Введение: Полупроводниковая керамика – это химические соединения, которые благодаря своим уникальным свойствам чрезвычайно полезны в производственных процессах. В данной статье рассматриваются природа и свойства пяти видов полупроводниковой керамики, а также их применение в промышленности. Хорошее знание этих видов полупроводниковой керамики позволит расширить возможности их применения.
Оксид алюминия как полупроводниковая керамика
Глинозем также известен как оксид алюминия. Это полупроводниковый керамический материал. Он встречается в природе в виде минерала. Его также можно получить синтетическим путём плавления твёрдых алюминиевых материалов. Глинозем встречается в различных формах, поэтому его называют аморфным. Например, глинозем в кристаллической форме называется корундом.
В следующей таблице представлены физические, химические и механические свойства оксида алюминия.
Таблица 1: Свойства оксида алюминия (оксида алюминия), полупроводниковой керамики
|
Физические свойства |
Химические свойства |
Механические свойства |
|
Он тяжёлый. Куб глинозема со стороной около метра может весить до 7200 фунтов. |
Он состоит из двух атомов алюминия и трех атомов кислорода, в результате чего получается Al2O3. |
Это очень твёрдое вещество, уступающее по твёрдости только алмазу. |
|
Плотность составляет 3,987 г/см3. |
Это неядовитое и не имеющее запаха вещество. |
Он относительно стабилен при высоких температурах. |
|
Это аморфное вещество, то есть не имеющее определённой формы. |
Его невозможно растворить в воде. |
Обладает превосходными износостойкими характеристиками. |
|
Он в форме порошка. |
Он воспламеняется при взаимодействии с такими веществами, как оксид этилена, который сам по себе является опасным газом. |
Более чистая форма этого вещества лучше противостоит коррозии, чем неочищенные формы. |
|
Это беловатое вещество. |
Это электрический изолятор. |
|
|
Имеет высокую температуру кипения 2200К. |
|
|
|
Имеет высокую температуру плавления 3200К. |
|
|
|
Встречается в виде кристаллов и некристаллов. |
|
|
|
Проявляет свойства теплопроводности в керамике. |
|
|
Использование оксида алюминия в полупроводниковой керамике: Цели использования оксида алюминия обусловлены его физическими, химическими и механическими характеристиками как полупроводниковой керамики. Они заключаются в следующем:
-
Покрытие оборудования, используемого в качестве печей, поскольку глинозем обладает способностью выдерживать очень высокие температуры;
-
Используется для производства ювелирных изделий
-
Используется для производства режущего оборудования из-за своей твердости; а также
-
Используется для производства наждачной бумаги, применяемой для выравнивания шероховатых поверхностей.
Нитрид кремния как полупроводниковая керамика
Нитрид кремния — это полупроводниковая керамика, получаемая синтетическим путём. Процессы его производства весьма дорогостоящи и требуют специального оборудования.
i. Прямое азотирование: в этом процессе порошок кремния и газообразный азот сжигаются при очень высокой температуре для получения нитрида кремния.
ii. Азотирование: в этом случае реакция кристаллов кремниевого порошка в процессе связывания приводит к образованию нитрида кремния.
В том же ключе физические, химические и механические свойства нитрида кремния представлены в таблице ниже:
Таблица 2: Свойства нитрида кремния как полупроводниковой керамики
|
Физические свойства |
Химические свойства |
Механические свойства |
|
Это беловатое вещество. |
Это очень чистое вещество. |
У него большой энергетический разрыв. |
|
Это плотное соединение, но имеющее небольшой вес. |
Обладает хорошей электропроводностью. |
Это чрезвычайно твёрдое вещество. |
|
Имеет высокую температуру плавления. |
Он также плохо реагирует на большинство химикатов. |
Он стабилен при очень высоких температурах. |
|
|
Требует применения небольших количеств в качестве полупроводниковой керамики. |
Он придает материалам прочность и жесткость, делая их очень долговечными. |
|
|
|
Он очень устойчив к износу. |
Использование нитрида кремния в полупроводниковой керамике можно выделить следующее:
-
Применяется при строительстве турбин;
-
Для производства оборудования и инструментов, используемых при хирургических операциях;
-
Крайне полезен при изготовлении стоматологических и ортопедических имплантатов;
-
Полезно для синтеза микросхем;
-
Нитрид кремния имеет небольшой вес и поэтому подходит для использования в самолетостроении, поскольку обеспечивает стабильное движение;
-
Используется для формирования ультрафиолетовых светодиодов.
Нитрид бора как полупроводниковая керамика
Нитрид бора — это полупроводниковая керамика, редко встречающаяся в окружающей среде. Это редкое вещество, которое в основном используется в синтетической форме, то есть в искусственном виде. Его также называют белым графитом из-за его внешнего сходства с гранитом.
Стоимость производства нитрида бора высока, и для работы с производственным оборудованием требуются специальные знания. Высокая стоимость производства синтетических форм этого вещества затрудняет доступ к нему некоторых отраслей промышленности. И это несмотря на преимущества его использования в производственных процессах, требующих полупроводниковой керамики.
Таблица 3: Свойства нитрида бора как полупроводниковой керамики
|
Физические свойства |
Химические свойства |
Механические свойства |
|
Он мягкий и смазывающе действует. |
Он создается путем синтеза оксида бора и азота с образованием нитрида бора. |
Обладает высокой устойчивостью к коррозии. |
|
Встречается в трех основных кристаллических формах. |
Он не токсичен. |
Это твердое вещество, как алмаз.
|
|
Имеет высокую температуру плавления. |
Его производят в условиях очень высокой температуры с целью очистки его формы. |
|
|
Он является отличным проводником электричества. |
|
|
Формы нитрида бора как полупроводниковой керамики: Нитрид бора – это особый вид полупроводниковой керамики, поскольку он существует в трех основных кристаллических формах, а именно:
i. H-BN (гексагональный нитрид бора) — мягкий, смазочный и имеет низкую электропроводность. Формы, получаемые из этой формы нитрида бора, обычно плотные.
ii. C-BN, получаемый при воздействии очень высокой температуры на H-BN. Продукты C-BN очень твёрдые; и
iii. W-BN, образующийся при более низких температурах, чем C-BN. W-BN очень полезен для производства твёрдых форм. Он также имеет меньшую плотность по сравнению с другими формами нитрида бора.
Использование нитрида бора в качестве полупроводниковой керамики включают в себя следующее
-
Производство радиаторов.
-
Строительство печей.
-
Синтез оптических материалов.
-
Приготовление косметики; а также
-
Изготовление режущих материалов.
Нитрид алюминия как полупроводниковая керамика
Описание: Нитрид алюминия — это полупроводниковая керамика. Это твёрдый алюминий в форме нитрида. Он популярен в качестве полупроводниковой керамики благодаря своей нетоксичности и безопасности при использовании в производстве. Нитрид алюминия получают синтетическим путём соединения алюминия и азота.
Таблица 4: Свойства нитрида алюминия как полупроводниковой керамики
|
Физические свойства |
Химические свойства |
Механические свойства |
|
Это беловатое вещество. |
Спонтанная поляризация придает нитриду алюминия ярко выраженный ионный характер. |
Обладает высокой устойчивостью к коррозии. |
|
Имеет высокую температуру плавления — около 2200°C. |
Он медленно гидролизуется в воде, разрушая границы своих зерен. |
Он существует в виде кристаллической структуры, известной как гексагональный вюрцит. |
|
Имеет высокую температуру кипения — около 2500°C. |
Вещество может разрушаться под воздействием кислот и щелочей путем воздействия на зерна нитрида алюминия. |
Устойчив к некоторым расплавленным солям. |
|
Это электрический изолятор. |
Он образован электроотрицательностью, возникающей в результате соединения атомов алюминия и азота. |
|
|
Нитрид алюминия обладает очень высокой теплопроводностью. |
|
|
Использование нитрида алюминия в качестве полупроводниковой керамики:
-
Используется в качестве радиатора в электрических и электронных устройствах.
-
Вещество применяется в электротехнических приложениях в ситуациях, когда высокие температуры и рассеивание тепла представляют собой проблему.
-
Его комбинируют при производстве пластмасс и материалов на основе смолы.
-
Используется при производстве упаковки для электрооборудования.
-
Нитрид алюминия также используется для производства тонкого материала, известного как радиочастотный фильтр, применяемый в мобильных телефонах в качестве акустического резонатора.
-
Используется при изготовлении микрофонов.
Карбид кремния как полупроводниковая керамика
Карбид кремния — полупроводниковая керамика, также известная как карборунд. В природе он встречается в редком минерале муассанит. Исследования образцов карбида кремния показали наличие изотопов кремния и углерода. Эти элементы также присутствуют в звёздной пыли, которая имеет космическое происхождение.
Другие источники карбида кремния: Карбид кремния также может производиться в больших количествах в кристаллической и порошкообразной форме. Существует два метода получения синтетического карбида кремния: метод Лели и химическое осаждение из газовой фазы. Оба метода требуют специального оборудования и высокой квалификации.
Свойства карбида кремния как полупроводниковой керамики
|
Физические свойства |
Химические свойства |
Механические свойства |
|
Это вещество темного цвета и без запаха. |
Его нельзя растворить в воде, но можно растворить в расплавленном железе. |
Это очень твёрдое вещество. |
|
Он является хорошим проводником тепла и электричества. |
Он устойчив к кислотам и щелочам, но не устойчив к реакциям с фторидами кислот и плавиковой кислотой. |
Он имеет широкую запрещенную зону и магнитные свойства, что повышает его роль как полупроводниковой керамики. |
|
|
Он химически инертен. |
|
Использование карбида кремния в качестве полупроводниковой керамики:
-
Карбид кремния используется при производстве прочных и твердых материалов, таких как пуленепробиваемые жилеты.
-
Его используют при изготовлении ювелирных изделий.
-
Разработка абразивных материалов.
-
Строительство автомобильных сцеплений и автомобильных тормозов.
-
Используется в фотокаталитических процессах, а также в производстве полевых транзисторов.
-
Производство энергосберегающих машин и оборудования.
-
Сборка солнечных энергосистем и электромобилей, поскольку они способны выдерживать высокое электрическое напряжение.
-
Его предпочитают использовать в качестве хорошей замены высокоуглеродным материалам, используемым в процессе сжигания, в целях защиты окружающей среды.
Заключение:
Полупроводниковая керамика отличается высокой термостойкостью, твёрдостью и хорошей электропроводностью. К этим свойствам относятся также стойкость к коррозии, износу, способность к образованию ионных связей, цвет и форма. Эти особенности также определяют область её применения.