. Ногоон цахиурын карбидын бичил нунтаг нь ихэвчлэн 0.1-100 микрон хэмжээтэй нунтаг бүтээгдэхүүнийг хэлдэг бөгөөд цэвэршилт болон хольцын агууламжаас шалтгаалан цайвар ногооноос бараан ногоон хүртэл янз бүрийн өнгөтэй байдаг.
Микроскопийн бүтцээс харахад ногоон цахиурын карбидын болор дахь цахиурын атом бүр нь дөрвөн нүүрстөрөгчийн атомтай тетраэдр координат үүсгэдэг. Энэхүү хүчтэй ковалент холбооны бүтэц нь материалд маш өндөр хатуулаг, химийн тогтвортой байдлыг өгдөг. Ногоон цахиурын карбидын Мохсын хатуулаг нь 9.2-9.3 хүрдэг бөгөөд энэ нь алмаз болон куб борын нитридийн дараа ордог бөгөөд энэ нь зүлгүүрийн салбарт орлуулшгүй болгодог гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй.
2. Ногоон цахиурын карбидын бичил нунтагны өвөрмөц шинж чанарууд
1. Маш сайн механик шинж чанар
Ногоон цахиурын карбидын бичил нунтагны хамгийн онцлог шинж чанар нь түүний маш өндөр хатуулаг юм. Түүний Викерсийн хатуулаг нь 2800-3300кг/мм² хүрч чаддаг тул хатуу материалыг боловсруулахад сайн ажилладаг. Үүний зэрэгцээ ногоон цахиурын карбид нь сайн шахалтын бат бэхтэй бөгөөд өндөр температурт өндөр механик бат бэхийг хадгалж чаддаг. Энэ шинж чанар нь үүнийг хэт туйлширсан орчинд ашиглах боломжийг олгодог.
2. Маш сайн дулааны шинж чанар
Ногоон цахиурын карбидын дулаан дамжуулалт нь 120-200Вт/(м·К) хүртэл өндөр бөгөөд энэ нь ердийн гангаас 3-5 дахин их юм. Энэхүү маш сайн дулаан дамжуулалт нь дулааныг тараахад тохиромжтой материал болгодог. Бүр гайхалтай нь ногоон цахиурын карбидын дулааны тэлэлтийн коэффициент нь ердөө 4.0×10⁻⁶/℃ бөгөөд энэ нь температур өөрчлөгдөхөд маш сайн хэмжээст тогтвортой байдалтай бөгөөд дулааны тэлэлт ба агшилтаас болж илэрхий деформаци үүсгэхгүй гэсэн үг юм.
3. Химийн маш сайн тогтвортой байдал
Химийн шинж чанарын хувьд ногоон цахиурын карбид нь маш хүчтэй идэвхгүй байдлыг харуулдаг. Энэ нь ихэнх хүчил, шүлт, давсны уусмалын зэврэлтийг тэсвэрлэх чадвартай бөгөөд өндөр температурт ч тогтвортой хэвээр байж чаддаг. Туршилтууд нь ногоон цахиурын карбид нь 1000°C-аас доош исэлдүүлэгч орчинд сайн тогтвортой байдлыг хадгалж чаддаг тул идэмхий орчинд удаан хугацаанд ашиглах боломжтой болгодог.
4. Цахилгааны тусгай шинж чанарууд
Ногоон цахиурын карбид нь 3.0 эВ зурвасын өргөнтэй, цахиурын 1.1 эВ-ээс хамаагүй том өргөн зурвасын зайтай хагас дамжуулагч материал юм. Энэ шинж чанар нь өндөр хүчдэл, температурыг тэсвэрлэх боломжийг олгодог бөгөөд цахилгаан электрон төхөөрөмжийн салбарт өвөрмөц давуу талтай. Үүнээс гадна, ногоон цахиурын карбид нь электрон хөдөлгөөн өндөртэй тул өндөр давтамжийн төхөөрөмж боловсруулах боломжтой болгодог.
3. Ногоон цахиурын карбидын бичил нунтаг бэлтгэх үйл явц
Ногоон цахиурын карбидын бичил нунтаг бэлтгэхэд голчлон Ачесоны процессыг ашигладаг. Энэ арга нь кварцын элс болон газрын тосны коксыг тодорхой харьцаагаар хольж, эсэргүүцлийн зууханд 2000-2500°C хүртэл халааж урвалд оруулдаг. Урвалын үр дүнд үүссэн ногоон өнгийн блок хэлбэртэй цахиурын карбид нь бутлах, зэрэглэх, даршилж авах зэрэг процессуудыг дамждаг бөгөөд эцэст нь янз бүрийн хэмжээтэй бичил нунтаг бүтээгдэхүүн гаргаж авдаг.
Сүүлийн жилүүдэд технологийн дэвшлийн хамт зарим шинэ бэлтгэлийн аргууд гарч ирсэн. Химийн ууршуулах (CVD) нь өндөр цэвэршилттэй нано хэмжээний ногоон цахиурын карбидын нунтаг бэлтгэх боломжтой; золь-гель арга нь нунтагны ширхэгийн хэмжээ, морфологийг нарийн хянаж чаддаг; плазмын арга нь тасралтгүй үйлдвэрлэлд хүрч, үйлдвэрлэлийн үр ашгийг дээшлүүлэх боломжтой. Эдгээр шинэ процессууд нь ногоон цахиурын карбидын бичил нунтагны гүйцэтгэлийг оновчтой болгох, хэрэглээг өргөжүүлэх илүү олон боломжийг олгодог.
4. Ногоон цахиурын карбидын бичил нунтагны үндсэн хэрэглээний чиглэлүүд
1. Нарийвчлалтай нунтаглах болон өнгөлөх
Хэт хатуу зүлгүүрийн хувьд ногоон цахиурын карбидын бичил нунтагыг цементэн карбид, керамик, шил болон бусад материалыг нарийн боловсруулахад өргөн ашигладаг. Хагас дамжуулагчийн үйлдвэрлэлд өндөр цэвэршилттэй ногоон цахиурын карбидын нунтагыг цахиурын вафлиг өнгөлөхөд ашигладаг бөгөөд түүний зүсэх чадвар нь уламжлалт хөнгөн цагааны исэл зүлгүүрээс илүү сайн байдаг. Оптик бүрэлдэхүүн хэсгийн боловсруулалтын салбарт ногоон цахиурын карбидын нунтаг нь нано хэмжээний гадаргуугийн барзгаржилтыг бий болгож, өндөр нарийвчлалтай оптик бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн боловсруулалтын шаардлагыг хангаж чаддаг.
2. Дэвшилтэт керамик материалууд
Ногоон цахиурын карбидын нунтаг нь өндөр хүчин чадалтай керамик бэлтгэхэд чухал түүхий эд юм. Маш сайн механик шинж чанар, дулааны тогтвортой байдалтай бүтцийн керамикийг халуун шахалтын шатаах эсвэл урвалын шатаах процессоор хийж болно. Энэ төрлийн керамик материалыг механик битүүмжлэл, холхивч, цорго зэрэг гол эд ангиудад, ялангуяа өндөр температур, зэврэлт зэрэг хүнд нөхцөлд өргөн ашигладаг.
3. Электроник ба хагас дамжуулагч төхөөрөмжүүд
Электроникийн салбарт ногоон цахиурын карбидын нунтагыг өргөн зурвасын завсартай хагас дамжуулагч материал бэлтгэхэд ашигладаг. Ногоон цахиурын карбид дээр суурилсан цахилгаан төхөөрөмжүүд нь өндөр давтамжтай, өндөр хүчдэлтэй, өндөр температурын ажиллах шинж чанартай бөгөөд шинэ эрчим хүчний тээврийн хэрэгсэл, ухаалаг сүлжээ болон бусад салбарт асар их боломжийг харуулж байна. Судалгаагаар ногоон цахиурын карбидын цахилгаан төхөөрөмжүүд нь уламжлалт цахиур дээр суурилсан төхөөрөмжүүдтэй харьцуулахад эрчим хүчний алдагдлыг 50%-иас дээш хувиар бууруулж чаддаг болохыг харуулсан.
4. Нийлмэл арматур
Ногоон цахиурын карбидын нунтагыг металл эсвэл полимер матрицад арматурын үе шат болгон нэмэх нь нийлмэл материалын бат бөх, хатуулаг, элэгдэлд тэсвэртэй байдлыг мэдэгдэхүйц сайжруулж чадна. Агаарын тээврийн салбарт хөнгөн цагаан дээр суурилсан цахиурын карбидын нийлмэл материалыг хөнгөн, өндөр бат бэхтэй бүтцийн эд анги үйлдвэрлэхэд ашигладаг; автомашины үйлдвэрлэлд цахиурын карбидаар бэхжүүлсэн тоормосны дэвсгэр нь өндөр температурт маш сайн тэсвэртэй байдаг.
5. Галд тэсвэртэй материал ба бүрээс
Ногоон цахиурын карбидын өндөр температурын тогтвортой байдлыг ашиглан өндөр хүчин чадалтай галд тэсвэртэй материалыг бэлтгэж болно. Ган хайлуулах үйлдвэрт цахиурын карбидын галд тэсвэртэй тоосгыг тэсэлгээний зуух, хөрвүүлэгч зэрэг өндөр температурт ажилладаг тоног төхөөрөмжид өргөн ашигладаг. Үүнээс гадна цахиурын карбидын бүрхүүл нь үндсэн материалыг элэгдэл, зэврэлтээс маш сайн хамгаалж чаддаг бөгөөд химийн тоног төхөөрөмж, турбины ир болон бусад салбарт ашигладаг.