Silizio nitruro zeramikaren eroankortasun termiko praktikoaren eta teorikoaren arteko hutsunearen arrazoiak

Silizio nitruroa (Si₃N₄) 320 W/(m·K) inguruko eroankortasun termiko intrintsekoa duen egiturazko zeramikazko materiala da, eroankortasun termiko handia eta propietate mekaniko bikainak dituena. Giro-tenperaturan duen egonkortasun handiari esker, Si₃N₄ oso onartua izan da erdieroaleen industria modernorako zeramikazko substratu ontziratzeko materiala. Hala ere, desadostasun nabarmena dago Si₃N₄-ren eroankortasun termiko praktikoaren eta bere balio teorikoaren artean. Artikulu honek dibergentzia horren erantzule nagusiak aztertzen ditu.

1 Sareko oxigenoa

Si₃N₄-en bero-eroapena fonoi transmisioak zuzentzen du nagusiki. Sarearen akatsek hutsuneak, pilaketa akatsak eta granular arteko ezpurutasunak barne, fonoien sakabanaketa areagotzen dute eta silizio nitruroaren eroankortasun termikoa hondatzen dute.

Sareko oxigenoa Si₃N₄ eroankortasun termikoa aldatzen duen faktore erabakigarri gisa balio du. Oxigeno-atomoak Si₃N₄ sarean sartu ondoren, silizio hutsuneak sortzen dira, fononen bide askea nabarmen laburtuz eta eroankortasun termikoa murriztuz. Si₃N₄-ren errendimendu termikoa areagotzeko, hauts gordinen oxigeno-edukia minimizatu behar da sinterizazio-jarduera optimizatzeko, eta hasierako partikulen tamaina finak mantentzen dira oxigenoaren kutsadura gehigarria blokeatzeko.

Sinterizatzeko gehigarri konbentzionalakSi₃N₄sareko oxigeno iturri nagusietako bat dira. Gehigarri hauek fase likidoaren barnean, oro har, 1 W/(m·K) eroankortasun termikoa duten bigarren mailako fase intergranularrak osatzen dituzte, eta horrek Si₃N₄-ren eroankortasun termikoa kaltetzen du. Dauden ikerketek baieztatzen dute lur arraroen oxidoa sinterizatzeko gehigarriak hartzeak sareko oxigeno-edukia murrizten duela lur arraroen elementuen erradio ionikoa murrizten den heinean. Tenperatura baxuko sinterizazioa hobesten da Si₃N₄ zeramikazko substratuen ekoizpen-kostuak murrizteko, dentsifikazio osoa eta ale-tamaina desiragarria bermatuz.

Gainera, karbono hautsa murrizteko neurrizko gehikuntzak bigarren mailako faseen eraketa kentzen du eta sarearen garbitasuna hobetzen du; gehiegizko karbono librea saihestu behar da eroankortasun termiko altua lortzeko.

2 Silizio nitruroaren kristal egitura

Silizio nitruroa 140,68ko pisu molekularra duen konposatu oso kobalentea da. Bere bi polimorfo nagusi, α-Si₃N₄ eta β-Si₃N₄, biak kristal sistema hexagonalari dagozkio. Si₃N₄ zeramika normalean 1800 °C-tik gora sinterizatzen dela kontuan hartuta, β-Si₃N₄ fase kristalino nagusia da merkataritzako Si₃N₄ osagaietan.

(1) β-Si₃N₄ alearen hazkuntzarako indar eragilea

α-Si₃N₄ eraldatu gabeko hondarrak α-to-β faseko trantsizioan zehar geratzen diren α-Si₃N₄ eragin negatibo nabarmena eragiten du eroankortasun termikoan. Hori dela eta, α-Si₃N₄-tik β-Si₃N₄-ra eraldaketa fase osoa ezinbestekoa da β-Si₃N₄-ren nukleazioa eta aleen hazkuntza errazteko eroankortasun termikoa hobetzeko.

(2) Hazitako β-Si₃N₄ aleen morfologia

Eroankortasun termikoa nabarmen igotzen da β-Si₃N₄ ale-tamaina handitzen den heinean, eta erretiroaren iraupen luzeak bero-transferentziarako gaitasuna areagotzen du. Hala ere, aleak dimentsio kritikotik haratago hazten direnean, alearen loditze gehigarriak errendimendu termikoaren hobekuntza arbuiagarria dakar.

3 Dentsitate erlatiboa

Dentsitate erlatiboak eragin nabarmena du Si₃N₄ eroankortasun termikoan. Porositate handiagoak eroankortasun termikoaren degradazio nabaria dakar. Orokorrean, eroankortasun termiko handiko Si₃N₄ zeramikek dentsitate handia eta difusibotasun termikoa dute, eta lur arraroen oxidoek silizio nitruro guztiz trinkoaren fabrikazioa errazten dute. Fase likidoko sinterizazioa derrigorrezkoa da silizio nitruroaren zeramika dentsifikatzeko eta Si₃N₄ren azken dentsitatea aldatzen da sinterizazio parametro eta prozesatzeko metodo ezberdinetan. Horregatik, sinterizazio-teknika egokiak hautatzea funtsezkoa da eroankortasun termiko handiko Si₃N₄ zeramika fabrikatzeko.

Semicorex-ek kalitate handikoa eskaintzen dusilikon nitruro plakasoxidazio termikoko prozesuetarako. Kontsultarik baduzu edo xehetasun gehiago behar badituzu, ez izan zalantzarik eta jarri gurekin harremanetan.

Harremanetarako telefono zenbakia +86-13567891907

Posta elektronikoa: sales@semicorex.com