تتمتع سيراميكات SiC بخصائص رابطة تساهمية قوية ويصعب تلبيدها

تتمتع سيراميكات SiC بخصائص رابطة تساهمية قوية ويصعب تلبيدها

في ثمانينيات القرن العشرين، بدأت بعض الدول المتقدمة في البحث والتطوير في مجال ركائز سيراميك AlN، وكانت اليابان في طليعة العالم. لا يزال هناك العديد من الشركات في اليابان التي تبحث وتنتج ركائز سيراميك AlN، مثل Keito و Nippon Special Ceramics و Sumitomo Metal Industries و Fujitsu و Toshiba و Nippon Electric. المادة الخام الأساسية لإعداد سيراميك AlN، مسحوق AlN، لها عمليات تحضير معقدة واستهلاك مرتفع للطاقة ودورات طويلة وأسعار مرتفعة. تحد التكلفة العالية من الاستخدام الواسع النطاق لسيراميك AlN، لذلك تُستخدم ركائز سيراميك AlN حاليًا بشكل أساسي في الصناعات الراقية [4].

1.3 ركيزة سيراميك Si3N4

يحتوي Si3N4 على ثلاثة هياكل بلورية، وهي Xiang Xianghe Phase، ومن بينها Xianghe Phase هو الشكل الأكثر شيوعًا لـ Si3N4، وهو هيكل سداسي. يتمتع Si3N4 بالعديد من الخصائص الممتازة، مثل الصلابة العالية، والقوة العالية، ومعامل التمدد الحراري المنخفض، والزحف المنخفض في درجات الحرارة العالية، ومقاومة الأكسدة الجيدة، والأداء الجيد للتآكل الحراري، ومعامل الاحتكاك المنخفض. يمكن أن تصل الموصلية الحرارية النظرية لنتريد السيليكون أحادي البلورة إلى 400W/(m · K)، مما يحتمل أن يصبح ركيزة ذات موصلية حرارية عالية. بالإضافة إلى ذلك، يبلغ معامل التمدد الحراري لـ Si3N4 حوالي 3.0 × 10-6 درجة، وهو ما يتوافق جيدًا مع مواد مثل Si وSiC وGaAs، مما يجعل سيراميك Si3N4 مادة ركيزة جذابة للأجهزة الإلكترونية عالية القوة والموصلية الحرارية العالية [4].

ومع ذلك، فإن الأداء العازل لسيراميك Si3N4 ضعيف بعض الشيء (مع ثابت عازل يبلغ 8.3 وخسارة عازلة تبلغ 0.001~0.1)، كما أن تكلفة الإنتاج مرتفعة أيضًا، مما يحد من تطبيقه كركيزة سيراميكية للتغليف الإلكتروني.

1.4 ركائز السيراميك SiC

الموصلية الحرارية لسيراميك SiC عالية جدًا، تتراوح من 100 إلى 400 واط / (م · ك) في درجات حرارة عالية، وهو ما يعادل 13 مرة من Al2O3؛ أداء مضاد للأكسدة جيد، درجة حرارة التحلل أعلى من 2500 درجة، لا يزال من الممكن استخدامه في جو مؤكسد عند 1600 درجة؛ علاوة على ذلك، يتمتع بعزل كهربائي جيد ومعامل تمدد حراري أقل من Al2O3 و AlN. تتمتع سيراميك SiC بخصائص رابطة تساهمية قوية ويصعب تلبيدها. عادة، تتم إضافة كمية صغيرة من البورون أو أكسيد الألومنيوم كمساعد للتلبيد لتحسين الكثافة. أظهرت التجارب أن البريليوم والبورون والألمنيوم ومركباتهم هي الإضافات الأكثر فعالية، والتي يمكن أن تزيد من كثافة سيراميك SiC إلى أكثر من 98٪ [3].

ومع ذلك، فإن ثابت العزل الكهربائي لـ SiC مرتفع للغاية، وهو أربعة أضعاف ثابت العزل الكهربائي لـ AlN، وقوته الانضغاطية منخفضة، لذا فهو مناسب فقط للتغليف منخفض الكثافة وليس للتغليف عالي الكثافة. بالإضافة إلى استخدامه في مكونات الدوائر المتكاملة ومكونات المصفوفة وثنائيات الليزر، فإنه يستخدم أيضًا في الأجزاء الهيكلية الموصلة.

www.superbheater.com