SİLİSYON KARBÜR ALT TABAKASI KULLANIMININ ARAŞTIRILMASI: GELİŞMİŞ BİR SERAMİK MALZEME

Giriiş:

Üretim sektöründe dalgalar yaratan gelişmiş seramik malzemelerden biri Silisyum karbür seramiktir. Bilim dünyası bu keşiften heyecan duyuyor. Özellikle güç elektroniği sektöründeki sanayicilerin birçok ihtiyacına cevap veren gelişmiş bir seramik malzemedir.

Silisyum karbürün kökeni

Günümüzde silikon karbür olarak bilinen gelişmiş yarı iletken, 1891 yılında Acheson Ed tarafından tesadüfen keşfedildi. Elmaslara bir alternatif sunmak isteyen Amerikalı bir bilim adamıydı. Niyeti açıktı, ancak deneyinin sonucu silikon karbür üretti ve bu da ona popülerlik kazandırdı çünkü daha önce hiç kimse böyle bir keşif yapmamıştı.

Silisyum karbürün 1893'te Moissan Henri tarafından bir meteoritte doğal olarak mineral olarak bulunduğu da bulundu. Bu, diğer adı olan Moissanite'in doğuşuna sebep oldu. Bu keşif ve bileşenlerinin yıldız tozuna benzemesi nedeniyle silisyum karbür, gemstone from the sky4 olarak adlandırıldı.

ŞEKİL 1: Bir meteor parçası

Silisyum Karbürün Ticari Hazırlanması

Silisyum karbür seramiği ticari miktarlarda sentetik olarak üretilebilir. Silisyum karbürün sentetik üretiminin bilinen iki yöntemi vardır. Anthony Lely tarafından 1955'te başlatılan ve kristal büyüme teknolojisi olarak da bilinen Lely yöntemi ve Kimyasal buhar yöntemi.

ŞEKİL 2: Silisyum karbürün kovalent bağlanması

1. Lely yöntemi: Bu, yarı iletken endüstrisi için silisyum karbür kristallerinin ticari üretim sürecidir. Burada, silisyum karbür tozu süblimleştirilir ve argon gazıyla çok yüksek sıcaklıklarda bir potada ısıtılır. Daha sonra, kristaller potanın ortasındaki daha düşük sıcaklıktaki bir çubuğa tutunur.

2. Kimyasal buhar yöntemi: Bu, metalurji ve çıkarma endüstrileri tarafından son derece saf ürünler üretmek için benimsenen bir yöntemdir8. Kimyasal buhar yöntemi, kontrollü bir ortamda silikon ve karbon atomlarının parçalanmasını içerir. Bu yöntemden kaynaklanan eksik parçalanma, yarı iletken endüstrisi tarafından kullanılan silikon karbür alt tabakaları üretir7.

Yarı iletken seramik olarak silisyum karbürün birçok boyutu

Silisyum karbür, karborundum olarak da bilinen bir maddedir. Bilinen diğer adları silisyum karbür yarı iletken, sic, seramik sic ve silisyum karbür alt tabakadır. Bu gelişmiş seramiğin çeşitli özelliklerini tartışırken adların kullanımını sık sık değiştireceğiz.

Bununla birlikte, maddeye hangi adı verirseniz verin, temel özellikleri aynı kalır. Daha sonra incelenecek olan sic seramiğinin özellikleri kimyasal, fiziksel ve mekanik özelliklerdir (özellikler).

Silisyum karbürün (Sic) kimyasal özellikleri: Silisyum karbür, birbirine güçlü bir şekilde bağlanmış silisyum ve karbon iyonlarından oluşan bir kimyasal bileşiktir. Bu gelişmiş seramiğin sahip olduğu güçlü bağlar, onu kimyasal olarak inert hale getirir. Kimyasal yapısının bant aralığı güçlüdür, bu nedenle onu yarı iletken seramik (sic seramik) olarak oldukça etkili hale getirir.

Başka bir deyişle, sic diğer kimyasal maddeler, özellikle asitler ve alkaliler tarafından kolayca parçalanamaz. Silisyum ve karbon atomlarının tetrahedral bağlanması silisyum karbür substrat1 üretir. Sonuç olarak, sic, özellikle yarı iletkenler olarak üretim sektörüne iyi uyan gerekli iç bileşime sahiptir.

Ayrıca tuzlara ve alkalilere karşı oldukça dirençlidir ve suda çözünemez. Bunun yerine, erimiş demirde ve bazı hidroflorik asit formlarında çözünebilir.

Seramik sic'in elektronik olarak içsel taşıyıcı yoğunluğu çok düşüktür ve bu da onun yüksek sıcaklık operasyonlarına uygunluğunu arttırır.

Fiziksel Özellikler: Bunlar maddenin rengine, şekline ve dokusuna kolayca yansır. Karborundum bir mücevherdir ve bu, çeşitli renk tonlarında yansıtılır. Tıpkı elmaslar gibi, parlaklıkları nedeniyle oldukça değerlidirler ve renkler 4 ila 7 arasında derecelendirilir. Ayrıca, yeşilimsi parlaklığının bir kişiyi elmas sanmasına neden olabileceğini de belirtmek önemlidir.

Termal özellikleri nedeniyle Sic cte olarak da bilinen, sic cte termal katsayısını tanımladığı için, silisyum karbür malzemelerinin yüksek miktarda elektrik ilettiği bilinmektedir. Çok yüksek bir kaynama noktasına ve yüksek bir erime noktasına sahiptir.

Silisyum karbürün mekanik özellikleri: Silisyum karbür çok sert bir malzemedir. Aslında, en sert maddedir2. Silisyum karbür elmastan sonra ikinci sırada yer alan, itibarlı bir sert malzemedir. Silisyum karbürdeki silisyum ve karbon atomlarının bağlarındaki kovalentlik onu çok sert yapar8. Sic seramiği aşındırıcılığa ve darbeye karşı oldukça dayanıklı kabul edilir.

Sic seramik, ağırlığının yanı sıra yüksek emicilik kapasitesine de sahiptir.

Karborundum ve çok tiplilik: Sic seramik, politipizm2 olarak bilinen bir süreçle farklı yapılarda kristalleşir ve bu da gelişmiş seramiğin politiplerini üretir. Silisyum karbürdeki politiplerin oluşumu, hem karbonun hem de silisyumun yüzey özelliklerindeki farklılıklara atfedilir5.

Sic seramiğin politipleri, hareketlilik, bant aralığı ve elektronik özellikler açısından ayırt edici özelliklere sahiptir. Ayrıca kristallerinin istiflenmesi açısından da farklılaşırlar2. Silisyum karbürün kristal özellikleri, çok değerli bir değerli taş olan karborundum formunun kökenini oluşturmuştur.

Silisyum karbürün akustik malzemelerin geliştirilmesinde kullanımında sic seramik politiplerinin hareketliliği ortaya çıkmaktadır.

ŞEKİL 3: Sic seramik kristalleri

Silisyum seramik (silisyum karbür) kullanım alanları:

1. Sic seramik, balistik ekipmanların üretiminde kullanılan en iyi gelişmiş seramik malzemelerden biri olarak kabul edilir. Bunlara kurşun geçirmez yelekler gibi vücudu koruyan giysiler dahildir. Çoğu kurşun geçirmez yelek, kıyafetin ön katmanı olarak gelişmiş seramik malzemeler kullanır. Bu, yarı iletkenin mermiler gibi yüksek hızlı mermileri saptırma kapasitesinin bir sonucudur9.

2. Sic cte, biyomedikal ve biyokimyasal sistemlerde kullanılan mikro elektromekanik sistemler (MEMS) teknolojisi için kaplama olarak kullanılır10. Jeneratörler ve akustik gibi MEMs teknolojisinden kaynaklanan elektrikli ürünler, sic cte'nin bu tür niteliklerini gerektirir. Sic cte seçimiyle ilgili amaç, üretimde maliyet etkinliğinin yanı sıra güvenilirlik elde etmektir8.

ŞEKİL 4: Jeneratör parçalarındaki silisyum karbür yarı iletkenler

3. Silisyum karbür, dayanıklı tuğlaların üretiminde kullanılan güvenilir bir gelişmiş seramik malzemedir ve inşaatta kullanılır. Tuğlaların üretiminde kullanılan kilde bulunan silisyum, ona gelişmiş seramik özelliğini kazandırır. Tuğlalar, yapı yapılarında güç, dayanıklılık ve iyi havalandırma elde etmek için inşaatta kullanılır11.

ŞEKİL 5: Silisyum karbür yarı iletken (Tuğlalar)

4. Havacılık sektörü, ekipmanlarının kalitesine ve dayanıklılığına verdiği önemle ünlüdür. Bu, uçak yapımında kullanılan malzemelerde silikon seramik kaplamanın kullanımını bilgilendirir. Bu, uçakların yüksek hızdaki rüzgarların ve araçların kuvvetine dayanacak kadar güçlü olmasını sağlar. Kullanılan sic seramiğin uygun ağırlığı, uçakların su üstünde kalmasını da sağlar.

ŞEKİL 6: Sic seramikten üretilen uçak parçaları

5. Sic seramik gibi gelişmiş seramik malzemelerin fiziksel ve mikro yapısal özellikleri onları ilk tercih haline getirir. Jeneratörler ve cerrahi aletler gibi elektrikli ekipmanların kritik bileşenlerinin üretiminde uygun şekilde kullanılırlar. İnce film olarak kullanılmaları, malzemelerin uzun ömürlü olmasını ve aşınma ve yıpranmaya karşı dirençli olmasını sağlar.

ŞEKİL 7: Elektronikte Sic kullanımı.

6. Bu makalenin başında silisyum karbürün karborundum olarak da bilindiğinden bahsetmiştik. Karborundum terimi özellikle mücevherlerde kullanımı söz konusu olduğunda sic seramiğine uygulanır. Elmaslara iyi bir alternatif olarak karborundum, nişan yüzüklerinin imalatında oldukça tercih edilir. Elmaslar kadar ucuzdur, ancak aynı derecede etkilidir!

7. Silisyum karbürün yüksek elektrik voltajlarını destekleme yeteneği, onu elektrikli ve güneş enerjili araçlar için uygun hale getirir. Silisyum karbür çok yüksek termal iletkenliğe sahiptir ve elektrikli araçların bileşen parçaları arasında ısı dağılımını destekler12. Elektrikli araç (EV) şarj cihazlarında kullanılan sic seramik, diğer bileşen parçalarına olan gereksinimleri azaltarak verimliliği artırır12.

8. Sic seramik fotokatalitik süreçler için kullanışlıdır. Bunlar, fotosentez için ışık enerjisini kullanarak termodinamik süreçleri artırmak için kullanılan yöntemlerdir. Fotokatalitik süreçler, çevrenin endüstriyel faaliyetlerden kaynaklanan kimyasallara ve toksinlere maruz kalmasını azaltmaya yardımcı olur. Bu şekilde, silisyum karbür çevremizi korumak için kullanışlı bir araçtır13.

9. Sic seramik malzemelerin sertliği onları aşındırıcı olarak kullanılmaya uygun hale getirir. Aşındırıcılar kendi başlarına çekme mukavemetine ve dayanıklılığa sahip olmalıdır. Sic seramik gibi aşındırıcılar inşaat ve teknoloji sektörleri gibi çeşitli sektörlerde kullanılır. Aşındırıcılara örnek olarak daha yumuşak, pürüzlü yüzeyleri düzeltmek için kullanılan zımpara kağıdı verilebilir14.

ŞEKİL 8: Silisyum karbür aşındırıcı - zımpara kağıdı

10. Silisyum karbür ayrıca kesme malzemelerinin imalatında da kullanılır. Çok serttir ve bu nedenle diğer nesneleri keserken korozyona dayanabilir. Sic seramikle kaplanmış malzemeler, sert malzemeleri kesmek için kullanıldığında hassasiyet ve sertlik potansiyeli sunar. Ayrıca, kesme için kullanılan silisyum karbür seramik, tekrarlanan kullanımlara rağmen kolayca aşınmaz veya aşınmaz.

Kullanımdaki zorluklar Silisyum karbürün özellikleri şunlardır:

Ø Silisyum karbür çok nadir bir malzemedir. Bunun sonucu olarak, bulunabilirliği ticari üretime bağlıdır ve bu da çoğu durumda bileşiğin saf olmayan formlarıyla sonuçlanır.

Ø Silisyum karbürün üretim maliyetleri yüksektir ve bu durum, bu maddeye ihtiyaç duyan sanayiciler açısından yüksek satın alma maliyetine yansır.

Çözüm:

Silisyum karbür çok iyi bir keşiftir ve çeşitli kullanım biçimleriyle etki yaratmaya devam etmektedir. Daha fazla sanayicinin kullanımına sunmak için daha ucuz yöntemler geliştirmek amacıyla daha fazla teknolojik ilerlemenin ortaya çıkmasını umuyoruz.