SiC因具有寬帶隙、高臨界擊穿電場、高電子飽和漂移速度等優(yōu)異特性，在半導(dǎo)體電子功率器件和陶瓷材料等方面具有重要的應(yīng)用價值，是第三代半導(dǎo)體材料的主要代表。但值得注意的是，SiC材料還具有優(yōu)異的導(dǎo)熱性能，其理論導(dǎo)熱率可以達到490 W/(m?K)，在非導(dǎo)電材料中已屬佼佼者。例如，在半導(dǎo)體器件的基底材料、高導(dǎo)熱陶瓷材料、半導(dǎo)體加工的加熱器和加熱板、核燃料的膠囊材料以及壓縮機泵的氣密封環(huán)中，都可以看到SiC導(dǎo)熱性能的應(yīng)用。

SiC的晶體結(jié)構(gòu)

SiC晶體的主要結(jié)構(gòu)是由原子堆積成兩個主配位四面體SiC₄和CSi₄組成，這些四面體連接緊密堆積形成的結(jié)構(gòu)稱為多型體，一般在垂直方向堆積的方式不同形成不同的晶體結(jié)構(gòu)。典型的SiC多型體結(jié)構(gòu)有3C、4H、6H和15R-SiC等（其中數(shù)字表示多型體結(jié)構(gòu)的層數(shù)，字母表示晶格的對稱性，如C：立方體；H：六角形；R：菱面體）。

SiC的物理性質(zhì)和熱學(xué)性質(zhì)都是由多型體結(jié)構(gòu)決定，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)約有250種，其中兩種基本的多型體備受關(guān)注，一種是α-SiC，另一種是β-SiC，分別稱為六方和立方碳化硅。α-SiC晶體最常見的多型體有2H、4H、6H和15R，而3C是β-SiC晶體的基本多型體。

SiC材料導(dǎo)熱率的影響因素

SiC的導(dǎo)熱性主要受其晶體缺陷的影響，晶體缺陷包括SiC的二次相和晶體邊界等。SiC二次相的比例取決于燒結(jié)添加劑的數(shù)量和組成，晶體邊界的性質(zhì)取決于燒結(jié)助劑的組成成分及燒結(jié)條件。

因此SiC材料的導(dǎo)熱率主要取決于：

1）燒結(jié)助劑的數(shù)量、化學(xué)計量比、化學(xué)性質(zhì)以及相關(guān)的晶界厚度和結(jié)晶度；

2）晶粒尺寸；

3）SiC晶體中雜質(zhì)原子的類型和濃度；

4）燒結(jié)氣氛；

5）燒結(jié)后的熱處理等。

1.燒結(jié)方式的影響

1）無壓燒結(jié)

無壓燒結(jié)工藝制備碳化硅陶瓷的工藝簡單，成本適中，可制備復(fù)雜結(jié)構(gòu)產(chǎn)品，在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛。研究表明，當提高燒結(jié)溫度時，SiC晶格氧含量和氣孔率降低，晶粒尺寸增大，熱導(dǎo)率也有一定的提升；但當溫度升高到一定程度后，晶粒尺寸繼續(xù)增大，但氣孔率反而升高，氣孔的增多加劇了聲子散射，碳化硅陶瓷的熱導(dǎo)率會降低。

2）反應(yīng)燒結(jié)

反應(yīng)燒結(jié)碳化硅陶瓷的工藝具有燒結(jié)溫度低、周期短、成本低、可實現(xiàn)近凈尺寸成型等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于復(fù)雜結(jié)構(gòu)碳化硅產(chǎn)品的制備。研究表明，成型壓力對反應(yīng)燒結(jié)碳化硅的熱導(dǎo)率影響最大，其次是碳添加量，碳化硅顆粒級配的影響最小。

3）放電等離子燒結(jié)

放電等離子燒結(jié)工藝具有升溫速率快、加熱均勻等優(yōu)點。如果于保溫時間較長，會促使添加劑在SiC晶粒之間形成連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致晶界熱阻增加，從而降低碳化硅陶瓷的熱導(dǎo)率。

4）熱壓燒結(jié)

熱壓燒結(jié)可以提高陶瓷制品的致密性和物化性能，并能夠?qū)崿F(xiàn)某些難燒結(jié)高溫陶瓷材料（B₄C、SiC、ZrB₂等）的致密化。采用退火工藝處理可以促進添加劑與碳化硅表面的SiO₂發(fā)生反應(yīng)，減少SiC晶格中的氧含量，增加晶粒間的接觸，同時也可減少碳化硅內(nèi)部的晶體缺陷，因此退火工藝有助于 提高碳化硅陶瓷的導(dǎo)熱性能。另外，燒結(jié)氣氛對碳化硅室溫熱導(dǎo)率也有一定影響，在氮氣氣氛下采用熱壓燒結(jié)，，氮原子會溶入到SiC晶粒間的玻璃相中，玻璃相中氮含量的增多必會造成氧含量的降低，并導(dǎo)致SiC晶格氧含量的降低，因此碳化硅陶瓷的熱導(dǎo)率提高。

綜合各類燒結(jié)工藝，燒結(jié)方式對碳化硅陶瓷熱導(dǎo)率的影響較?。贿m合的燒結(jié)溫度和保溫時間可以制備熱導(dǎo)率較高的碳化硅陶瓷；在燒結(jié)過程中采用氮氣保護并對燒結(jié)后的陶瓷進行退火處理，有助于提高碳化硅陶瓷的熱導(dǎo)率。

2.不同添加劑摻雜對熱導(dǎo)率的影響

在制備具有高導(dǎo)熱率的陶瓷過程中，晶格中的氧會產(chǎn)生額外的硅空位，這些空位導(dǎo)致聲子散射，使熱導(dǎo)率降低，因此燒結(jié)添加劑的選擇需要考慮氧含量的影響。

為了制備具有高導(dǎo)熱率的陶瓷，改善SiC陶瓷導(dǎo)熱性的策略主要包括：

1）采取從添加劑混合物中去除含氧化合物，以及選擇從SiC晶格中去除氧的燒結(jié)添加劑組合物；

2）最大限度地減少氧化物燒結(jié)添加劑的用量，因為氧化物或碳氧化物相的熱導(dǎo)率明顯低于SiC晶格的熱導(dǎo)率。

SiC導(dǎo)熱材料的應(yīng)用前景

SiC陶瓷作為一種高性能結(jié)構(gòu)陶瓷材料，具有優(yōu)異的熱性能，可廣泛應(yīng)用于耐高溫、加熱與熱交換工業(yè)領(lǐng)域。

1.高溫應(yīng)用領(lǐng)域

SiC陶瓷具有的高溫強度高、耐高壓、高溫蠕動性小等優(yōu)點，能適應(yīng)各種高溫環(huán)境。

例如，SiC橫梁，適用于工業(yè)窯爐中的承重結(jié)構(gòu)架，它高溫力學(xué)性能優(yōu)異，抗高溫蠕變性好，長期使用不彎曲變形；SiC輥棒用于高溫燒成帶，具有良好的導(dǎo)熱性能，節(jié)約能源的同時不增加窯車重量；SiC冷風管用于窯的降溫帶，耐急冷熱性能好，其使用壽命是不銹鋼管或氧化鋁等耐火材料的5~10倍。

另外，由于SiC陶瓷突出的高溫強度、優(yōu)良的抗高溫抗蠕變能力以及抗熱震性，使其成為火箭、飛機、汽車發(fā)動機和燃汽輪機中熱機部件的主要材料之一，通用汽車公司研制的AGT100車用陶瓷燃氣輪機就采用SiC陶瓷用作燃燒室環(huán)、燃燒室筒體、導(dǎo)向葉片和渦輪轉(zhuǎn)子等高溫部件。

2.加熱與熱交換工業(yè)領(lǐng)域

SiC陶瓷具有的低熱膨脹系數(shù)、高導(dǎo)熱率、抗熱沖擊性，可廣泛應(yīng)用于加熱與熱交換工業(yè)領(lǐng)域。

例如，SiC噴火嘴，其高熱導(dǎo)率結(jié)合其低熱膨脹，抗熱震性遠優(yōu)于碳化鎢，耐高溫，耐極冷極熱，使用溫度大于1400℃，還可被加工成各種形狀，適用于明火直接加熱和輻射管間接加熱系統(tǒng)的工業(yè)窯爐中。在通常情況下，工業(yè)窯爐中釋放的氣體不僅溫度高而且有腐蝕性，這就要求熱交換器同時具有耐高溫、耐腐蝕和抗熱震性，可承受大的熱應(yīng)力。SiC換熱器具有超強的耐磨性和完全的不滲透性，允許介質(zhì)以高速通過，且熱交換率高，是一種理想的節(jié)能裝置。SiC輻射管，用于輻射管間接加熱系統(tǒng)，良好的熱傳導(dǎo)性能可以極大提高散熱效果，顯著節(jié)約能源，同時使得整個加熱系統(tǒng)的運行壽命增加，有效降低維護成本。

總結(jié)

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，碳化硅陶瓷在半導(dǎo)體領(lǐng)域的應(yīng)用需求量急劇增長，而高熱導(dǎo)率是其應(yīng)用于半導(dǎo)體制造設(shè)備元器件的關(guān)鍵指標，因此加強高導(dǎo)熱碳化硅陶瓷的研究至關(guān)重要。目前對于高導(dǎo)熱碳化硅陶瓷的研究還有很多不足，主要在以下幾點需要加強：一是加強碳化硅陶瓷粉體的制備工藝研究，高純、低氧碳化硅粉的制備是實現(xiàn)高熱導(dǎo)率碳化硅陶瓷制備的基礎(chǔ)；二是加強燒結(jié)助劑的選擇及其相關(guān)理論研究；三是加強高端燒結(jié)裝備的研發(fā)，通過調(diào)控燒結(jié)工藝得到合理的顯微結(jié)構(gòu)是獲得高熱導(dǎo)率碳化硅陶瓷的必備條件。

以上就是諾一精密陶瓷關(guān)于“碳化硅陶瓷(SiC)作為導(dǎo)熱材料的應(yīng)用前景”的分享，部分內(nèi)容來自網(wǎng)絡(luò)，旨在分享，僅供參考。

【工業(yè)陶瓷件加工定制廠家】認準諾一精密陶瓷，可提供氧化鋁陶瓷、碳化硅陶瓷、氮化鋁陶瓷、氧化鋯陶瓷、氮化硅陶瓷、陶瓷計量泵、陶瓷柱塞泵、陶瓷吸盤、陶瓷結(jié)構(gòu)件、工業(yè)陶瓷件、半導(dǎo)體陶瓷備件、半導(dǎo)體陶瓷材料等精密陶瓷研發(fā)生產(chǎn)加工定制，可按需加工各類精密陶瓷板，棒，閥，管，環(huán)，塊，片，針，軸，螺桿，噴嘴，托盤，吸盤，柱塞，微孔陶瓷等不同形狀、工藝的精密陶瓷制品，歡迎您的咨詢。