آلومینای کلسینه شده به یک پشتوانه مهم برای توسعه صنعت سرامیک تبدیل شده است.

آلومینای کلسینه شده، یک ماده غیرفلزی معدنی ساخته شده از آلومینای صنعتی کلسینه شده در دماهای بالا، دارای خواص قابل توجه بسیاری است. اولاً، سختی بالای آن یکی از ویژگی‌های بارز آن است. سختی موس آن به 9 می‌رسد که پس از الماس در رتبه دوم قرار دارد. این امر باعث می‌شود محصولات سرامیکی ساخته شده از آن به طور استثنایی در برابر سایش مقاوم باشند و ظاهر خوب و پایداری ساختاری را در استفاده طولانی مدت حفظ کنند. ثانیاً، مقاومت عالی در برابر دمای بالا دارد و قادر به تحمل دماهای بیش از هزاران درجه سانتیگراد بدون تغییر شکل یا آسیب است، ویژگی‌ای که آن را به ویژه در زمینه سرامیک‌های دمای بالا مفید می‌کند. علاوه بر این، آلومینای کلسینه شده پایداری شیمیایی عالی از خود نشان می‌دهد و مستعد واکنش‌های شیمیایی با سایر مواد نیست و عملکرد پایدار محصولات سرامیکی را تضمین می‌کند.

کارکردهای اصلی آلومینای کلسینه شده در لعاب‌ها

به دلیل خلوص بالا، سختی بالا و پایداری شیمیایی عالی، آلومینای کلسینه شده به طور گسترده در لعاب‌ها، به ویژه برای سرامیک‌های خانگی، سرامیک‌های معماری و سرامیک‌های تخصصی استفاده می‌شود. در کاربردهای عملی، نه تنها سختی و مقاومت در برابر سایش سطح لعاب را به طور قابل توجهی بهبود می‌بخشد، خراش‌ها و سایش را در حین استفاده به طور موثر کاهش می‌دهد و در نتیجه عمر مفید محصولات سرامیکی را افزایش می‌دهد؛ بلکه پایداری شیمیایی لعاب را نیز افزایش می‌دهد، خطر خوردگی اسیدی و قلیایی را کاهش می‌دهد و مقاومت در برابر لکه و دوام محصول را بهبود می‌بخشد. علاوه بر این، افزودن مناسب آلومینای کلسینه شده می‌تواند دمای ذوب و ویسکوزیته لعاب را تنظیم کند، سیالیت آن را بهبود بخشد، از عیوبی مانند سوراخ‌های ریز و انقباض لعاب جلوگیری کند و در نتیجه سطح لعاب صاف‌تر و یکنواخت‌تری ایجاد کند. علاوه بر این، خواص نوری منحصر به فرد آن می‌تواند به کنترل براقیت لعاب کمک کند، بافتی ظریف به لعاب‌های مات اضافه کند و یکنواختی براقیت لعاب‌های براق را برای برآورده کردن الزامات طراحی محصولات سرامیکی مختلف افزایش دهد.

در کاربردهای رنگدانه، آلومینای کلسینه شده می‌تواند حامل پایداری برای رنگدانه‌های اکسید فلزی (مانند اکسید آهن و اکسید کبالت) فراهم کند، از تبخیر یا انتشار رنگدانه‌ها در دماهای بالا جلوگیری کند و از شکوفه زدن و محو شدن لعاب جلوگیری کند. به خصوص در لعاب‌های با دمای بالا، می‌تواند غلظت رنگ و ثبات تُن را ثابت نگه دارد و به دستیابی به جلوه‌های تزئینی سرامیکی غنی و ماندگار کمک کند. این یک پشتوانه کلیدی برای ارتقای توسعه لعاب‌های رنگی سرامیکی به سمت عملکرد و پایداری بالا است.

by ALPA

مکانیسم عملکرد اکسیدهای عناصر کمیاب در دیرگدازهای منیزیم-کلسیم

خواص یک عنصر، عملکرد آن را تعیین می‌کند و عناصر خاکی کمیاب نیز از این قاعده مستثنی نیستند. عملکرد آنها ارتباط نزدیکی با خواصشان دارد. عوامل اصلی تعیین‌کننده خواص فیزیکی آنها (مانند سختی، ساختار بلوری و نقطه ذوب) شعاع اتمی و یونی آنها است. فلزات خاکی کمیاب نقاط ذوب بالایی دارند که با افزایش عدد اتمی افزایش می‌یابد، اگرچه این روند خیلی ثابت نیست. عناصر خاکی کمیاب معمولاً الکترون‌های اوربیتال s و d بیرونی خود را از دست می‌دهند و حالت ظرفیت +۳ را تشکیل می‌دهند و در نتیجه اکسیدهای خاکی کمیاب را تشکیل می‌دهند. این حالت ظرفیت +۳ حالت اکسیداسیون مشخصه عناصر خاکی کمیاب است. اکسیدهای خاکی کمیاب دارای نقاط ذوب بیش از ۲۰۰۰ درجه سانتیگراد هستند و غیرفرار هستند. آنها نیمه‌رساناهای رسانای مختلط با رسانایی الکترونیکی و یونی هستند. رسانایی الکترونیکی به رسانایی الکترون‌ها و حفره‌ها اشاره دارد، در حالی که رسانایی یونی به حرکت یون‌های اکسیژن در جای خالی اکسیژن، اساساً رسانایی یون اکسیژن، اشاره دارد.

علاوه بر استفاده مستقیم از عناصر خاکی کمیاب به عنوان اجزای ماتریس یا مراکز عملکردی بر اساس خواص نوری و مغناطیسی الکترون‌های 4f، می‌توان از خواص شیمیایی آنها، مانند واکنش‌پذیری شیمیایی و شعاع یونی بزرگ آنها، برای اصلاح ریزساختار ماده و در نتیجه بهبود عملکرد آن استفاده کرد. سرامیک‌های نیمه‌هادی کاربردی آلاییده شده با عناصر خاکی کمیاب، نمونه بارزی از این موارد هستند. افزودن اکسیدهای خاکی کمیاب به مواد نسوز نه تنها استحکام و چقرمگی ذاتی ماده را افزایش و بهبود می‌بخشد، بلکه دمای پخت و هزینه‌های تولید را نیز کاهش می‌دهد.

به دلیل غیرسمی بودن، راندمان بالا و خواص فیزیکی و شیمیایی منحصر به فرد، ترکیبات خاکی کمیاب به طور فزاینده‌ای در طیف وسیعی از کاربردها مورد استفاده قرار می‌گیرند و از کاربردهای اولیه در متالورژی، مهندسی شیمی و سرامیک به کاربردهای پیشرفته در مواد کامپوزیتی با کارایی بالا مانند ذخیره‌سازی هیدروژن و لومینسانس تکامل می‌یابند. تحقیقات در مورد کاربرد اکسیدهای خاکی کمیاب در مواد سرامیکی توجه گسترده‌ای را به خود جلب کرده است. مطالعات نشان داده است که افزودن اکسیدهای خاکی کمیاب به طور قابل توجهی عملکرد مواد سرامیکی را بهبود می‌بخشد و کیفیت و عملکرد آنها را برای کاربردهای متنوع تضمین می‌کند. علاوه بر این، اکسیدهای عناصر خاکی کمیاب، به عنوان گدازآور، می‌توانند تف‌جوشی را افزایش دهند، ریزساختار سرامیک را بهبود بخشند و آلایش و اصلاح را فراهم کنند.

اکسیدهای عناصر خاکی کمیاب، به عنوان افزودنی، خواص مواد نسوز را بهبود می‌بخشند و مزایای منحصر به فرد و قابل توجه خود را در افزایش عملکرد و ایجاد عملکردهای جدید نشان می‌دهند. افزودن مقادیر کمی از اکسیدهای عناصر خاکی کمیاب، چگالی دیرگدازهای منیزیا-کلسیم را افزایش می‌دهد و چگالی و مقاومت در برابر خوردگی آنها را بهبود می‌بخشد.

اکسیدهای عناصر خاکی کمیاب به عنوان افزودنی در دیرگدازهای منیزیا-کلسیم برای بهبود قابلیت تف‌جوشی، فشردگی، ریزساختار، ترکیب فاز کریستالی، استحکام خمشی در دمای اتاق و چقرمگی شکست آنها استفاده می‌شوند و در نتیجه الزامات عملکرد بازار برای دیرگدازهای منیزیا-کلسیم را برآورده می‌کنند. سه مکانیسم اصلی برای افزودن اکسیدهای عناصر خاکی کمیاب به مواد نسوز منیزیم-کلسیم وجود دارد. (1) افزودنی‌ها به عنوان گدازآور می‌توانند تف‌جوشی را افزایش دهند. دمای تف‌جوشی مواد نسوز منیزیم-کلسیم به طور کلی بالا است و عوامل زیادی وجود دارند که برای تراکم در طول فرآیند تف‌جوشی مساعد نیستند. افزودن اکسیدهای عناصر خاکی کمیاب می‌تواند این مشکل را حل کند. با توجه به خواص منحصر به فرد اکسیدهای عناصر خاکی کمیاب، افزودن اکسیدهای عناصر خاکی کمیاب به مواد نسوز می‌تواند ساختار داخلی آنها را تغییر دهد و در نتیجه باعث افزایش پخت مواد نسوز منیزیم-کلسیم شود. (2) اکسیدهای عناصر خاکی کمیاب می‌توانند ریزساختار مواد نسوز منیزیم-کلسیم را بهبود بخشند. افزودن اکسیدهای عناصر خاکی کمیاب می‌تواند ریزساختار داخلی مواد نسوز را بهبود بخشد. این امر سرعت مهاجرت مرز دانه را کاهش می‌دهد، رشد دانه را مهار می‌کند و منجر به تشکیل یک ساختار متراکم می‌شود. (3) اصلاح دوپینگ اکسیدهای عناصر خاکی کمیاب. دوپینگ اکسیدهای عناصر خاکی کمیاب در فرآیند تهیه مواد نسوز باعث تغییر شکل کریستالی نمونه می‌شود و در نتیجه باعث تغییر حجم آن می‌شود. این تغییر می‌تواند مقاومت خمشی و چقرمگی آن را تا حد زیادی بهبود بخشد. تحقیقات در مورد افزودن افزودنی‌ها برای بهبود و بهینه‌سازی خواص مربوط به مواد در فرآیند تهیه مواد نسوز همیشه توجه مردم را به خود جلب کرده است. در تحقیق حاضر، تمرکز اصلی بر این مشکل است که مواد اولیه ماسه کلسیم منیزیم به سختی پخته می‌شوند و به راحتی هیدراته می‌شوند. افزودنی‌های اصلی شامل ZrO2، Fe2O3، Al2O3، اکسیدهای عناصر کمیاب و غیره هستند.

by ALPA

کاربرد سولفات باریم در 10 صنعت

سولفات باریم برای اکثر مردم اصطلاحی ناآشنا است و حتی کسانی که با شیمی آشنا نیستند ممکن است آن را یک ماده شیمیایی خطرناک بدانند. با این حال، سولفات باریم در زندگی روزمره ما همه جا حضور دارد و اغلب به شکل محصولات تولیدی ظاهر می‌شود. به عنوان مثال، اکثر محصولات پلاستیکی در خانه‌های ما، تهویه مطبوع، قطعات پلاستیکی خودرو، کیسه‌های سوپرمارکت، رنگ‌ها، پوشش‌ها و شیشه‌ها ممکن است حاوی سولفات باریم باشند.

کاربرد سولفات باریم در ده صنعت اصلی

1. صنعت نفت: پودر باریت 200 مش و 325 مش برای افزودنی‌های گل حفاری میدان‌های نفت و گاز.

2. صنایع شیمیایی: کارخانه‌های نمک باریت از باریت به عنوان ماده اولیه برای تولید لیتوپون، سولفات باریم رسوبی و کربنات باریم استفاده می‌کنند.

3. صنعت رنگ و پوشش: باریت می‌تواند به عنوان پرکننده در رنگ‌ها و پوشش‌ها استفاده شود و جایگزین مواد اولیه گران‌تری مانند سولفات باریم رسوبی، لیتوپون، دی اکسید تیتانیوم و سیلیس فعال شود. این ماده برای کنترل ویسکوزیته رنگ و دستیابی به رنگ روشن و پایدار مناسب است.

۴. صنعت پلاستیک: باریت می‌تواند به عنوان پرکننده در مواد اولیه پلاستیک ABS استفاده شود و ضمن بهبود استحکام، سفتی و مقاومت در برابر سایش، براقیت بالایی به آن اضافه کند.

۵. صنعت لاستیک: پودر باریت با اندازه مش کمتر از ۵۰۰ می‌تواند به طور گسترده به عنوان پرکننده در محصولات لاستیکی مورد استفاده قرار گیرد و ضمن کاهش هزینه‌ها، سختی، مقاومت در برابر اسید و قلیا و مقاومت در برابر آب را بهبود بخشد. همچنین تقویت عالی برای لاستیک طبیعی و مصنوعی فراهم می‌کند.

۶. صنعت کاغذ: پودر باریت بسیار ریز می‌تواند به عنوان پرکننده و پرکننده پوشش در تخته سفید و کاغذ روکش‌دار برای افزایش سفیدی و پوشش سطح استفاده شود. مشخصات محصول: ۳۲۵ مش، ۴۰۰ مش، ۶۰۰ مش، ۸۰۰ مش، ۱۲۵۰ مش، ۱۵۰۰ مش، ۲۰۰۰ مش، ۲۵۰۰ مش، ۳۰۰۰ مش، ۴۰۰۰ مش، ۵۰۰۰ مش، ۶۰۰۰ مش.

۷. صنعت سیمان
افزودن کانی‌سازهای کامپوزیت باریت و فلوریت به تولید سیمان می‌تواند سفیدی و استحکام سیمان را افزایش دهد. می‌توان از آن برای ساخت سیمان باریم، ملات باریت و بتن باریت استفاده کرد که در ساختمان‌هایی که نیاز به محافظت در برابر اشعه ایکس دارند، قابل استفاده هستند.

۸. صنعت شیشه
می‌توان از آن به عنوان اکسیدزدا، شفاف‌کننده و گدازآور برای افزایش پایداری نوری، براقیت و استحکام شیشه استفاده کرد.

۹. صنعت ساختمان
می‌توان از آن به عنوان سنگدانه بتن، مصالح سنگفرش، برای تقویت لوله‌های مدفون در مناطق باتلاقی و به عنوان جایگزینی برای ورق‌های سربی در محافظ تأسیسات هسته‌ای، نیروگاه‌های اتمی و آزمایشگاه‌های اشعه ایکس استفاده کرد و عمر سطوح جاده‌ها را افزایش داد.

۱۰. صنعت سرامیک
پودر باریت همچنین می‌تواند به عنوان یک پرکننده با کیفیت بالا در سرامیک و سایر صنایع استفاده شود. در حال حاضر، استفاده از سولفات باریم در صنعت سرامیک رو به کاهش است، در حالی که استفاده از پودر ولاستونیت رو به افزایش است.

کاربردهای ده صنعتی که در بالا ذکر شد، همگی برای معیشت مردم حیاتی و ضروری هستند. این موضوع، نقش مهم و طیف گسترده کاربردهای سولفات باریم، یک پودر معدنی غیرفلزی معدنی، را نشان می‌دهد.

by ALPA

کاربرد گسترده در صنعت سرامیک - تالک سیاه

Black talc is typically composed of talc, quartz, calcite, sepiolite, and organic

کربن، و رنگ آن از سیاه تا خاکستری مایل به سیاه متغیر است.

اجزای شیمیایی اصلی تالک سیاه عبارتند از اکسید منیزیم، اکسید سیلیکون، اکسید آلومینیوم، اکسید آهن، اکسید تیتانیوم، اکسید سدیم و اکسید پتاسیم.

کاربرد تالک سیاه
(1) مواد اولیه برای صنعت سرامیک

عملکرد فرآوری تالک سیاه با سایر مواد قابل جایگزینی نیست. چینی سفید و چینی استخوانی پخته شده با تالک سیاه، چینی تالک یا چینی منیزیم نیز نامیده می‌شوند.

(2) پرکننده‌ها برای محصولات لاستیکی

پودر تالک سیاه به عنوان پرکننده برای محصولات لاستیکی، پراکندگی خوبی دارد و خواص تقویت‌کننده خاصی دارد.

(3) پرکننده‌ها برای محصولات پلاستیکی

پرکننده‌های پلاستیکی از دو نوع محصول تالک سیاه استفاده می‌کنند، یکی پودر تالک سیاه و دیگری پودر تالک کلسینه شده.

(4) پرکننده‌ها برای پوشش‌ها

از آنجا که تالک بافت نرم، سایش کم و تعلیق و پراکندگی خوبی دارد، استفاده از آن در پوشش‌ها آغاز شده است.

(5) سایر

علاوه بر کاربرد گسترده در صنایع فوق، تالک سیاه می‌تواند به عنوان پرکننده و جاذب در صنایعی مانند ضد آب کردن مواد اولیه، کودها، آفت‌کش‌ها و مواد شیمیایی مرغوب نیز مورد استفاده قرار گیرد.

کلسیناسیون و سفید کردن تالک سیاه
هدف اصلی فرآوری تالک سیاه بهبود سفیدی است. سفیدی طبیعی تالک سیاه حدود 50٪ یا حتی کمتر است که استفاده گسترده آن را به کاربردهایی در صنایعی مانند سرامیک و لاستیک محدود می‌کند. تالک به عنوان پرکننده باید درجه سفیدی بالایی داشته باشد. برای گسترش کاربرد آن، باید اقدامات مناسبی برای بهبود سفیدی آن انجام شود. کلسیناسیون، که سپس سفیدی آن را افزایش می‌دهد و خواص فیزیکی آن را تغییر می‌دهد، ارزش افزوده آن را افزایش می‌دهد.

در حال حاضر، روش اصلی برای بهبود سفیدی تالک سیاه، کلسیناسیون است. هدف اصلی کلسیناسیون حذف کربن آلی از تالک و دستیابی به سفیدی است که نیازهای صنعتی را برآورده می‌کند و کاربرد آن را گسترش می‌دهد. پس از کلسیناسیون، سفیدی تا ۹۵٪ می‌رسد که منجر به خواص عالی مقاومت در برابر آتش، مقاومت در برابر گرما، عایق‌بندی، چسبندگی، جذب و روانکاری می‌شود. این ماده برای کاربردهایی در کاغذسازی، سرامیک، پلاستیک، رنگ، پوشش، داروسازی، لوازم آرایشی، هوافضا، ماشین‌آلات، الکترونیک، کامپیوتر و تزئینات معماری مناسب است.

فرآیند کلسیناسیون تالک سیاه
کلسیناسیون و آسیاب کردن دو فرآیندی هستند که در فرآوری تالک سیاه با سفیدی بالا و فوق ریز استفاده می‌شوند. بسته به ترتیب انجام آنها، دو فرآیند اصلی وجود دارد: کلسیناسیون و به دنبال آن آسیاب فوق ریز، و آسیاب فوق ریز و به دنبال آن کلسیناسیون.

فرآیند کلسیناسیون قبل از آسیاب

مزایای آن سادگی و هزینه‌های پایین فرآوری است. با این حال، پس از آسیاب و طبقه‌بندی فوق ریز، محصول تالک حاصل دارای سفیدی تقریباً ۸۵٪ است که از سفیدی مطلوب ۹۵٪ پس از کلسیناسیون کمتر است.

فرآیند سنگ‌زنی قبل از کلسیناسیون

از مزایای آن می‌توان به یکنواختی بهتر سفیدی پس از کلسیناسیون، با سفیدی بیش از ۹۲٪ اشاره کرد. با این حال، این فرآیند مستعد تجمع یا ایجاد لکه سفید مایل به قرمز است.

by ALPA

کاربردهای کاربید سیلیکون

کاربید سیلیکون ویژگی‌های قابل توجهی مانند پهنای باند بالا، میدان الکتریکی شکست بالا، رسانایی حرارتی بالا و نرخ رانش اشباع الکترونی بالا دارد. این ماده می‌تواند نیازهای دستگاه برای توسعه علمی و فناوری را برای سناریوهای پیچیده مانند دمای بالا، توان بالا، ولتاژ بالا و فرکانس بالا برآورده کند. این ماده به طور گسترده در الکترونیک قدرت، وسایل نقلیه انرژی جدید، ذخیره‌سازی انرژی، تولید هوشمند، فتوولتائیک، حمل و نقل ریلی و سایر زمینه‌ها مورد استفاده قرار گرفته است. می‌توان گفت که "همه چیز می‌تواند کاربید سیلیکون باشد."

کاربردهای کاربید سیلیکون در وسایل نقلیه انرژی جدید

در بخش وسایل نقلیه انرژی جدید، کاربرد فناوری کاربید سیلیکون به کلید بهبود عملکرد وسایل نقلیه الکتریکی و هیبریدی تبدیل شده است. دستگاه‌های کاربید سیلیکون با رسانایی حرارتی بالا، قدرت میدان الکتریکی شکست بالا و خواص مکانیکی عالی، به طور قابل توجهی کارایی و قابلیت اطمینان سیستم‌های محرک الکتریکی، سیستم‌های شارژ و سیستم‌های مدیریت انرژی را افزایش می‌دهند.

کاربردهای سیلیکون کاربید در رانندگی هوشمند و اینترنت وسایل نقلیه

در بحبوحه توسعه سریع رانندگی هوشمند و اینترنت وسایل نقلیه، فناوری سیلیکون کاربید با عملکرد برتر خود، به تدریج در حال نفوذ به حوزه‌های کلیدی مانند سیستم‌های حسگر، واحدهای پردازش داده و ماژول‌های ارتباطی است و عملکرد و قابلیت اطمینان سیستم را به طور قابل توجهی بهبود می‌بخشد.

کاربردهای سیلیکون کاربید در سیستم‌های فتوولتائیک

در سیستم‌های فتوولتائیک، اجزای اصلی مانند اینورترها، کنترل‌کننده‌های MPPT و ماژول‌های تبدیل ذخیره انرژی، تقاضاهای متعددی را بر دستگاه‌های قدرت تحمیل می‌کنند، از جمله راندمان بالا، مقاومت در برابر ولتاژ بالا، عملکرد در دمای بالا و کوچک‌سازی. دستگاه‌های سیلیکونی سنتی در محیط‌های با ولتاژ و دمای بالا، افت راندمان قابل توجهی را تجربه می‌کنند و قادر به برآورده کردن نیازهای رو به رشد چگالی توان نیروگاه‌های فتوولتائیک نیستند.

کاربردهای سیلیکون کاربید در ارتباطات 5G

در کاربردهایی مانند ارتباطات بی‌سیم و سیستم‌های رادار، دستگاه‌های RF به عنوان هسته انتقال و پردازش سیگنال عمل می‌کنند و عملکرد آنها برای پایداری سیستم بسیار مهم است. دستگاه‌های RF مبتنی بر کاربید سیلیکون نیمه عایق، به دلیل خواص شکاف باند وسیع خود، مزایایی مانند تلفات کم، پهنای باند بالا و چگالی توان بالا را ارائه می‌دهند که آنها را به یک عامل کلیدی برای سیستم‌های ارتباطی نسل بعدی 5G و نظامی تبدیل می‌کند.

کاربردهای کاربید سیلیکون در شبکه‌های برق

کاربید سیلیکون می‌تواند با بهبود کارایی و ظرفیت انتقال و توزیع برق، شبکه‌های برق را به طور قابل توجهی افزایش دهد. زیرلایه‌های کاربید سیلیکون می‌توانند در دماها، ولتاژها و فرکانس‌های بالاتر کار کنند و اجزایی مانند مبدل‌ها، تابلوها و ترانسفورماتورها را کوچک‌تر و کارآمدتر کنند و در نتیجه تلفات انرژی را کاهش داده و کیفیت برق را بهبود بخشند.

کاربردهای کاربید سیلیکون در هواپیماهای کم ارتفاع

هواپیماهای جدید، که با eVTOL (برخاست و فرود عمودی الکتریکی) نشان داده می‌شوند، به یک نقطه کانونی در اقتصاد جهانی کم ارتفاع تبدیل شده‌اند و انتظار می‌رود به یک صنعت تریلیون دلاری جدید تبدیل شوند. دستگاه‌های MOSFET SiC، از طریق جهش‌های کارایی و نوآوری‌های سبک وزن خود، eVTOL را از مرحله آزمایشی به بهره‌برداری تجاری می‌رسانند. دستگاه‌های SiC MOSFET به یک جزء اصلی سیستم‌های قدرت eVTOL تبدیل شده‌اند و عملکرد بهبود یافته و کاهش هزینه آنها، صنعت را به سمت کاربرد در مقیاس بزرگ سوق خواهد داد.

کاربردهای سیلیکون کاربید در هوش مصنوعی (AI)

برق در حال تبدیل شدن به جدیدترین گلوگاهی است که پیشرفت هوش مصنوعی (AI) را تهدید می‌کند. قدرت محاسباتی رو به رشد سریع هوش مصنوعی با افزایش مصرف انرژی همراه است که به طور قابل توجهی بر تقاضای انرژی اجتماعی عادی تأثیر می‌گذارد. به عنوان مثال، با در نظر گرفتن مراکز داده ایالات متحده، تا سال 2030 آنها می‌توانند تا 9٪ از تولید برق کشور را مصرف کنند، تقریباً معادل خروجی سالانه 40 نیروگاه هسته‌ای متوسط.

با چنین مقیاس بزرگی از مصرف برق، حتی کاهش 0.1٪ در مصرف انرژی نیز عامل مهمی است. برای کمک به رفع این کمبود برق فوری، اکوسیستم صنعت جهانی به طور فعال در حال بررسی تمام گزینه‌های ممکن است. به عنوان مثال، ON Semiconductor سری جدیدی از MOSFET های قدرت ترانشه سیلیکونی و MOSFET های SiC را توسعه داده است.

کاربرد سیلیکون کاربید در صنعت رباتیک

ربات‌ها و وسایل نقلیه انرژی نو از نظر معماری فنی شباهت زیادی به هم دارند. تراشه‌های خودرو را می‌توان به کاربردهای رباتیک منتقل کرد، اما باید با الزامات عملکردی مختلف سازگار شوند. به عنوان مثال، نیمه‌هادی‌های قدرت، علاوه بر سیستم‌های خودرو، دارای قابلیت‌های فنی قابل استفاده در کنترل‌کننده‌های محرک موتور برای مفاصل رباتیک نیز هستند. تقاضا برای کنترل توان کارآمد در این بازار نوظهور رباتیک به سرعت در حال رشد است.

by ALPA

آلومینا، "ناجی" مواد باتری کاتدی

ساختار اساسی باتری‌های لیتیوم-یون شامل الکترود مثبت، الکترود منفی، الکترولیت، جداکننده و پوسته باتری است. ماده الکترود مثبت، ماده اصلی در باتری‌های لیتیوم-یون است که چگالی انرژی، پلتفرم ولتاژ، عمر چرخه و ایمنی باتری را تعیین می‌کند.

در حال حاضر، اگرچه اکسید کبالت لیتیوم (LiCoO2)، اکسید منگنز لیتیوم (LiMn2O4)، فسفات آهن لیتیوم (LiFePO4) و مواد سه‌تایی (Li-Ni-Co-Mn-O) چهار ماده الکترود مثبت تجاری برای باتری‌های لیتیوم-یون هستند، اما دارای نقص‌های خاصی در ایمنی، عملکرد چرخه، حفظ ظرفیت و سایر جنبه‌ها هستند. به منظور بهبود پایداری مواد الکترود مثبت، محققان از روش‌های اصلاح مختلفی مانند دوپینگ، پوشش سطحی و دو روش مشترک استفاده می‌کنند.

آلومینا چگونه عملکرد الکترود مثبت را بهبود می‌بخشد؟

پوشش آلومینا روی مواد الکترود مثبت می‌تواند به طور مؤثر پایداری چرخه، عمر چرخه و پایداری حرارتی مواد الکترود مثبت را بهبود بخشد. اثرات اصلی Al2O3 بر روی مواد الکترود مثبت عبارتند از:

(1) جاذب هیدروژن فلوراید (HF)

LiPF6 یک الکترولیت رایج در الکترولیت‌ها است. تحت ولتاژ بالا، لیتیوم هگزافلوئوروفسفات (LiPF6) با مقادیر ناچیزی از آب واکنش داده و HF تولید می‌کند.

(2) مانع محافظت فیزیکی

پوشش یک لایه Al2O3 بر روی سطح ماده الکترود مثبت می‌تواند ماده الکترود مثبت را از الکترولیت جدا کرده و از بروز واکنش‌های جانبی مضر بین ماده الکترود مثبت و الکترولیت جلوگیری کند.

(3) بهبود پایداری حرارتی مواد الکترود مثبت

پایداری حرارتی یکی از عوامل کلیدی در ارزیابی عملکرد باتری‌های لیتیوم-یون است. در طول فرآیند شارژ و دشارژ باتری‌های لیتیومی، آزاد شدن اکسیژن شبکه‌ای در ماده الکترود مثبت باعث اکسیداسیون الکترولیت شده و در نتیجه پایداری حرارتی آن را کاهش می‌دهد.

(4) بهبود سرعت انتشار یون‌های لیتیوم

اگرچه اکسید آلومینیوم رسانای خوبی برای الکترون‌ها و یون‌ها نیست، اما می‌تواند در طول فرآیند شارژ و دشارژ با لیتیوم باقیمانده روی سطح ماده الکترود مثبت واکنش داده و LiAlO2 تولید کند که رسانای خوبی برای یون‌ها است و می‌تواند سرعت انتشار یون‌های لیتیوم را افزایش دهد. این امر عمدتاً به این دلیل است که LiAlO2 مانع انرژی انتشار یون‌های لیتیوم را کاهش می‌دهد.

(5) واکنش با LiPF6 برای تولید افزودنی الکترولیت LiPO2F2

اکسید آلومینیوم پوشش داده شده روی سطح ماده الکترود مثبت می‌تواند با نمک لیتیوم (LiPF6) در الکترولیت واکنش داده و دی‌فلوروفسفات لیتیوم (LiPO2F2) تولید کند که یک افزودنی الکترولیت پایدار است که می‌تواند پایداری چرخه، ایمنی و عملکرد سرعت ماده الکترود مثبت را به طور قابل توجهی بهبود بخشد.

(6) مهار اثر یان-تلر

اثر یان-تلر علت اصلی انحلال یون‌های منگنز در ماده الکترود مثبت است که ممکن است باعث فروپاشی ساختار ماده الکترود مثبت و مانع انتشار یون‌های لیتیوم شود و در نتیجه باعث کاهش عملکرد الکتروشیمیایی ماده الکترود مثبت شود.

پنج فناوری اصلی پوشش‌دهی

روش اشباع‌سازی: ماده الکترود مثبت را به محلول یا محلول حاوی پیش‌ساز آلومینیوم اضافه کنید تا یک دوغاب یکنواخت تشکیل شود و سپس خشک و کلسینه کنید تا ماده الکترود مثبت با پوشش آلومینا تشکیل شود.

روش رسوب‌دهی: ماده الکترود مثبت و محلولی مانند نیترات آلومینیوم یا کلرید آلومینیوم را به طور یکنواخت مخلوط کنید، مقدار pH محلول مخلوط را تنظیم کنید تا یک لایه پوشش روی سطح ماده الکترود مثبت تشکیل شود و در نهایت با فیلتر کردن، شستشو، خشک کردن و عملیات حرارتی، یک ماده الکترود مثبت با پوشش آلومینا تولید کنید.

فرآیند پوشش‌دهی خشک: مواد آلومینا و الکترود مثبت را می‌توان مستقیماً مخلوط کرد تا یک لایه پوشش خشن روی سطح ماده الکترود مثبت تشکیل شود. اگرچه نمی‌توان پوشش یکنواختی روی سطح ماده الکترود مثبت ایجاد کرد، اما همچنان تأثیر مثبتی بر بهبود عملکرد الکتروشیمیایی ماده الکترود مثبت دارد.

روش کندوپاش: روش کندوپاش از یون‌های Ar+ برای بمباران ماده هدف (Al) استفاده می‌کند، به طوری که اتم‌های Al پراکنده شده و روی سطح ماده الکترود مثبت رسوب می‌کنند.

فناوری رسوب لایه اتمی (ALD): با استفاده از تری متیل آلومینیوم و سایر مواد به عنوان منبع آلومینیوم، اکسید آلومینیوم روی سطح ماده الکترود مثبت پوشش داده می‌شود. ضخامت را می‌توان دقیقاً کنترل کرد و افزایش ضخامت پوشش با افزایش تعداد چرخه‌های ALD حاصل می‌شود.

by ALPA

کیفیت قطعات فلزی چاپ سه بعدی شده به پودر بستگی دارد

کیفیت پودر فلز به عنوان ماده اولیه، کیفیت محصول نهایی را تا حد زیادی تعیین می‌کند. به طور کلی، تمیزی، مورفولوژی و توزیع اندازه ذرات پودر از عوامل کلیدی محدود کننده عملکرد شکل‌دهی قطعات هستند.

مورفولوژی پودر مستقیماً بر چگالی و سیالیت حجمی تأثیر می‌گذارد که به نوبه خود بر فرآیند تغذیه و پخش پودر و عملکرد نهایی قطعات تأثیر می‌گذارد. در تولید افزودنی ذوب بستر پودر، مکانیسم پخش پودر، ذرات پودر را به طور یکنواخت در ناحیه شکل‌دهی پخش می‌کند و سیالیت خوب کلید دستیابی به یک بستر پودر یکنواخت و صاف است. پودرهای کروی و نزدیک به کروی دارای سیالیت خوب، چگالی حجمی بالا، چگالی بالا و ساختار یکنواخت هستند و پودرهای مواد اولیه ترجیحی برای تولید افزودنی ذوب بستر پودر هستند.

با این حال، اگر پودر توخالی و پودر ماهواره‌ای در پودرهای کروی و نزدیک به کروی وجود داشته باشد، عملکرد نهایی قطعات کاهش می‌یابد. پودر توخالی سهم بیشتری در پودرهایی با اندازه ذرات بزرگتر از 70 میکرومتر دارد که باعث ایجاد نقص‌هایی مانند منافذ در قطعات شکل‌دهی شده می‌شود که رفع آنها دشوار است. پودر ماهواره‌ای سیالیت پودر را کاهش داده و مانع تجمع یکنواخت پودر در طول پخش لایه‌های پودر پیوسته می‌شود و در نتیجه باعث ایجاد نقص در قطعه می‌شود. بنابراین، پودرهای فلزی برای تولید افزودنی همجوشی بستر پودر باید نسبت پودر توخالی و پودر ماهواره‌ای را در مواد اولیه پودر به حداقل برسانند.

توزیع اندازه ذرات پودر برای توصیف ترکیب و تغییرات ذرات با اندازه ذرات مختلف در سیستم ذرات پودر استفاده می‌شود و پارامتر مهمی است که برای توصیف ویژگی‌های ذرات پودر استفاده می‌شود.

اندازه ذرات پودر مستقیماً بر کیفیت پخش پودر، سرعت شکل‌دهی، دقت شکل‌دهی و یکنواختی سازمانی فرآیند تولید افزودنی تأثیر می‌گذارد. برای فرآیندهای مختلف، اندازه ذرات پودر انتخاب شده متفاوت است. به طور کلی، فناوری ذوب انتخابی لیزری (SLM) پودرهایی با اندازه ذرات 15 تا 45 میکرومتر و فناوری ذوب انتخابی پرتو الکترونی (SEBM) پودرهایی با اندازه ذرات 45 تا 106 میکرومتر را انتخاب می‌کند.

از دیدگاه ترمودینامیک و سینتیک، هرچه ذرات پودر کوچکتر باشند، مساحت سطح ویژه آنها بزرگتر و نیروی محرکه تف‌جوشی آنها بیشتر است، یعنی ذرات کوچک پودر برای شکل‌دهی قطعات مناسب‌ترند. با این حال، پودرهایی با ذرات خیلی ریز منجر به کاهش سیالیت، چگالی سست و رسانایی الکتریکی پودر می‌شوند و شکل‌پذیری پودر کاهش می‌یابد و کروی شدن در طول فرآیند چاپ مستعد رخ دادن است. اندازه ذرات خیلی درشت پودر، فعالیت تف‌جوشی پودر، یکنواختی پخش پودر و دقت شکل‌دهی را کاهش می‌دهد.

بنابراین، با توجه به الزامات عملکرد قطعات نهایی، پودرهای درشت و ریز به درستی با هم تطبیق داده می‌شوند تا چگالی حجمی و سیالیت پودرها بهبود یابد، که برای تولید افزودنی ذوب بستر پودر مناسب است. محققان معتقدند که در محدوده کلی اندازه ذرات فرآیند تولید افزودنی ذوب بستر پودر لیزری، استفاده از توزیع گسترده‌تر اندازه ذرات می‌تواند پر شدن ذرات کوچک را در شکاف‌های بین ذرات بزرگ افزایش داده و چگالی بستر پودر را در طول فرآیند لایه‌گذاری پودر بهبود بخشد.

از وضعیت تحقیقات فعلی در مورد تأثیر تغییرات ویژگی‌های پودر بر کیفیت شکل‌دهی، تغییرات در اندازه پودر، مورفولوژی و حالت سطح بر پخش پودر و کیفیت شکل‌دهی پودر تأثیر می‌گذارد. از نظر چگالی شکل‌دهی، توزیع معقول اندازه ذرات، کروی بودن بالاتر و کاهش چسبندگی بین ذرات می‌تواند چگالی سست و کیفیت پخش پودر پودر را بهبود بخشد، تعداد منافذ و عیوب ذوب نشده در نمونه شکل‌دهی را بیشتر کاهش دهد و چگالی شکل‌دهی را بهبود بخشد.

by ALPA

اصلاح - کامل‌تر کردن نانوآلومینا

نانوآلومینا نوع جدیدی از مواد معدنی ریز با عملکرد بالا است. از زمان تولید پودر نانوآلومینا در اواسط دهه 1980، مردم درک خود را از این ماده پیشرفته عمیق‌تر کرده‌اند و بسیاری از ویژگی‌های آن، مانند سختی بالا، استحکام بالا، مقاومت در برابر حرارت، مقاومت در برابر خوردگی و سایر ویژگی‌های عالی را کشف کرده‌اند. بنابراین، به طور گسترده در هوافضا، دفاع ملی، صنایع شیمیایی، میکروالکترونیک و سایر زمینه‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد.

در کاربرد عملی نانوآلومینا، اصلاح پودر همیشه یک کار بسیار مهم بوده است.

چرا اصلاح می‌شود؟

اول از همه، نانوآلومینا به عنوان یک نانوماده با ویژگی‌های بسیار زیاد، به دلیل اندازه ذرات بسیار کوچک و انرژی سطحی بالا، به راحتی تجمع می‌یابد. اگر پدیده تجمع به طور خاص جدی باشد، تأثیر زیادی بر ویژگی‌های نانوماده آلومینا خواهد داشت.

علاوه بر این، نانوآلومینا می‌تواند به عنوان یک بیوفیلم برای تحقیقات پزشکی روی داروهای بیولوژیکی مورد استفاده قرار گیرد، اما بار سطحی کریستال با بار سطحی متعادل به دلیل وجود نقص‌های شبکه‌ای به طور ناهموار توزیع می‌شود. تجمع نقص‌های بار سطحی و نواحی بار فضایی در سطح میکرون منجر به یک گشتاور دوقطبی شبکه‌ای می‌شود. هنگامی که مواد بیولوژیکی با سطح چنین پودرهایی تماس پیدا می‌کنند، غنی‌سازی رخ می‌دهد و در نتیجه انسداد منافذ و آلودگی غشاء ایجاد می‌شود.

علاوه بر این، عایق بودن و استحکام بالای آلومینا به عنوان پرکننده در موادی مانند پوشش‌ها و لاستیک برای بهبود سختی، عایق‌بندی، شکل‌پذیری و مقاومت در برابر سایش مواد استفاده می‌شود. با این حال، آلومینا یک ماده قطبی است و سازگاری ضعیفی با مواد پلیمری غیرقطبی دارد.

بنابراین، اصلاح سطح آلومینا توجه زیادی را به خود جلب کرده است.

اصلاح سطح به عملیات سطحی ذرات جامد با روش‌های فیزیکی یا شیمیایی اشاره دارد، یعنی فرآیند تغییر هدفمند خواص فیزیکی و شیمیایی و مورفولوژی سطح ذرات با توجه به نیازهای کاربردی. در حال حاضر، دو روش اصلاح کاربردی وجود دارد. روش اول اصلاح آلی سطح نامیده می‌شود زیرا عمدتاً از اصلاح‌کننده‌های آلی استفاده می‌کند و روش دوم اصلاح پوشش معدنی یا اصلاح پوشش سطح است.

اصلاح آلی سطح

هدف از اصلاح آلی سطح ذرات پودر فوق ریز، آبگریز کردن سطح ذرات با پیوند دادن گروه‌های آلی مربوطه و در نتیجه بهبود عملکرد پراکندگی و سازگاری بین سطحی آن در ماتریس‌های آلی مانند رزین‌ها، لاستیک‌ها و رنگ‌ها و در نتیجه بهبود فرآیند پردازش محصول و خواص جامع مکانیک مواد کامپوزیت است. بر اساس نوع ساختار شیمیایی، اصلاح‌کننده‌ها به اسیدهای چرب بالاتر یا نمک‌های آنها، اسیدهای چرب پایین‌تر و عوامل اتصال تقسیم می‌شوند.

(1) اصلاح پوشش فیزیکی

اصلاح پوشش فیزیکی یا اصلاح عملیات پوشش روشی است که در آن از ماده آلی (تا زمانی که یک پلیمر، رزین، سورفکتانت، ترکیب پلیمری محلول در آب یا محلول در روغن و صابون اسید چرب و غیره باشد) برای پوشاندن سطح ذرات برای دستیابی به هدف اصلاح استفاده می‌شود. این فرآیندی است که به سادگی سطح ذرات را اصلاح می‌کند.

(2) اصلاح شیمیایی سطح

اصلاح شیمیایی سطح با واکنش شیمیایی یا جذب شیمیایی بین اصلاح‌کننده سطح و سطح ذرات حاصل می‌شود. این پرکاربردترین روش اصلاح در تولید است.

(3) اصلاح پیوندی

اصلاح پیوندی یک فرآیند اصلاح است که در آن اولفین‌های مونومر یا پلی‌اولفین‌ها تحت شرایط تحریک خارجی خاصی به سطح پودر وارد می‌شوند. گاهی اوقات، لازم است اولفین مونومر پس از ورود، تحریک شود تا اولفین مونومر متصل به سطح پلیمریزه شود.

اصلاح پوشش سطحی

اصلاح پوشش سطحی به فناوری اصلاح پوشش یکنواخت سطح ذرات پودر آلومینای فوق ریز با ذرات جامد کوچکتر یا لایه‌های جامد اشاره دارد و در نتیجه ترکیب سطح، ساختار، ظاهر و عملکرد اصلی ذرات را تغییر می‌دهد.

با توجه به محیط و شکل واکنش پوشش، ماهیت و روش پوشش اصلاح شده بین ذرات، روش‌های اصلاح پوشش سطحی را می‌توان به روش رسوب شیمیایی، روش پوشش هیدرولیز، روش سل-ژل، روش تبخیر حلال، روش مکانوشیمیایی و روش فاز گازی تقسیم کرد. در میان آنها، سه روش اول، همگی روش‌های واکنش محلولی هستند، یعنی محلول نمک محلول توسط عوامل رسوب‌دهنده و هیدرولیز رسوب داده می‌شود و سپس روی سطح پودر ذرات اصلاح‌شده پوشش داده می‌شود.

by ALPA

مزایای استفاده از پرکننده عالی سولفات باریم در اصلاح نایلون چیست؟

سولفات باریم که با نام باریت نیز شناخته می‌شود، یک ترکیب معدنی بی‌رنگ، بی‌بو و غیرسمی با فرمول شیمیایی BaSO4 است. این ترکیب به دلیل چگالی بالا، سفیدی زیاد، پایداری شیمیایی خوب و مقاومت در برابر اسید و باز شناخته شده است و در آب و اکثر اسیدها نامحلول است. این ویژگی‌ها باعث می‌شود سولفات باریم در بسیاری از زمینه‌های صنعتی، به ویژه در زمینه اصلاح پلاستیک، به ویژه در اصلاح نایلون (PA)، که در آن سولفات باریم مزایای منحصر به فردی را نشان می‌دهد، به طور گسترده مورد استفاده قرار گیرد.

نایلون، به عنوان یک ماده پلیمری با خواص مکانیکی عالی، مقاومت در برابر سایش، مقاومت در برابر اسید و باز و خود روانکاری، به طور گسترده در بسیاری از زمینه‌های صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرد. با این حال، معایب نایلون مانند جذب آب بالا و پایداری ابعادی ضعیف، دامنه کاربرد آن را محدود می‌کند. بنابراین، اصلاح نایلون برای بهبود عملکرد آن بسیار مهم است. سولفات باریم به عنوان یک پرکننده خنثی، نقش‌های متعددی در اصلاح نایلون، مانند تقویت، سفت شدن و بهبود براقیت، ایفا می‌کند.

اثر تقویت کنندگی

افزودن سولفات باریم به عنوان یک پرکننده معدنی می‌تواند به طور قابل توجهی استحکام (مدول) و سختی نایلون را بهبود بخشد و برای قطعات صنعتی که به مدول بالا نیاز دارند (مانند چرخ دنده‌ها و یاتاقان‌ها) مناسب است. نتایج تجربی مربوطه نشان می‌دهد که با افزایش مقدار نانو سولفات باریم، مدول خمشی و مدول کششی نایلون بهبود می‌یابد. به طور خاص، هنگامی که کسر جرمی نانو سولفات باریم مقدار مشخصی (مانند 3٪) باشد، خواص مکانیکی نایلون به بهترین حالت خود می‌رسد. این اثر تقویت کنندگی عمدتاً به دلیل استحکام سولفات باریم و پیوند خوب آن با ماتریس نایلون است.

پایداری ابعادی: کاهش انقباض و تاب برداشتن نایلون در حین پردازش یا استفاده و بهبود دقت ابعادی.

دمای تغییر شکل حرارتی (HDT): با محدود کردن حرکت زنجیره‌های پلیمری، پایداری حرارتی مواد را بهبود می‌بخشد و کاربرد نایلون را در محیط‌های با دمای بالا (مانند قطعات موتور خودرو) گسترش می‌دهد.

اثر سفت کنندگی

سولفات باریم علاوه بر اثر تقویت کنندگی، می‌تواند اثر سفت کنندگی نیز بر نایلون داشته باشد. برهمکنش بین ذرات نانو سولفات باریم و ماتریس نایلون، یک لایه انتقال الاستیک تشکیل می‌دهد که می‌تواند به طور مؤثر تنش روی سطح مشترک را منتقل و کاهش دهد، در نتیجه انرژی ضربه خارجی را جذب و پراکنده کرده و چقرمگی ماده را بهبود بخشد. با این حال، شایان ذکر است که وقتی محتوای سولفات باریم تا حد مشخصی افزایش می‌یابد، عملکرد ماده به دلیل وقوع تجمع کاهش می‌یابد.

براقیت بهبود یافته

سولفات باریم توانایی انعکاس نور قوی در محدوده طول موج‌های فرابنفش و مادون قرمز را دارد که آن را قادر می‌سازد تا درخشندگی بالایی را در فرمول‌های رنگ‌آمیزی پلاستیک نشان دهد. هنگامی که سولفات باریم با اندازه ذرات مناسب برای پر کردن با نایلون انتخاب شود، براقیت سطح محصولات فرآوری شده می‌تواند به طور قابل توجهی بهبود یابد. علاوه بر این، ضریب شکست سولفات باریم مشابه پلیمرهایی مانند نایلون است، بنابراین می‌تواند درخشندگی و رنگ رنگدانه رنگی را حفظ کند.

کاربرد عملی

در کاربردهای عملی، سولفات باریم معمولاً به طور یکنواخت به شکل نانومتر با ترکیب مذاب در ماتریس نایلون پراکنده می‌شود. این روش از اثر اندازه، مساحت سطح ویژه بزرگ و نیروی بین سطحی قوی نانو سولفات باریم استفاده می‌کند و به طور کامل سختی، پایداری ابعادی و پایداری حرارتی سولفات باریم را با چقرمگی، فرآیندپذیری و خواص دی‌الکتریک نایلون ترکیب می‌کند و در نتیجه عملکرد جامع عالی را به دست می‌آورد.

سولفات باریم بهبود قابل توجهی در بهبود سختی و براقیت در اصلاح نایلون نشان داده است. با کنترل منطقی محتوا و توزیع اندازه ذرات سولفات باریم، می‌توان خواص مکانیکی نایلون را بهینه کرد، دوام و زیبایی محصول را بهبود بخشید، عملکرد و هزینه را متعادل کرد، طراحی فرمول را برای سناریوهای خاص بهینه کرد و در نتیجه دامنه کاربرد نایلون را گسترش داد.

by ALPA

هنگام تهیه تک بلورهای کاربید سیلیکون با کیفیت بالا به چه نکاتی باید توجه کنیم؟

روش‌های فعلی برای تهیه تک بلورهای کاربید سیلیکون عمدتاً شامل موارد زیر است: انتقال بخار فیزیکی (PVT)، رشد محلول دانه بالایی (TSSG) و رسوب بخار شیمیایی در دمای بالا (HT-CVD).

در میان آنها، روش PVT مزایای تجهیزات ساده، کنترل آسان عملیات، قیمت پایین تجهیزات و هزینه عملیاتی را دارد و به روش اصلی مورد استفاده در تولید صنعتی تبدیل شده است.

1. فناوری آلایش پودر کاربید سیلیکون

آلایش مقدار مناسبی از عنصر Ce در پودر کاربید سیلیکون می‌تواند به رشد پایدار تک بلور 4H-SiC منجر شود. تجربه ثابت کرده است که آلایش عنصر Ce در پودر می‌تواند سرعت رشد بلورهای کاربید سیلیکون را افزایش داده و باعث رشد سریع‌تر بلورها شود. این روش می‌تواند جهت‌گیری کاربید سیلیکون را کنترل کند و جهت رشد بلور را منفردتر و منظم‌تر کند. از تولید ناخالصی‌ها در بلور جلوگیری می‌کند، ایجاد نقص را کاهش می‌دهد و دستیابی به بلورهای تک بلور و بلورهای با کیفیت بالا را آسان‌تر می‌کند. این روش می‌تواند از خوردگی پشت بلور جلوگیری کرده و سرعت تک بلوری بلور را افزایش دهد.

۲. فناوری کنترل گرادیان میدان دمایی محوری و شعاعی

گرادیان دمایی محوری عمدتاً بر شکل رشد کریستال و راندمان رشد کریستال تأثیر می‌گذارد. گرادیان دمایی بسیار کم منجر به ظهور ناخالصی‌ها در طول فرآیند رشد کریستال می‌شود و همچنین بر سرعت انتقال مواد فاز گازی تأثیر می‌گذارد و در نتیجه سرعت رشد کریستال کاهش می‌یابد. گرادیان‌های دمایی محوری و شعاعی مناسب به رشد سریع کریستال‌های SiC کمک کرده و پایداری کیفیت کریستال را حفظ می‌کنند.

۳. فناوری کنترل نابجایی صفحه پایه (BPD)

دلیل اصلی تشکیل نقص‌های BPD این است که تنش برشی در کریستال از تنش برشی بحرانی کریستال SiC بیشتر می‌شود و در نتیجه سیستم لغزش فعال می‌شود. از آنجا که BPD عمود بر جهت رشد کریستال است، عمدتاً در طول فرآیند رشد کریستال و فرآیند خنک‌سازی کریستال بعدی ایجاد می‌شود.

۴. فناوری کنترل تنظیم نسبت اجزای فاز گازی

در فرآیند رشد کریستال، افزایش نسبت کربن-سیلیکون به نسبت اجزای فاز گازی در محیط رشد، اقدامی مؤثر برای دستیابی به رشد پایدار یک کریستال واحد است. از آنجا که نسبت بالای کربن-سیلیکون می‌تواند تجمع گام بزرگ را کاهش داده و وراثت اطلاعات رشد را روی سطح کریستال بذر حفظ کند، می‌تواند مانع از تولید پلی‌مورف‌ها شود.

5. فناوری کنترل تنش کم

در طول فرآیند رشد کریستال، وجود تنش باعث خم شدن صفحه کریستالی داخلی کریستال SiC می‌شود که منجر به کیفیت پایین کریستال یا حتی ترک خوردن کریستال می‌شود و تنش زیاد منجر به افزایش جابجایی صفحه پایه ویفر می‌شود. این نقص‌ها در طول فرآیند اپیتاکسی وارد لایه اپیتاکسی می‌شوند و به طور جدی بر عملکرد دستگاه بعدی تأثیر می‌گذارند.

با نگاهی به آینده، فناوری آماده‌سازی تک کریستال SiC با کیفیت بالا در چندین جهت توسعه خواهد یافت:

اندازه بزرگ

آماده‌سازی تک کریستال‌های کاربید سیلیکون با اندازه بزرگ می‌تواند راندمان تولید را بهبود بخشد و هزینه‌ها را کاهش دهد، در عین حال نیازهای دستگاه‌های پرقدرت را نیز برآورده کند.

کیفیت بالا

تک کریستال‌های کاربید سیلیکون با کیفیت بالا کلید دستیابی به دستگاه‌های با کارایی بالا هستند. در حال حاضر، اگرچه کیفیت تک بلورهای کاربید سیلیکون به میزان قابل توجهی بهبود یافته است، اما هنوز برخی نقص‌ها مانند میکرولوله‌ها، نابجایی‌ها و ناخالصی‌ها وجود دارد. این نقص‌ها بر عملکرد و قابلیت اطمینان دستگاه تأثیر می‌گذارند.

کم‌هزینه

هزینه آماده‌سازی تک بلورهای کاربید سیلیکون بالا است که کاربرد آنها را در برخی زمینه‌ها محدود می‌کند. هزینه آماده‌سازی تک بلورهای کاربید سیلیکون را می‌توان با بهینه‌سازی فرآیند رشد، بهبود راندمان تولید و کاهش هزینه‌های مواد اولیه کاهش داد.

هوشمند

با توسعه فناوری‌هایی مانند هوش مصنوعی و کلان‌داده، فناوری رشد بلور کاربید سیلیکون به تدریج هوشمند خواهد شد. فرآیند رشد را می‌توان از طریق حسگرها، سیستم‌های کنترل خودکار و سایر تجهیزات به صورت بلادرنگ رصد و کنترل کرد تا پایداری و کنترل‌پذیری فرآیند رشد بهبود یابد. در عین حال، می‌توان از تجزیه و تحلیل کلان‌داده و سایر فناوری‌ها برای تجزیه و تحلیل و بهینه‌سازی داده‌های رشد برای بهبود کیفیت و راندمان تولید بلورها استفاده کرد.

فناوری آماده‌سازی تک بلورهای کاربید سیلیکون با کیفیت بالا یکی از نقاط داغ در تحقیقات فعلی مواد نیمه‌هادی است. با پیشرفت مداوم علم و فناوری، فناوری رشد کریستال کاربید سیلیکون به توسعه و بهبود خود ادامه خواهد داد و پایه محکم‌تری برای کاربرد کاربید سیلیکون در دماهای بالا، فرکانس بالا، توان بالا و سایر زمینه‌ها فراهم می‌کند.

by ALPA