Vilka faktorer påverkar den höga värmeledningsförmågan hos kiselkarbidprodukter

Kiselkarbid , SiC används i stor utsträckning inom olika industriområden på grund av dess goda fysikaliska och kemiska egenskaper, särskilt dess höga värmeledningsförmåga gör att den fungerar bra i tillfällen där värmeavledning krävs. Silikoniserade kolmaterial har fördelarna med hög värmeledningsförmåga, hög temperaturbeständighet, slitstyrka och korrosionsbeständighet, och används ofta inom elektroniska enheter, värmeväxlare, halvledartillverkning och andra områden. Den termiska ledningsförmågan hos silikoniserat kol är dock inte fixerad, och den påverkas av många faktorer. Följande kommer att analysera de faktorer som påverkar den höga värmeledningsförmågan hos silikoniserade kolprodukter ur perspektiven kristallstruktur, materialrenhet, temperatur, dopningselement och processteknik.

1. Inverkan av kristallstruktur
Den höga värmeledningsförmågan hos silikoniserat kol är relaterat till dess unika kristallstruktur. Det finns huvudsakligen två kristallstrukturer av silikoniserat kol: α-typ (hexagonal struktur) och β-typ (kubisk struktur). Vid rumstemperatur är den termiska ledningsförmågan för silikoniserat kol av β-typ något högre än för silikoniserat kol av a-typ. Atomarrangemanget av silikoniserat kol av β-typ är mer kompakt, gittervibrationen är mer ordnad och det termiska motståndet minskar. Därför kan valet av en lämplig kristallstruktur förbättra materialets värmeledningsförmåga.
Men i högtemperaturmiljöer visar kiselbehandlat kol av a-typ gradvis bättre termisk stabilitet. Även om dess värmeledningsförmåga är något lägre vid rumstemperatur, kan den bibehålla god värmeledningsförmåga vid höga temperaturer. Det betyder att det i specifika applikationsmiljöer är avgörande att välja rätt kristallstruktur.

2. Påverkan av materialrenhet
Den termiska ledningsförmågan hos silicified kolmaterial är starkt beroende av deras renhet. Det finns färre föroreningar i kiselgjorda kolkristaller med högre renhet, och spridningen av gittervibrationer under värmeöverföring minskar, så den termiska ledningsförmågan förbättras. Tvärtom kommer föroreningar i materialet att bilda gallerdefekter, hindra överföringen av värmeflöde och minska värmeledningsförmågan. Därför är det avgörande att bibehålla den höga renheten hos silicified kolmaterial under produktionen för att säkerställa annan hög värmeledningsförmåga.
Vissa kvarvarande föroreningar, såsom metalloxider eller andra amorfa ämnen, kommer att bilda termiska barriärer vid korngränserna för kiselgjorda kolkristaller, vilket avsevärt minskar materialets värmeledningsförmåga. Dessa föroreningar kommer att få det termiska motståndet vid korngränserna att öka, speciellt vid högre temperaturer. Därför är strikt kontroll av renheten hos råvaror och produktionsprocesser ett av nyckelstegen för att förbättra den termiska ledningsförmågan hos silicifierat kol.

3. Temperaturens inverkan på värmeledningsförmågan
Temperaturen är en av de viktiga faktorerna som påverkar den termiska ledningsförmågan hos kolsilicid. När temperaturen ökar kommer gittervibrationen i materialet att förstärkas, vilket resulterar i ökad fononspridning, vilket påverkar värmeledningen. I lågtemperaturmiljöer är den termiska ledningsförmågan hos kolsilicidmaterial relativt hög, men när temperaturen ökar kommer värmeledningsförmågan gradvis att minska.
Den termiska ledningsförmågan hos kolsilicid varierar i olika temperaturområden. Generellt sett är den termiska ledningsförmågan hos kolsilicid mer framträdande vid låga temperaturer, men när temperaturen överstiger 1000°C kommer dess värmeledningsförmåga gradvis att försvagas. Trots detta är kolsilicidens värmeledningsförmåga i högtemperaturmiljöer fortfarande bättre än de flesta andra keramiska material.

4. Effekt av dopingelement
För att optimera den termiska ledningsförmågan hos kolsilicidmaterial introduceras vanligtvis vissa dopningselement i industrin, vilket kan förändra kristallstrukturen och materialets elektriska egenskaper och därigenom påverka värmeledningsförmågan. Till exempel kan dopning med element som kväve eller aluminium förändra kolsilicidens värmeledningsförmåga.
Men doping kan också ge negativa effekter. Om dopningskoncentrationen är för hög ökar defekterna i kristallstrukturen, och de dopade atomerna interagerar med gitteratomerna, vilket resulterar i ökad gittervibration, ökad värmeresistans och slutligen minskad värmeledningsförmåga hos materialet. Därför måste typen och koncentrationen av dopningselementet kontrolleras exakt för att minimera den negativa inverkan på värmeledningsförmågan samtidigt som andra egenskaper (såsom elektrisk ledningsförmåga) förbättras.

5. Inflytande av processteknik
Tillverkningsprocessen av silikoniserade kolmaterial har en direkt inverkan på deras värmeledningsförmåga. Olika produktionsmetoder som sintringsprocess, varmpressning och ångavsättning kommer att påverka materialets kornstorlek, densitet och porositet, vilket alla kommer att påverka värmeledningsförmågan.
Till exempel har silikoniserade kolmaterial framställda genom varmpressningssintring vanligtvis högre densitet och färre porer, kortare värmeledningsvägar och därför bättre värmeledningsförmåga. Silikoniserade kolmaterial framställda med konventionella sintringsmetoder kan ha fler porer och mikroskopiska defekter, vilket resulterar i ökad värmeresistans och minskad värmeledningsförmåga.