氮化硅结合碳化硅管状制品的研制

简介了氮化硅结合碳化硅管状制品研制的必要性 ,确定了原材料及粒度配比 ,选择了合适的成型方法及添加剂 ,介绍了氮化烧成机理。研制出的制品其质量和使用性能接近同类进口产品 ,具有良好的市场前景和广泛的推广应用价值。

碳化硅管高温陶瓷换热器

1 引言 工业上的大量高温炉灶排出烟气可达1300℃以上,热能损失严重。回收这部分热能,是企业节能的重要方面。 国内外为回收高温烟气热能,长期以来多用废热锅炉、金属换热器和切换式蓄热器。这些设备的主要缺点是体积庞大,换热效率低;或受使用限制。

城市轨道交通碳化硅三电平牵引变流器应用探索

城轨交通将绿色节能作为发展目标,城轨牵引变流器以低损耗为发展方向。碳化硅器件具有耐高温、所承受开关频率较高和功率损耗低的优势,应用于三电平变流器,可有效提高系统效率、降低能耗、减轻设备重量。针对碳化硅三电平牵引变流器在城轨牵引领域的应用,首先分析城轨牵引变流器功率器件和拓扑的发展现状,从牵引系统的发展需求提炼出牵引变流器的优化需求;结合材料特性研究碳化硅器件应用于城轨牵引领域的性能优势,以及可能给牵引系统设计带来的技术挑战。对比探究5种常用的三电平逆变器拓扑结构和各种牵引传动控制方法在城轨领域的适应性,总结其结构特点对碳化硅器件应用的促进作用。归纳三电平变流器在城轨牵引系统中的应用局限,探讨碳化硅器件对其输出性能的优化作用。讨论碳化硅三电平变流器拓扑在城轨牵引系统中的应用可能,通过仿真实验对比不同拓扑的器件损耗分布。研究结果表明:碳化硅器件本身即对降低功率损耗具有明显优势,三电平拓扑及合适的控制策略可降低碳化硅器件的应用成本,二者结合可进一步缩小变流器和相关设备的体积,延长系统使用寿命。因此,将碳化硅三电平变流器应用于城轨交通符合发展需求。研究可为后续城市轨道交通牵引变流器的优化提供参考。

网状孔壁碳化硅基多孔陶瓷的制备及其颗粒物过滤研究

为了提高碳化硅基多孔陶瓷的过滤性能,以碳化硅粉体、氧化铝粉体、聚醚多元醇、多亚甲基多苯基异氰酸酯、二月桂酸二丁基锡、三乙烯二胺、稳泡剂硅油(阿拉丁)为原料,通过聚氨酯发泡技术,研制了三维(3D)网状孔壁结构的碳化硅基多孔陶瓷试样,并探索了料浆固含量(固相质量分数分别为45%、50%、55%和60%)对试样显微结构、物理性能和颗粒物过滤性能的影响。结果表明:1)随着固含量的升高,试样体积密度和常温耐压强度提高,显气孔率降低;2)聚氨酯发泡过程中产生的微孔会分布在陶瓷孔壁上形成网状孔壁结构,增大颗粒物与孔壁碰撞概率,提高试样的过滤效率;同时,网状孔壁结构还可以提高试样气孔贯通性,降低其压降;3)当固含量为55%(w)时,试样体积密度约为0.57 g·cm^(-3),显气孔率为79.2%,常温耐压强度为3.7 MPa;且对颗粒物的去除率高达91.2%,具有良好的再生性能。

直写成型用碳化硅浆料及其流变性能研究

碳化硅(SiC)凭借高强度、轻质性以及耐高温性能等优势已成为时下应用最广泛的陶瓷材料之一。传统的制备方法生产周期长、成本高且难以制造相对复杂结构的陶瓷。本文利用直写成型方法制备三维复杂结构的SiC陶瓷,研究分散剂含量、pH值、固相体积分数和增稠剂等因素对SiC浆料流变性能的影响,制备可打印的SiC浆料并直写成型,获得SiC的三维点阵结构。结果表明:调节分散剂含量能使浆料黏度获得最低值;pH值影响分散剂的解离度进而改变浆料的黏度;固相体积分数越高,打印结构完整性越好;添加甲基纤维素(MC)可增加浆料的黏度和剪切弹性模量,使其可打印。优化的SiC浆料配方为:分散剂聚丙烯酸(PAA)质量分数为0.01%,固相体积分数为63%和MC质量分数为0.04%,pH>10。

铝酸盐体系中氧化时间对碳化硅颗粒增强铝基复合材料微弧氧化膜层的影响

[目的]探究氧化时间对碳化硅颗粒增强铝基(SiC_(p)/Al)复合材料微弧氧化膜层的影响。[方法]选用铝酸盐体系作为电解液,对SiC_(p)/Al复合材料进行微弧氧化处理,分析氧化时间对膜层组织结构、物相、厚度、粗糙度、结合力、电绝缘性及耐蚀性的影响。[结果]随着氧化时间延长,膜层逐渐变得连续均匀,厚度增加。若氧化时间过长,膜层会出现层叠现象,形成大尺寸微孔及裂纹,且生长速率越来越低。膜层结合力随氧化时间延长先增大后减小,在60 min时最大,达到39.85 N。氧化时间为10 min时,膜层的电绝缘性及耐蚀性最优,100 V和500 V电压下的绝缘电阻分别达到3.11×10^(12)Ω和1.41×10^(12)Ω,腐蚀电位为-0.6298 V,腐蚀电流密度为1.332×10^(-7)A/cm^(2)。[结论]SiC_(p)/Al复合材料表面微弧氧化膜层的连续性、均匀性及生长速率均与氧化时间有关。需选择合适的氧化时间,才能制备出连续、均匀且综合性能优异的膜层。

碳化硅功率二极管辐射效应测试系统的开发

为探究碳化硅功率器件抗辐照损伤能力和辐射效应机制,基于LabVIEW软件开发平台,利用Keithley公司的2410高压源表、USB-GPIB接口适配器等设备,针对两款商用碳化硅功率二极管,建立了一套辐射效应测试系统。系统在集成了Keithley 2410高压源表功能面板模拟仿真实时控制和信息同步显示的基础上,还实现了电压和电流数据的实时采集、图像化的I-V和I-t特性曲线显示及存储等功能。开发的测试系统在碳化硅功率二极管的重离子和质子辐照实验中成功应用,为今后深入开展辐射效应实验研究提供了技术保障。

国内外碳化硅标准比对分析

为了探明碳化硅国内外标准的情况和差异,本文调研、分析并选择了中国国家标准和行业标准、国际标准及美国、欧洲、日本、俄罗斯、罗马尼亚相关标准,选择碳化硅物理特性、碳化硅磨料化学分析方法、含碳化硅耐火材料化学分析方法、碳化硅晶片产品规格进行标准比对。通过比对,得出结论:(1)国外有关碳化硅标准,都制定了碳化硅产品的理化性能标准,有些指标我国国家标准和部分企业实际质量控制中未列入检测控制指标,如:振实密度、比表面积、清洁度、韧性、电导率;(2)针对碳化硅粒度砂与微粉产品,发达国家根据其用途不同,按照对口专用、精密化、综合利用原则,分成了多种牌号专用产品,专用产品的企业标准指标要求也不同,使生产者和使用者找到了最佳结合点,产品产生了最大效益;(3)从碳化硅磨料的化学分析方法标准比对和含碳化硅耐火材料化学分析方法标准比对结果看,我国国家标准的比对指标相较于美国、欧盟及日本等发达国家及地区而言较为完整;(4)从碳化硅晶片产品相关标准比对结果看,我国国家标准对碳化硅单晶抛光片以及晶片检测方面制定了相关标准,而美国、欧盟、日本等发达国家及地区没有涉及。针对碳化硅外延片表面缺陷的测试环境,我国国家标准相较于欧盟以及日本标准要求更高。

GB/T 41736-2022《高体积分数碳化硅颗粒铝基复合材料》标准解析

本文简要介绍了GB/T 41736-2022《高体积分数碳化硅颗粒铝基复合材料》标准的制定背景和过程。对该标准中的适用范围、术语和定义、分类和标记、技术要求、试验方法、检验规则以及包装、运输、贮存和标志等关键内容进行了解析,为标准使用人员更好的解读本标准提供技术支撑。GB/T 41736-2022是一项产品标准,适用于精密仪器、电子元器件制造用高体积分数碳化硅颗粒铝基复合材料。

碳化硅陶瓷的激光改性磨削

为了实现碳化硅陶瓷的高精加工,激光辐照被引入磨削加工中。本文以碳化硅陶瓷为研究对象,采用激光改性磨削工艺,利用激光辐照对碳化硅陶瓷进行改性处理,进而对碳化硅陶瓷进行磨削试验。与普通磨削进行比较,研究了碳化硅陶瓷试样的磨削力、表面粗糙度、表面形貌和亚表面损伤。实验结果表明,与普通磨削相比,激光改性磨削可以有效降低法向磨削力、切向磨削力、表面粗糙度,最大下降幅度分别为33.91%、37.31%和33.14%。激光改性磨削促使SiC陶瓷在磨削过程中以塑性去除为主,磨削表面规则且光滑;工件亚表面微裂纹较少,亚表面损伤深度小;实现了大磨削深度的塑性去除,提高了SiC陶瓷的磨削质量。

硅溶胶包裹碳化硅粉体氧化动力学的研究

采用硅溶胶对碳化硅(SiC)粉体进行包裹,以改善SiC的抗氧化能力,延长其作为窑炉内壁涂层材料的使用寿命,一方面在保持其高辐射率前提下,提升抗氧化能力,另一方面研究了硅溶胶包裹前和包裹后,这两种粉体的氧化动力学过程,为后续相关研究和工业化应用提供参考。研究发现,包裹后的红外透过率比包裹前的低。对这两种粉体在不同温度进行了循环氧化实验,发现包裹后SiC的抗氧化性能明显提高,且在高温下作用更为显著,经过1300℃、36 h的循环氧化后,单个硅溶胶包裹的SiC颗粒单位表面积的增重为3.17 g/m^(2),而纯SiC颗粒的增重则高达4.61 g/m^(2)。依据实验数据,通过模型拟合建立了包裹前和包裹后SiC粉的氧化动力学方程。利用Arrhenius方程探讨了两种粉体氧化反应速率常数K与氧化温度T的关系,发现硅溶胶包裹SiC的氧化活化能(44366.8296 J/mol)比未包裹的SiC活化能(36321.3718 J/mol)高。

SPS多腔烧结碳化硅块材的有限元仿真及实验研究

通过设计加工具有3个模腔的石墨模具,并建立放电等离子烧结的有限元仿真模型,研究了烧结工艺对碳化硅块材物相及密度等的影响.结果表明,烧结时的电流主要通过石墨压头及样品产生热量实现样品的加热,且当模具温度高于1200 K时,样品中心与模具的温度差异逐步增大,烧结模具的中心区域温度高于模具的温度.此外,采用放电等离子烧结同时制得了3个碳化硅块体,实验结果表明,随烧结温度的增加,烧结助剂钇铝石榴石的含量逐渐减少,而碳化硅的含量及结晶性逐步增加,当烧结温度达到2023 K时,得到了纯相的碳化硅.烧结所得的碳化硅密度为(3.103±0.043)g/cm^(3),致密度为97%.

碳化硅改性沥青耐高温性能研究

为探究粒径1 um、掺量4%碳化硅改性沥青耐高温性能,采用使用高速剪切搅拌机制备完成碳化硅改性沥青,对碳化硅改性沥青和基质沥青进行基础物理性能试验和化学四组分试验,设计沥青混合料配合比并进行车辙试验,通过试验结果对沥青的耐高温性能进行评估。结果表明,碳化硅的掺入可以显著提升基质沥青的高温稳定性,能够有效抑制沥青组分中的油分挥发,维持沥青流动性,从而达到提高沥青高温流变性的目的。

碳化硅陶瓷基复合材料表面环境障涂层结合强度

SiC陶瓷基复合材料(SiC-based ceramic matrix composites,SiC-CMC)是发展高推重比航空发动机理想的高温结构材料。为了防止发动机服役环境下燃气(富含H2O和O_(2))对SiC-CMC的腐蚀,需要在其表面制备抗水氧腐蚀、抗燃气冲刷和抗热冲击性能优异的环境障涂层(environmental barrier coatings,EBCs)。在评价EBCs性能的诸多因素中,其与SiC-CMC基体之间的结合强度是一个重要技术指标,但结合强度的极限值一直未被探究清楚。本工作研究影响结合强度的主要因素,包含SiC-CMC基体状态、单晶Si的拉伸强度极限,以及Si黏结层的制备工艺等,获得了制备最高结合强度的有效途径。在EBCs与SiC-CMC组成的体系中,基体内部SiC纤维布之间的界面是结合强度最薄弱的部位,其次是EBCs的Si层。整个体系的结合强度极限值是15 MPa,它是单晶Si在[400]晶向的拉伸强度极限。采用大气等离子喷涂或者超音速火焰喷涂的Si黏结层结合强度相似,均低于同样工艺制备的莫来石或Yb2Si2O7涂层。

碳源对反应烧结碳化硅性能的影响

以炭黑和石墨为碳源,控制碳添加量为10%(质量分数,下同),研究了不同炭黑、石墨比例对反应烧结碳化硅性能的影响。结果表明,当炭黑添加量为4%、石墨添加量为6%时,反应烧结碳化硅的力学性能较佳,此时抗弯强度为251.7 MPa,断裂韧性为4.29 MPa·m^(1/2)。通过XRD检测及对XRD谱进行Rietveld精修,分析发现炭黑添加量为4%、石墨添加量为6%的反应烧结碳化硅中的游离Si含量为24.44%(质量分数),而石墨添加量为10%的反应烧结碳化硅中的游离Si含量为28.57%(质量分数),相比前者游离Si含量较高,减少游离Si的含量可以提高反应烧结碳化硅的力学性能。

硅灰制备硅/碳化硅纳米复合材料及其储锂性能研究

硅负极的体积效应导致锂离子电池的循环寿命短且容量迅速衰减,如何提高硅负极材料的循环稳定性至关重要。采用了熔盐辅助镁热还原法,通过使用含有单质碳的工业固体废弃物硅灰,成功设计了一种碳化硅增强的硅纳米材料(SF-Si),所制备的SF-Si样品不仅保留了SF本身存在的SiC,还将单质碳转化为SiC,使样品中的SiC含量达到了16.4%(质量分数)。与经过热处理去除单质碳的硅灰制备的硅材料(H-SF-Si)相比,SF-Si负极材料表现出更好的循环性能和倍率性能,即第1圈2584.76 mAh·g^(-1)的高比容量和第100圈时具有83%的容量保持率,并且在高电流密度5 A·g^(-1)下的平均容量仍为877.28 mAh·g^(-1),这主要归因于更高的SiC含量。研究表明,硅灰在锂离子电池硅负极领域具有应用潜力,其碳元素在制备硅基纳米材料时发挥积极的作用。

聚苯胺-碳化硅复合材料在膨胀型防火涂料中的应用

膨胀型防火涂料在阻隔基材迅速升温方面具有明显效果。试验合成了聚苯胺-碳化硅(PANI-SiC)复合材料,通过SEM、FTIR、XRD等手段分析了复合材料的形貌、组成和结构,考察了单组分膨胀型防火涂料乳液的种类及复合材料含量对涂层防火耐火性能的影响。结果表明:醋酸乙烯-乙烯(VAE)乳液相比于苯丙乳液和丙烯酸乳液可以更好地提升涂层的膨胀倍率和耐火性能。随着PANI-SiC含量的增加,涂层的膨胀倍率增加,背面温度降低,10%含量复合材料的防火涂层表现出优异的耐火性能。

200 V全碳化硅集成技术

本文提出了一种基于N衬底P外延晶圆的全碳化硅(Silicon Carbide,SiC)集成工艺平台,该工艺平台兼容低压互补金属氧化物半导体场效应晶体管(Complementary Metal Oxide Semiconductor field-effect transistor,CMOS)、横向扩散金属氧化物半导体(Laterally-Diffused MOS,LDMOS)以及高压二极管等器件.采用P型缓冲层技术调节器件垂直方向电场分布,使高压器件垂直方向耐受电压提高212.4%;在1μm厚度的P型缓冲层和1μm厚度的P型外延层上,实现LDMOS、高压二级管和高侧区域耐受电压大于300 V.基于该工艺平台,搭建了SiC CMOS反相器和反相器链电路,均实现了0~20 V轨至轨的电压输出;设计了半桥驱动电路,低压侧驱动电路由四阶反相器构成;高压侧驱动电路由电平移位电路和高侧区域反相器链电路组成,实现了180~200 V浮空栅极驱动信号输出.

碳化硅压力传感器欧姆接触电阻率的测量方法

鉴于碳化硅离子扩散系数低、杂质离化能高,难以形成可靠的欧姆接触,为了解决碳化硅压力传感器芯片的高温欧姆接触可靠性问题,对其电阻率测量问题进行探讨。通过对T-LTM测试原理的介绍与分析,结合芯片生产工艺流程,制备Ni/Au电极与N型碳化硅的T-LTM测试图形,在氮气氛围下进行了700℃和1000℃的合金实验。最终实验结果显示合金温度对I-V线性关系的显著影响,结合T-LTM测试分析,测定接触电阻率值,验证是否形成良好的欧姆接触。该研究为碳化硅压阻式高温压力传感器的开发提供了技术参考。

碳化硅单晶加工对晶片表面质量的影响

碳化硅(4H-SiC)晶片加工是制备高品质衬底晶圆的关键工艺,衬底晶圆的表面质量直接影响外延薄膜以及后续器件的性能。本研究通过对4H-SiC晶片经线切割、磨削、研磨、抛光等不同加工工序后对应的表面形貌、粗糙度、机械性质和晶体质量的分析,发现晶片加工通过逐步去除线切割引入的表面损伤层,提高了晶片表面质量。4H-SiC晶片C面和Si面机械性质存在各向异性,C面材料韧性相对较差,加工过程中发生脆性断裂的程度更大,导致C面材料去除速率较快,表面形貌和粗糙度相对较差。