อะลูมินาเผากลายเป็นปัจจัยสำคัญที่ช่วยสนับสนุนการพัฒนาอุตสาหกรรมเซรามิก
อะลูมินาเผา ซึ่งเป็นวัสดุอโลหะอนินทรีย์ที่ผลิตจากอะลูมินาอุตสาหกรรมที่ผ่านการเผาที่อุณหภูมิสูง มีคุณสมบัติโดดเด่นหลายประการ ประการแรก ความแข็งสูงเป็นหนึ่งในคุณสมบัติเด่นของอะลูมินา มีค่าความแข็งโมห์สสูงถึง 9 ซึ่งเป็นรองเพียงเพชรเท่านั้น ทำให้ผลิตภัณฑ์เซรามิกที่ทำจากอะลูมินาเผามีความทนทานต่อการสึกหรอเป็นพิเศษ คงความสวยงามและเสถียรภาพของโครงสร้างตลอดการใช้งานในระยะยาว ประการที่สอง อะลูมินาเผามีความทนทานต่ออุณหภูมิสูงเป็นพิเศษ สามารถทนต่ออุณหภูมิได้สูงกว่าหลายพันองศาเซลเซียสโดยไม่เสียรูปหรือเสียหาย ซึ่งเป็นคุณสมบัติที่มีประโยชน์อย่างยิ่งในอุตสาหกรรมเซรามิกอุณหภูมิสูง นอกจากนี้ อะลูมินาเผายังมีความเสถียรทางเคมีที่ดีเยี่ยมและไม่ไวต่อปฏิกิริยาเคมีกับสารอื่นๆ จึงมั่นใจได้ถึงประสิทธิภาพที่เสถียรของผลิตภัณฑ์เซรามิก
หน้าที่หลักของอะลูมินาเผาในเคลือบ
ด้วยความบริสุทธิ์สูง ความแข็งสูง และความเสถียรทางเคมีที่ยอดเยี่ยม อะลูมินาเผาจึงถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในเคลือบ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในเซรามิกสำหรับใช้ในครัวเรือน เซรามิกสำหรับสถาปัตยกรรม และเซรามิกชนิดพิเศษ ในทางปฏิบัติ อะลูมินาเผาไม่เพียงแต่ช่วยเพิ่มความแข็งและความทนทานต่อการสึกหรอของพื้นผิวเคลือบอย่างมีนัยสำคัญ ลดรอยขีดข่วนและการสึกหรอระหว่างการใช้งานได้อย่างมีประสิทธิภาพ ช่วยยืดอายุการใช้งานของผลิตภัณฑ์เซรามิก นอกจากนี้ยังช่วยเพิ่มความเสถียรทางเคมีของเคลือบ ลดความเสี่ยงต่อการกัดกร่อนของกรดและด่าง และเพิ่มความทนทานต่อคราบสกปรก นอกจากนี้ การเติมอะลูมินาเผาในปริมาณที่เหมาะสมยังช่วยปรับอุณหภูมิการหลอมเหลวและความหนืดของเคลือบ ปรับปรุงความลื่นไหลของเคลือบ หลีกเลี่ยงข้อบกพร่องต่างๆ เช่น รูพรุนและการหดตัวของเคลือบ ส่งผลให้พื้นผิวเคลือบเรียบเนียนและสม่ำเสมอยิ่งขึ้น ยิ่งไปกว่านั้น คุณสมบัติทางแสงอันเป็นเอกลักษณ์ของอะลูมินายังช่วยควบคุมความเงาของเคลือบ เพิ่มเนื้อสัมผัสที่ละเอียดอ่อนให้กับเคลือบด้าน และเพิ่มความสม่ำเสมอของความเงาของเคลือบมัน เพื่อตอบสนองความต้องการด้านการออกแบบของผลิตภัณฑ์เซรามิกต่างๆ
ในการใช้งานกับเม็ดสี อะลูมินาที่ผ่านการเผาสามารถทำหน้าที่เป็นตัวพาที่เสถียรสำหรับเม็ดสีโลหะออกไซด์ (เช่น เหล็กออกไซด์และโคบอลต์ออกไซด์) ยับยั้งการระเหยหรือการแพร่กระจายของเม็ดสีที่อุณหภูมิสูง และป้องกันไม่ให้เคลือบเกิดการบานและซีดจาง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในเคลือบอุณหภูมิสูง อะลูมินาสามารถรักษาความเข้มข้นของสีและความสม่ำเสมอของโทนสี ช่วยให้ได้เอฟเฟกต์การตกแต่งเซรามิกที่เข้มข้นและยาวนาน อะลูมินาเป็นปัจจัยสำคัญในการส่งเสริมการพัฒนาเคลือบสีเซรามิกให้มีประสิทธิภาพสูงและมีเสถียรภาพสูง
กลไกการทำงานของออกไซด์ของธาตุหายากในวัสดุทนไฟแมกนีเซียม-แคลเซียม
คุณสมบัติของธาตุกำหนดสมรรถนะของธาตุนั้นๆ และธาตุหายากก็ไม่มีข้อยกเว้น สมรรถนะของธาตุเหล่านี้สัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับคุณสมบัติของธาตุนั้นๆ ปัจจัยหลักที่กำหนดคุณสมบัติทางกายภาพของธาตุ (เช่น ความแข็ง โครงสร้างผลึก และจุดหลอมเหลว) คือรัศมีอะตอมและรัศมีไอออนิก โลหะหายากมีจุดหลอมเหลวสูงซึ่งจะเพิ่มขึ้นตามเลขอะตอมที่เพิ่มขึ้น แม้ว่าแนวโน้มนี้จะไม่คงที่มากนัก โดยทั่วไปธาตุหายากจะสูญเสียอิเล็กตรอนวงโคจร s และ d ด้านนอก ทำให้เกิดสถานะวาเลนซ์ +3 จึงเกิดเป็นออกไซด์ของธาตุหายาก สถานะวาเลนซ์ +3 นี้เป็นสถานะออกซิเดชันเฉพาะของธาตุหายาก ออกไซด์ของธาตุหายากมีจุดหลอมเหลวสูงกว่า 2000°C และไม่ระเหยง่าย เป็นสารกึ่งตัวนำตัวนำผสมที่มีทั้งสภาพนำไฟฟ้าและสภาพนำไฟฟ้า สภาพนำไฟฟ้าหมายถึงการนำไฟฟ้าของอิเล็กตรอนและโฮล ในขณะที่สภาพนำไฟฟ้าหมายถึงการเคลื่อนที่ของไอออนออกซิเจนภายในช่องว่างของออกซิเจน ซึ่งโดยพื้นฐานแล้วคือการนำไฟฟ้าของไอออนออกซิเจน
นอกจากการใช้ธาตุหายากโดยตรงเป็นส่วนประกอบเมทริกซ์หรือศูนย์กลางการทำงานโดยอาศัยคุณสมบัติเชิงแสงและแม่เหล็กของอิเล็กตรอน 4f แล้ว คุณสมบัติทางเคมีของธาตุหายาก เช่น ปฏิกิริยาเคมีและรัศมีไอออนิกขนาดใหญ่ ยังสามารถนำไปใช้ประโยชน์เพื่อปรับเปลี่ยนโครงสร้างจุลภาคของวัสดุ ซึ่งจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของวัสดุได้อีกด้วย เซรามิกส์เซมิคอนดักเตอร์ฟังก์ชันที่เจือด้วยธาตุหายากเป็นตัวอย่างที่สำคัญ การเติมออกไซด์ของธาตุหายากลงในวัสดุทนไฟไม่เพียงแต่ช่วยเพิ่มและปรับปรุงความแข็งแรงและความเหนียวโดยธรรมชาติของวัสดุเท่านั้น แต่ยังช่วยลดอุณหภูมิในการเผาผนึกและต้นทุนการผลิตอีกด้วย
เนื่องจากความปลอดสารพิษ ประสิทธิภาพสูง และคุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีที่เป็นเอกลักษณ์ สารประกอบธาตุหายากจึงถูกนำไปใช้อย่างแพร่หลายในหลากหลายรูปแบบ ตั้งแต่การใช้งานเบื้องต้นในโลหะวิทยา วิศวกรรมเคมี และเซรามิกส์ ไปจนถึงการใช้งานขั้นสูงในวัสดุคอมโพสิตประสิทธิภาพสูง เช่น การกักเก็บไฮโดรเจนและการเรืองแสง งานวิจัยเกี่ยวกับการประยุกต์ใช้ออกไซด์ของธาตุหายากในวัสดุเซรามิกส์ได้รับความสนใจอย่างกว้างขวาง การศึกษาแสดงให้เห็นว่าการเติมแร่ธาตุหายาก (Rare Earth Oxide) ช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพของวัสดุเซรามิกอย่างมีนัยสำคัญ ช่วยให้มั่นใจได้ถึงคุณภาพและประสิทธิภาพสำหรับการใช้งานที่หลากหลาย นอกจากนี้ แร่ธาตุหายากในฐานะฟลักซ์ยังสามารถส่งเสริมการเผาผนึก ปรับปรุงโครงสร้างจุลภาคของเซรามิก และช่วยการเจือปนและการดัดแปลง
แร่ธาตุหายากในฐานะสารเติมแต่ง ช่วยปรับปรุงคุณสมบัติของวัสดุทนไฟ แสดงให้เห็นถึงประโยชน์ที่โดดเด่นและสำคัญในการเพิ่มประสิทธิภาพและมอบฟังก์ชันใหม่ๆ การเติมแร่ธาตุหายากในปริมาณเล็กน้อยจะช่วยเพิ่มความหนาแน่นของวัสดุทนไฟแมกนีเซียม-แคลเซียม ซึ่งช่วยเพิ่มความหนาแน่นและความต้านทานการกัดกร่อน
แร่ธาตุหายากถูกใช้เป็นสารเติมแต่งในวัสดุทนไฟแมกนีเซียม-แคลเซียม เพื่อปรับปรุงความสามารถในการเผาผนึก ความแน่น โครงสร้างจุลภาค องค์ประกอบเฟสผลึก ความแข็งแรงดัดที่อุณหภูมิห้อง และความเหนียวแตกหัก ซึ่งสอดคล้องกับข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพทางการตลาดสำหรับวัสดุทนไฟแมกนีเซียม-แคลเซียม มีกลไกหลักสามประการในการเติมแร่ธาตุหายากลงในวัสดุทนไฟแมกนีเซียม-แคลเซียม (1) สารเติมแต่งในรูปฟลักซ์สามารถส่งเสริมการเผาผนึก อุณหภูมิการเผาผนึกของวัสดุทนไฟแมกนีเซียม-แคลเซียมโดยทั่วไปจะสูง และมีปัจจัยหลายอย่างที่ไม่เอื้อต่อการเพิ่มความหนาแน่นระหว่างกระบวนการเผาผนึก การเติมออกไซด์ของแรร์เอิร์ธสามารถแก้ปัญหานี้ได้ เนื่องจากคุณสมบัติเฉพาะตัวของออกไซด์ของแรร์เอิร์ธ การเติมออกไซด์ของแรร์เอิร์ธลงในวัสดุทนไฟสามารถเปลี่ยนแปลงโครงสร้างภายในของวัสดุ ส่งเสริมการเผาผนึกของวัสดุทนไฟแมกนีเซียม-แคลเซียม (2) ออกไซด์ของแรร์เอิร์ธสามารถปรับปรุงโครงสร้างจุลภาคของวัสดุทนไฟแมกนีเซียม-แคลเซียม การเติมออกไซด์ของแรร์เอิร์ธสามารถปรับปรุงโครงสร้างจุลภาคภายในของวัสดุทนไฟ ซึ่งจะช่วยลดอัตราการเคลื่อนที่ของขอบเกรน ยับยั้งการเจริญเติบโตของเกรน และเอื้อต่อการเกิดโครงสร้างที่หนาแน่น (3) การดัดแปลงออกไซด์ของแรร์เอิร์ธด้วยการโด๊ป การเจือปนออกไซด์ของธาตุหายากในกระบวนการเตรียมวัสดุทนไฟจะทำให้รูปร่างผลึกของตัวอย่างเปลี่ยนแปลงไป ส่งผลให้ปริมาตรเปลี่ยนแปลงไป การเปลี่ยนแปลงนี้สามารถปรับปรุงความต้านทานการดัดงอและความเหนียวได้อย่างมาก งานวิจัยเกี่ยวกับการเติมสารเติมแต่งเพื่อปรับปรุงและเพิ่มประสิทธิภาพคุณสมบัติของวัสดุในกระบวนการเตรียมวัสดุทนไฟได้รับความสนใจจากผู้คนมาโดยตลอด งานวิจัยปัจจุบันมุ่งเน้นไปที่ปัญหาที่ว่าวัตถุดิบทรายแมกนีเซียมแคลเซียมนั้นเผายากและเติมน้ำได้ง่าย สารเติมแต่งหลักๆ ได้แก่ ZrO2, Fe2O3, Al2O3, ออกไซด์ของธาตุหายาก เป็นต้น
การประยุกต์ใช้แบเรียมซัลเฟตใน 10 อุตสาหกรรม
แบเรียมซัลเฟตเป็นคำที่ไม่คุ้นเคยสำหรับคนส่วนใหญ่ และแม้แต่ผู้ที่ไม่คุ้นเคยกับสารเคมีก็อาจมองว่าเป็นสารเคมีอันตราย อย่างไรก็ตาม แบเรียมซัลเฟตมีอยู่ทั่วไปในชีวิตประจำวันของเรา มักปรากฏอยู่ในผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป ตัวอย่างเช่น ผลิตภัณฑ์พลาสติกส่วนใหญ่ในบ้าน เครื่องปรับอากาศ ชิ้นส่วนรถยนต์พลาสติก ถุงใส่ของในซูเปอร์มาร์เก็ต สี สารเคลือบผิว และกระจก ล้วนมีแบเรียมซัลเฟตเป็นส่วนประกอบ
การประยุกต์ใช้แบเรียมซัลเฟตใน 10 อุตสาหกรรมหลัก
1. อุตสาหกรรมปิโตรเลียม: ผงแบเรียมขนาด 200 เมช และ 325 เมช สำหรับใช้เป็นสารเติมแต่งโคลนขุดเจาะน้ำมันและก๊าซ
2. อุตสาหกรรมเคมี: โรงงานเกลือแบเรียมใช้แบเรียมเป็นวัตถุดิบในการผลิตลิโทโพน แบเรียมซัลเฟตตกตะกอน และแบเรียมคาร์บอเนต
3. อุตสาหกรรมสีและสารเคลือบ: แบริต์สามารถใช้เป็นสารตัวเติมในสีและสารเคลือบ ทดแทนวัตถุดิบที่มีราคาแพงกว่า เช่น แบเรียมซัลเฟตตกตะกอน ลิโทโพน ไทเทเนียมไดออกไซด์ และซิลิกากัมมันต์ เหมาะสำหรับการควบคุมความหนืดของสีและให้สีที่สดใสและคงตัว
4. อุตสาหกรรมพลาสติก: แบริต์สามารถใช้เป็นสารตัวเติมในวัตถุดิบพลาสติก ABS เพิ่มความเงางาม พร้อมเพิ่มความแข็งแรง ความแข็ง และความทนทานต่อการสึกหรอ
5. อุตสาหกรรมยาง: ผงแบริต์ที่มีขนาดตาข่ายน้อยกว่า 500 สามารถใช้เป็นสารตัวเติมในผลิตภัณฑ์ยางได้อย่างแพร่หลาย ช่วยลดต้นทุน พร้อมทั้งเพิ่มความแข็ง ความต้านทานต่อกรดและด่าง และความต้านทานต่อน้ำ นอกจากนี้ยังช่วยเสริมความแข็งแรงให้กับยางธรรมชาติและยางสังเคราะห์ได้อย่างดีเยี่ยม
6. อุตสาหกรรมกระดาษ: ผงแบริต์ละเอียดสูงสามารถใช้เป็นสารตัวเติมและสารเคลือบในไวท์บอร์ดและกระดาษเคลือบ เพื่อเพิ่มความขาวและการปกปิดพื้นผิว ข้อมูลจำเพาะของผลิตภัณฑ์: 325 mesh, 400 mesh, 600 mesh, 800 mesh, 1250 mesh, 1500 mesh, 2000 mesh, 2500 mesh, 3000 mesh, 4000 mesh, 5000 mesh, 6000 mesh
7. อุตสาหกรรมปูนซีเมนต์
การเติมแร่ผสมแบริต์และฟลูออไรต์ลงในการผลิตปูนซีเมนต์สามารถเพิ่มความขาวและความแข็งแรงของปูนซีเมนต์ได้ สามารถใช้ในการผลิตปูนซีเมนต์แบเรียม ปูนแบริต์ และคอนกรีตแบริต์ ซึ่งสามารถนำไปใช้ในอาคารที่ต้องการการป้องกันรังสีเอกซ์
8. อุตสาหกรรมกระจก
สามารถใช้เป็นสารดีออกซิไดเซอร์ สารตกตะกอน และฟลักซ์ เพื่อเพิ่มความเสถียรทางแสง ความเงา และความแข็งแรงของกระจก
9. อุตสาหกรรมก่อสร้าง
สามารถใช้เป็นวัสดุผสมคอนกรีต วัสดุปูพื้น เสริมความแข็งแรงท่อฝังดินในพื้นที่แอ่งน้ำ และใช้ทดแทนแผ่นตะกั่วในวัสดุป้องกันที่โรงงานนิวเคลียร์ โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ และห้องปฏิบัติการเอกซเรย์ ช่วยยืดอายุการใช้งานของพื้นผิวถนน
10. อุตสาหกรรมเซรามิก
ผงแบริต์ยังสามารถใช้เป็นวัสดุตัวเติมคุณภาพสูงในอุตสาหกรรมเซรามิกและอุตสาหกรรมอื่นๆ ได้อีกด้วย ปัจจุบันการใช้แบเรียมซัลเฟตในอุตสาหกรรมเซรามิกกำลังลดลง ขณะที่การใช้ผงวอลลาสโตไนต์กำลังเพิ่มขึ้น
การประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรมทั้ง 10 ที่กล่าวมาข้างต้นล้วนมีความสำคัญและจำเป็นต่อการดำรงชีวิตของประชาชน ซึ่งแสดงให้เห็นถึงบทบาทสำคัญและการประยุกต์ใช้แบเรียมซัลเฟต ซึ่งเป็นผงแร่อนินทรีย์ที่ไม่ใช่โลหะอย่างกว้างขวาง
ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมเซรามิก - แป้งฝุ่นดำ
โดยทั่วไปแล้ว ทัลค์สีดำประกอบด้วยทัลค์ ควอตซ์ แคลไซต์ เซพิโอไลต์ และคาร์บอนอินทรีย์ และมีสีตั้งแต่สีดำไปจนถึงสีดำอมเทา
ส่วนประกอบทางเคมีหลักของทัลค์สีดำ ได้แก่ แมกนีเซียมออกไซด์ ซิลิคอนออกไซด์ อะลูมิเนียมออกไซด์ เหล็กออกไซด์ ไทเทเนียมออกไซด์ โซเดียมออกไซด์ และโพแทสเซียมออกไซด์
การประยุกต์ใช้ทัลค์สีดำ
(1) วัตถุดิบสำหรับอุตสาหกรรมเซรามิก
ประสิทธิภาพในการแปรรูปของทัลค์สีดำนั้นไม่สามารถทดแทนวัสดุอื่นได้ พอร์ซเลนสีขาวและพอร์ซเลนกระดูกที่เผาด้วยทัลค์สีดำ เรียกอีกอย่างว่า ทัลค์พอร์ซเลน หรือ แมกนีเซียมพอร์ซเลน
(2) สารตัวเติมสำหรับผลิตภัณฑ์ยาง
ในฐานะที่เป็นสารตัวเติมสำหรับผลิตภัณฑ์ยาง ผงทัลค์สีดำมีการกระจายตัวที่ดีและมีคุณสมบัติเสริมแรงบางอย่าง
(3) สารตัวเติมสำหรับผลิตภัณฑ์พลาสติก
สารตัวเติมพลาสติกใช้ผลิตภัณฑ์ทัลค์สีดำสองประเภท ได้แก่ ผงทัลค์สีดำ และผงทัลค์เผา
(4) สารตัวเติมสำหรับสารเคลือบ
เนื่องจากทัลค์มีเนื้อสัมผัสที่นุ่ม มีคุณสมบัติการเสียดสีต่ำ แขวนลอยและกระจายตัวได้ดี จึงเริ่มมีการนำมาใช้ในงานเคลือบ
(5) อื่นๆ
นอกจากจะถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมข้างต้นแล้ว ทัลค์สีดำยังสามารถใช้เป็นสารตัวเติมและสารดูดซับในอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น วัตถุดิบกันน้ำ ปุ๋ย ยาฆ่าแมลง และสารเคมีละเอียด
การเผาและการฟอกขาวของทัลค์สีดำ
วัตถุประสงค์หลักของการแปรรูปทัลค์สีดำคือการปรับปรุงความขาว ความขาวตามธรรมชาติของทัลค์สีดำอยู่ที่ประมาณ 50% หรือต่ำกว่า ซึ่งจำกัดการใช้งานอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น เซรามิกส์และยาง ในฐานะสารตัวเติม ทัลค์ต้องมีความขาวสูง เพื่อขยายขอบเขตการใช้งาน จำเป็นต้องมีมาตรการที่เหมาะสมเพื่อปรับปรุงความขาว การเผาซึ่งจะช่วยเพิ่มความขาวและเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางกายภาพ จะช่วยเพิ่มมูลค่าเพิ่มของทัลค์สีดำ
ปัจจุบัน วิธีการหลักในการปรับปรุงความขาวของทัลค์สีดำคือการเผา วัตถุประสงค์หลักของการเผาคือการกำจัดคาร์บอนอินทรีย์ออกจากทัลค์ เพื่อให้ได้ความขาวที่ตรงตามข้อกำหนดทางอุตสาหกรรมและขยายขอบเขตการใช้งาน หลังจากการเผา ความขาวจะสูงถึง 95% ทำให้มีคุณสมบัติทนไฟ ทนความร้อน เป็นฉนวน ยึดเกาะ ดูดซับ และหล่อลื่นได้อย่างดีเยี่ยม เหมาะสำหรับการใช้งานในอุตสาหกรรมกระดาษ เซรามิก พลาสติก สี สารเคลือบ ยา เครื่องสำอาง การบินและอวกาศ เครื่องจักร อิเล็กทรอนิกส์ คอมพิวเตอร์ และงานตกแต่งสถาปัตยกรรม
กระบวนการเผาทัลค์ดำ
การเผาและการบดเป็นสองกระบวนการที่ใช้ในการแปรรูปทัลค์ดำให้มีความขาวสูงและละเอียดมาก มีสองกระบวนการหลักขึ้นอยู่กับลำดับขั้นตอน ได้แก่ การเผาตามด้วยการบดละเอียดมาก และการบดละเอียดมากตามด้วยการเผา
กระบวนการเผาก่อนบด
ข้อดีคือความเรียบง่ายและต้นทุนการผลิตต่ำ อย่างไรก็ตาม หลังจากการบดละเอียดพิเศษและการจำแนกประเภท ผลิตภัณฑ์ทัลค์ที่ได้จะมีความขาวประมาณ 85% ซึ่งต่ำกว่าระดับความขาวที่ต้องการ 95% หลังจากการเผา
กระบวนการบดก่อนการเผา
ข้อดีคือความขาวสม่ำเสมอที่ดีขึ้นหลังการเผา โดยมีความขาวมากกว่า 92% อย่างไรก็ตาม กระบวนการนี้มีแนวโน้มที่จะเกิดการจับตัวเป็นก้อนหรือรอยเปื้อนสีขาวอมแดง
การประยุกต์ใช้ซิลิกอนคาร์ไบด์
ซิลิคอนคาร์ไบด์มีคุณสมบัติสำคัญหลายประการ เช่น ความกว้างของแบนด์แก็ปสูง สนามไฟฟ้าเบรกเกอร์สูง ค่าการนำความร้อนสูง และอัตราดริฟท์อิเล็กตรอนอิ่มตัวสูง ซิลิคอนคาร์ไบด์สามารถตอบสนองความต้องการของอุปกรณ์ในการพัฒนาทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีสำหรับสถานการณ์ที่ซับซ้อน เช่น อุณหภูมิสูง กำลังไฟฟ้าสูง แรงดันไฟฟ้าสูง และความถี่สูง ซิลิคอนคาร์ไบด์ถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลัง รถยนต์พลังงานใหม่ ระบบกักเก็บพลังงาน การผลิตอัจฉริยะ เซลล์แสงอาทิตย์ ระบบขนส่งทางรถไฟ และสาขาอื่นๆ กล่าวได้ว่า "ทุกสิ่งสามารถเป็นซิลิคอนคาร์ไบด์ได้"
การประยุกต์ใช้ซิลิคอนคาร์ไบด์ในรถยนต์พลังงานใหม่
ในภาคยานยนต์พลังงานใหม่ การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีซิลิคอนคาร์ไบด์กำลังกลายเป็นกุญแจสำคัญในการพัฒนาสมรรถนะของรถยนต์ไฟฟ้าและรถยนต์ไฮบริด อุปกรณ์ซิลิคอนคาร์ไบด์ที่มีคุณสมบัติการนำความร้อนสูง ความแข็งแรงของสนามไฟฟ้าเบรกเกอร์สูง และคุณสมบัติเชิงกลที่ยอดเยี่ยม ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือของระบบขับเคลื่อนไฟฟ้า ระบบชาร์จ และระบบจัดการพลังงานได้อย่างมาก
การประยุกต์ใช้ซิลิคอนคาร์ไบด์ในการขับขี่อัจฉริยะและอินเทอร์เน็ตของยานพาหนะ
ท่ามกลางการพัฒนาอย่างรวดเร็วของการขับขี่อัจฉริยะและอินเทอร์เน็ตของยานพาหนะ เทคโนโลยีซิลิคอนคาร์ไบด์ซึ่งมีประสิทธิภาพเหนือกว่า กำลังค่อยๆ แทรกซึมเข้าสู่ส่วนสำคัญๆ เช่น ระบบเซ็นเซอร์ หน่วยประมวลผลข้อมูล และโมดูลการสื่อสาร ซึ่งช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือของระบบได้อย่างมีนัยสำคัญ
การประยุกต์ใช้ซิลิคอนคาร์ไบด์ในระบบไฟฟ้าโซลาร์เซลล์
ในระบบโซลาร์เซลล์ ส่วนประกอบหลัก เช่น อินเวอร์เตอร์ ตัวควบคุม MPPT และโมดูลแปลงพลังงานกักเก็บ ล้วนมีความต้องการที่หลากหลายสำหรับอุปกรณ์จ่ายพลังงาน ได้แก่ ประสิทธิภาพสูง ความต้านทานแรงดันไฟฟ้าสูง การทำงานในอุณหภูมิสูง และการย่อส่วน อุปกรณ์ซิลิคอนแบบดั้งเดิมมักมีประสิทธิภาพลดลงอย่างมากในสภาพแวดล้อมที่มีแรงดันไฟฟ้าสูงและอุณหภูมิสูง ทำให้ไม่สามารถตอบสนองความต้องการความหนาแน่นพลังงานที่เพิ่มขึ้นของโรงไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ได้
การประยุกต์ใช้ซิลิคอนคาร์ไบด์ในการสื่อสาร 5G
ในการใช้งานต่างๆ เช่น การสื่อสารไร้สายและระบบเรดาร์ อุปกรณ์ RF ทำหน้าที่เป็นแกนหลักของการส่งและประมวลผลสัญญาณ และประสิทธิภาพของอุปกรณ์เหล่านี้มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อเสถียรภาพของระบบ อุปกรณ์ RF ที่ใช้ซิลิคอนคาร์ไบด์แบบกึ่งฉนวน มีคุณสมบัติแบนด์แก๊ปกว้าง จึงมีข้อได้เปรียบหลายประการ เช่น การสูญเสียพลังงานต่ำ แบนด์วิดท์สูง และความหนาแน่นพลังงานสูง ทำให้เป็นปัจจัยสำคัญสำหรับระบบ 5G และระบบสื่อสารทางทหารยุคใหม่
การประยุกต์ใช้ซิลิคอนคาร์ไบด์ในระบบโครงข่ายไฟฟ้า
ซิลิคอนคาร์ไบด์สามารถเพิ่มประสิทธิภาพของระบบโครงข่ายไฟฟ้าได้อย่างมีนัยสำคัญ โดยการปรับปรุงประสิทธิภาพและความจุของการส่งและจ่ายพลังงาน ซิลิคอนคาร์ไบด์สามารถทำงานที่อุณหภูมิ แรงดันไฟฟ้า และความถี่ที่สูงขึ้น ทำให้ส่วนประกอบต่างๆ เช่น ตัวแปลงสัญญาณ สวิตช์เกียร์ และหม้อแปลงไฟฟ้า มีขนาดเล็กลงและมีประสิทธิภาพมากขึ้น ช่วยลดการสูญเสียพลังงานและปรับปรุงคุณภาพพลังงาน
การประยุกต์ใช้ซิลิคอนคาร์ไบด์ในอากาศยานระดับต่ำ
อากาศยานรุ่นใหม่ ซึ่งก็คือ eVTOL (เครื่องบินขึ้นและลงจอดในแนวดิ่งด้วยไฟฟ้า) ได้กลายเป็นจุดสนใจในเศรษฐกิจระดับต่ำทั่วโลก และคาดว่าจะกลายเป็นอุตสาหกรรมใหม่มูลค่าหลายล้านล้านดอลลาร์ อุปกรณ์ SiC MOSFET ด้วยประสิทธิภาพที่ก้าวกระโดดและนวัตกรรมน้ำหนักเบา กำลังขับเคลื่อน eVTOL จากขั้นทดลองไปสู่การใช้งานเชิงพาณิชย์ อุปกรณ์ SiC MOSFET ได้กลายเป็นส่วนประกอบหลักของระบบพลังงาน eVTOL และประสิทธิภาพที่เพิ่มขึ้นและต้นทุนที่ลดลงจะผลักดันให้อุตสาหกรรมนี้ถูกนำไปใช้งานในวงกว้าง
การประยุกต์ใช้ซิลิคอนคาร์ไบด์ในปัญญาประดิษฐ์ (AI)
ไฟฟ้ากำลังกลายเป็นปัญหาสำคัญล่าสุดที่คุกคามความก้าวหน้าของปัญญาประดิษฐ์ (AI) พลังการประมวลผลของ AI ที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วมาพร้อมกับการใช้พลังงานที่เพิ่มขึ้น ซึ่งส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อความต้องการพลังงานทางสังคมตามปกติ ยกตัวอย่างเช่น ศูนย์ข้อมูลในสหรัฐอเมริกา ภายในปี 2573 อาจใช้ไฟฟ้าได้ถึง 9% ของปริมาณการผลิตไฟฟ้าของประเทศ ซึ่งเทียบเท่ากับกำลังการผลิตไฟฟ้าของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ขนาดกลาง 40 แห่งต่อปี
ด้วยปริมาณการใช้ไฟฟ้าที่สูงมากเช่นนี้ การลดการใช้พลังงานลงแม้เพียง 0.1% ก็เป็นปัจจัยสำคัญ เพื่อช่วยแก้ไขปัญหาการขาดแคลนไฟฟ้าที่เร่งด่วนนี้ ระบบนิเวศอุตสาหกรรมทั่วโลกกำลังสำรวจทางเลือกที่เป็นไปได้ทั้งหมดอย่างจริงจัง ยกตัวอย่างเช่น ON Semiconductor ได้พัฒนา MOSFET ซิลิคอนเทรนช์พาวเวอร์และ SiC MOSFET รุ่นใหม่
การประยุกต์ใช้ซิลิคอนคาร์ไบด์ในอุตสาหกรรมหุ่นยนต์
หุ่นยนต์และยานยนต์พลังงานใหม่มีความคล้ายคลึงกันอย่างมากในด้านสถาปัตยกรรมทางเทคนิค ชิปยานยนต์สามารถนำไปใช้งานกับหุ่นยนต์ได้ แต่ต้องปรับให้เข้ากับความต้องการด้านประสิทธิภาพที่แตกต่างกัน ยกตัวอย่างเช่น นอกจากระบบยานยนต์แล้ว เซมิคอนดักเตอร์กำลังไฟฟ้ายังมีความสามารถทางเทคนิคที่สามารถนำไปประยุกต์ใช้กับตัวควบคุมมอเตอร์ไดรฟ์สำหรับข้อต่อหุ่นยนต์ได้อีกด้วย ความต้องการการควบคุมพลังงานที่มีประสิทธิภาพในตลาดหุ่นยนต์ที่กำลังเติบโตนี้กำลังเติบโตอย่างรวดเร็ว
อะลูมินา “ผู้กอบกู้” วัสดุแบตเตอรี่แคโทด
โครงสร้างพื้นฐานของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนประกอบด้วยขั้วบวก ขั้วลบ อิเล็กโทรไลต์ ตัวคั่น และเปลือกแบตเตอรี่ วัสดุขั้วบวกเป็นวัสดุหลักในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน ซึ่งกำหนดความหนาแน่นพลังงาน แพลตฟอร์มแรงดันไฟฟ้า อายุการใช้งาน และความปลอดภัยของแบตเตอรี่
ปัจจุบัน แม้ว่าลิเธียมโคบอลต์ออกไซด์ (LiCoO2), ลิเธียมแมงกานีสออกไซด์ (LiMn2O4), ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต (LiFePO4) และวัสดุเทอร์นารี (Li-Ni-Co-Mn-O) จะเป็นวัสดุขั้วบวกสี่ชนิดที่วางจำหน่ายในเชิงพาณิชย์สำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน แต่วัสดุเหล่านี้ยังมีข้อบกพร่องบางประการในด้านความปลอดภัย ประสิทธิภาพการใช้งาน การเก็บรักษาความจุ และด้านอื่นๆ เพื่อปรับปรุงเสถียรภาพของวัสดุขั้วบวก นักวิจัยใช้วิธีการดัดแปลงที่แตกต่างกัน เช่น การเจือปน การเคลือบผิว และสองวิธีที่เหมือนกัน
อะลูมินาช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพของขั้วบวกได้อย่างไร
การเคลือบอะลูมินาบนวัสดุขั้วบวกสามารถปรับปรุงเสถียรภาพของวงจร อายุการใช้งาน และเสถียรภาพทางความร้อนของวัสดุขั้วบวกได้อย่างมีประสิทธิภาพ ผลกระทบหลักของ Al2O3 ต่อวัสดุอิเล็กโทรดบวก ได้แก่
(1) สารกำจัดไฮโดรเจนฟลูออไรด์ (HF)
LiPF6 เป็นอิเล็กโทรไลต์ที่นิยมใช้ในอิเล็กโทรไลต์ ภายใต้แรงดันไฟฟ้าสูง ลิเธียมเฮกซะฟลูออโรฟอสเฟต (LiPF6) จะทำปฏิกิริยากับน้ำปริมาณเล็กน้อยเพื่อสร้าง HF
(2) เกราะป้องกันทางกายภาพ
การเคลือบชั้น Al2O3 บนพื้นผิวของวัสดุอิเล็กโทรดบวกสามารถแยกวัสดุอิเล็กโทรดบวกออกจากอิเล็กโทรไลต์ และยับยั้งการเกิดปฏิกิริยาข้างเคียงที่เป็นอันตรายระหว่างวัสดุอิเล็กโทรดบวกและอิเล็กโทรไลต์
(3) การปรับปรุงเสถียรภาพทางความร้อนของวัสดุอิเล็กโทรดบวก
เสถียรภาพทางความร้อนเป็นหนึ่งในปัจจัยสำคัญในการประเมินประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน ในระหว่างกระบวนการชาร์จและคายประจุของแบตเตอรี่ลิเธียม การปล่อยออกซิเจนในวัสดุอิเล็กโทรดบวกจะทำให้อิเล็กโทรไลต์เกิดปฏิกิริยาออกซิไดซ์ ส่งผลให้เสถียรภาพทางความร้อนลดลง
(4) การปรับปรุงอัตราการแพร่ของลิเธียมไอออน
แม้ว่าอะลูมิเนียมออกไซด์จะไม่ใช่ตัวนำอิเล็กตรอนและไอออนที่ดีนัก แต่มันสามารถทำปฏิกิริยากับลิเธียมตกค้างบนพื้นผิวของวัสดุอิเล็กโทรดบวกในระหว่างกระบวนการชาร์จและคายประจุ เพื่อสร้าง LiAlO2 ซึ่งเป็นตัวนำไอออนที่ดีและสามารถเพิ่มอัตราการแพร่ของลิเธียมไอออนได้ สาเหตุหลักมาจาก LiAlO2 ช่วยลดอุปสรรคด้านพลังงานการแพร่ของลิเธียมไอออน
(5) ปฏิกิริยากับ LiPF6 เพื่อสร้างสารเติมแต่งอิเล็กโทรไลต์ LiPO2F2
อะลูมิเนียมออกไซด์ที่เคลือบบนพื้นผิวของวัสดุอิเล็กโทรดบวกสามารถทำปฏิกิริยากับเกลือลิเธียม (LiPF6) ในอิเล็กโทรไลต์เพื่อสร้างลิเธียมไดฟลูออโรฟอสเฟต (LiPO2F2) ซึ่งเป็นสารเติมแต่งอิเล็กโทรไลต์ที่เสถียร ซึ่งสามารถปรับปรุงเสถียรภาพของวงจร ความปลอดภัย และประสิทธิภาพอัตราของวัสดุอิเล็กโทรดบวกได้อย่างมีนัยสำคัญ
(6) การยับยั้งปรากฏการณ์จาห์น-เทลเลอร์
ปรากฏการณ์จาห์น-เทลเลอร์เป็นสาเหตุหลักของการละลายของไอออนแมงกานีสในวัสดุอิเล็กโทรดบวก ซึ่งอาจทำให้โครงสร้างของวัสดุอิเล็กโทรดบวกพังทลายและขัดขวางการแพร่กระจายของไอออนลิเธียม ส่งผลให้ประสิทธิภาพทางเคมีไฟฟ้าของวัสดุอิเล็กโทรดบวกลดลง
ห้าเทคโนโลยีการเคลือบหลัก
วิธีการชุบ: เติมวัสดุอิเล็กโทรดบวกลงในสารละลายหรือสารละลายที่มีสารตั้งต้นอะลูมิเนียมเพื่อให้เกิดเป็นเนื้อเดียวกัน จากนั้นทำให้แห้งและเผาด้วยแคลไซน์เพื่อสร้างวัสดุอิเล็กโทรดบวกที่เคลือบด้วยอะลูมินา
วิธีการตกตะกอน: ผสมวัสดุอิเล็กโทรดบวกและสารละลาย เช่น อะลูมิเนียมไนเตรตหรืออะลูมิเนียมคลอไรด์ ให้ทั่ว ปรับค่า pH ของสารละลายที่ผสมเพื่อสร้างชั้นเคลือบบนพื้นผิวของวัสดุอิเล็กโทรดบวก และสุดท้ายสร้างวัสดุอิเล็กโทรดบวกที่เคลือบด้วยอะลูมินาโดยการกรอง ล้าง อบแห้ง และอบด้วยความร้อน
กระบวนการเคลือบแบบแห้ง: สามารถผสมอะลูมินาและวัสดุอิเล็กโทรดบวกเข้าด้วยกันโดยตรงเพื่อสร้างชั้นเคลือบหยาบบนพื้นผิวของวัสดุอิเล็กโทรดบวก แม้ว่าจะไม่สามารถเคลือบได้อย่างสม่ำเสมอบนพื้นผิวของวัสดุอิเล็กโทรดบวก แต่ก็ยังมีผลดีต่อการปรับปรุงประสิทธิภาพทางเคมีไฟฟ้าของวัสดุอิเล็กโทรดบวก
วิธีการสปัตเตอร์: วิธีการสปัตเตอร์ใช้ไอออน Ar+ พุ่งไปที่วัสดุเป้าหมาย (Al) เพื่อให้อะตอมของ Al ถูกสปัตเตอร์และสะสมบนพื้นผิวของวัสดุอิเล็กโทรดบวก
เทคโนโลยีการเคลือบชั้นอะตอม (ALD): การใช้ไตรเมทิลอะลูมิเนียมและวัสดุอื่นๆ เป็นแหล่งของอะลูมิเนียม อะลูมิเนียมออกไซด์จะถูกเคลือบบนพื้นผิวของวัสดุอิเล็กโทรดบวก สามารถควบคุมความหนาได้อย่างแม่นยำ และการเพิ่มความหนาของการเคลือบทำได้โดยการเพิ่มจำนวนรอบของ ALD
คุณภาพของชิ้นส่วนโลหะที่พิมพ์ 3 มิติขึ้นอยู่กับผง
ในฐานะวัตถุดิบ คุณภาพของผงโลหะเป็นตัวกำหนดคุณภาพของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายเป็นส่วนใหญ่ โดยทั่วไปแล้ว ความสะอาด สัณฐานวิทยา และการกระจายตัวของขนาดอนุภาคของผงโลหะเป็นปัจจัยสำคัญที่จำกัดประสิทธิภาพการขึ้นรูปของชิ้นส่วน
สัณฐานวิทยาของผงโลหะส่งผลโดยตรงต่อความหนาแน่นรวมและความลื่นไหล ซึ่งส่งผลต่อกระบวนการป้อนและกระจายผงโลหะ รวมถึงประสิทธิภาพขั้นสุดท้ายของชิ้นส่วน ในการผลิตผงโลหะแบบฟิวชันด้วยวัสดุผสม กลไกการกระจายตัวของผงโลหะจะกระจายอนุภาคผงโลหะอย่างสม่ำเสมอในพื้นที่ขึ้นรูป และคุณสมบัติการไหลที่ดีเป็นกุญแจสำคัญในการทำให้ผงโลหะมีรูปร่างแบนราบและสม่ำเสมอ ผงโลหะทรงกลมและเกือบทรงกลมมีคุณสมบัติการไหลที่ดี มีความหนาแน่นรวมสูง ความหนาแน่นสูง และโครงสร้างที่สม่ำเสมอ และเป็นผงโลหะวัตถุดิบที่นิยมใช้ในการผลิตผงโลหะแบบฟิวชันด้วยวัสดุผสม
อย่างไรก็ตาม หากมีผงกลวงและผงโลหะขนาดเล็กในผงโลหะทรงกลมและเกือบทรงกลม ประสิทธิภาพขั้นสุดท้ายของชิ้นส่วนจะลดลง ผงกลวงมีสัดส่วนสูงกว่าในผงที่มีขนาดอนุภาคใหญ่กว่า 70 ไมโครเมตร ซึ่งจะทำให้เกิดข้อบกพร่อง เช่น รูพรุนในชิ้นส่วนที่ขึ้นรูปแล้ว ซึ่งกำจัดได้ยาก ผงทรายจะลดความลื่นไหลของผงและขัดขวางการสะสมของผงอย่างสม่ำเสมอระหว่างการกระจายตัวของชั้นผงที่ต่อเนื่องกัน ทำให้เกิดข้อบกพร่องของชิ้นส่วน ดังนั้น ผงโลหะสำหรับการผลิตแบบเติมแต่งด้วยผงผสมแบบฟิวชั่น (Powder Bed Fusion) ควรลดสัดส่วนของผงกลวงและผงทรายในวัตถุดิบผงให้น้อยที่สุด
การกระจายขนาดอนุภาคของผงใช้เพื่อจำแนกองค์ประกอบและการเปลี่ยนแปลงของอนุภาคที่มีขนาดอนุภาคต่างกันในระบบอนุภาคผง และเป็นพารามิเตอร์สำคัญที่ใช้อธิบายลักษณะของอนุภาคผง
ขนาดอนุภาคของผงส่งผลโดยตรงต่อคุณภาพการกระจายตัวของผง ความเร็วในการขึ้นรูป ความแม่นยำในการขึ้นรูป และความสม่ำเสมอของกระบวนการผลิตแบบเติมแต่ง สำหรับกระบวนการที่แตกต่างกัน ขนาดอนุภาคของผงที่เลือกจะแตกต่างกัน โดยทั่วไปแล้ว เทคโนโลยีการหลอมแบบเลือกเฉพาะด้วยเลเซอร์ (SLM) จะคัดเลือกผงที่มีขนาดอนุภาค 15-45 ไมโครเมตร และเทคโนโลยีการหลอมแบบเลือกเฉพาะด้วยลำแสงอิเล็กตรอน (SEBM) จะคัดเลือกผงที่มีขนาดอนุภาค 45-106 ไมโครเมตร
จากมุมมองของอุณหพลศาสตร์และจลนพลศาสตร์ ยิ่งอนุภาคผงมีขนาดเล็กเท่าใด พื้นที่ผิวจำเพาะก็จะยิ่งมากขึ้น และแรงขับเคลื่อนการเผาผนึกก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น กล่าวคือ อนุภาคผงขนาดเล็กจะเอื้อต่อการขึ้นรูปชิ้นส่วน อย่างไรก็ตาม ผงที่มีอนุภาคละเอียดเกินไปจะทำให้ความลื่นไหลลดลง ความหนาแน่นหลวม และการนำไฟฟ้าของผงลดลง ความสามารถในการขึ้นรูปของผงจะลดลง และมีแนวโน้มที่จะเกิดการขึ้นรูปเป็นทรงกลมในระหว่างกระบวนการพิมพ์ ขนาดอนุภาคผงที่หยาบเกินไปจะลดกิจกรรมการเผาผนึกของผง ความสม่ำเสมอของการกระจายตัวของผง และความแม่นยำในการขึ้นรูป
ดังนั้น ผงหยาบและผงละเอียดจึงถูกจับคู่อย่างเหมาะสมตามข้อกำหนดด้านสมรรถนะของชิ้นงานขั้นสุดท้าย เพื่อปรับปรุงความหนาแน่นรวมและความลื่นไหลของผง ซึ่งเอื้อต่อการผลิตสารเติมแต่งแบบหลอมรวมผง นักวิจัยเชื่อว่าภายใต้ช่วงขนาดอนุภาคทั่วไปของกระบวนการผลิตสารเติมแต่งแบบหลอมรวมผงด้วยเลเซอร์ การใช้การกระจายขนาดอนุภาคที่กว้างขึ้นจะช่วยเพิ่มการเติมอนุภาคขนาดเล็กลงในช่องว่างระหว่างอนุภาคขนาดใหญ่ และปรับปรุงความหนาแน่นของผงในระหว่างกระบวนการวางผง
จากสถานะการวิจัยในปัจจุบันเกี่ยวกับอิทธิพลของการเปลี่ยนแปลงลักษณะของผงที่มีต่อคุณภาพการขึ้นรูป การเปลี่ยนแปลงขนาด สัณฐานวิทยา และสภาพพื้นผิวของผงส่งผลต่อการกระจายตัวของผงและคุณภาพการขึ้นรูปของผง ในแง่ของความหนาแน่นในการขึ้นรูป การกระจายตัวของขนาดอนุภาคที่เหมาะสม ความกลมที่สูงขึ้น และการลดแรงยึดเกาะระหว่างอนุภาค สามารถปรับปรุงความหนาแน่นแบบหลวมและคุณภาพการกระจายตัวของผง ลดจำนวนรูพรุนและข้อบกพร่องที่ไม่ถูกหลอมรวมในชิ้นงานขึ้นรูป และปรับปรุงความหนาแน่นในการขึ้นรูป
Modificación: haciendo que la nanoalúmina sea más perfecta
La nanoalúmina es un nuevo tipo de material inorgánico fino de alta funcionalidad. Desde la producción del polvo de nanoalúmina a mediados de la década de 1980, se ha profundizado en el conocimiento de este material de alta tecnología y se han descubierto muchas de sus características, como alta dureza, alta resistencia, resistencia al calor, resistencia a la corrosión y otras excelentes características. Por lo tanto, se utiliza ampliamente en la industria aeroespacial, la defensa nacional, la industria química, la microelectrónica y otros campos.
En la aplicación práctica de la nanoalúmina, la modificación del polvo siempre ha sido un trabajo muy importante.
¿Por qué se modifica?
En primer lugar, al ser un nanomaterial con múltiples características, la nanoalúmina es muy fácil de aglomerar debido a su tamaño de partícula extremadamente pequeño y su gran energía superficial. Si el fenómeno de aglomeración es particularmente grave, tendrá un gran impacto en las características de la nanoalúmina.
Además, la nanoalúmina puede utilizarse como biopelícula para la investigación médica de fármacos biológicos, pero la carga superficial del cristal, con carga superficial equilibrada, se distribuye de forma desigual debido a la presencia de defectos reticulares. La acumulación de defectos de carga superficial y áreas de carga espacial a nivel micrométrico genera un momento dipolar reticular. Cuando los materiales biológicos entran en contacto con la superficie de estos polvos, se produce un enriquecimiento, lo que provoca el bloqueo de los poros y la contaminación de la membrana.
Además, el aislamiento y la alta resistencia de la alúmina se utilizan como relleno en materiales como recubrimientos y caucho para mejorar la dureza, el aislamiento, la ductilidad y la resistencia al desgaste de los materiales. Sin embargo, la alúmina es una sustancia polar y presenta poca compatibilidad con materiales poliméricos apolares.
Por lo tanto, la modificación superficial de la alúmina ha atraído mucha atención.
La modificación superficial se refiere al tratamiento superficial de partículas sólidas mediante métodos físicos o químicos, es decir, al proceso de modificar deliberadamente las propiedades físicas y químicas y la morfología superficial de la partícula según las necesidades de la aplicación. Actualmente, existen dos métodos de modificación más prácticos. El primer método se denomina modificación orgánica superficial, ya que utiliza principalmente modificadores orgánicos. El segundo método es la modificación del recubrimiento inorgánico o modificación del recubrimiento superficial.
Modificación orgánica superficial
El objetivo de la modificación orgánica superficial de partículas de polvo ultrafino es hidrofobicizar su superficie mediante la unión de los grupos orgánicos correspondientes, mejorando así su rendimiento de dispersión y la compatibilidad interfacial en matrices orgánicas como resinas, cauchos y pinturas, optimizando así el proceso de procesamiento del producto y las propiedades mecánicas integrales de los materiales compuestos. Según su estructura química, los modificadores se dividen en ácidos grasos superiores o sus sales, ácidos grasos inferiores y agentes de acoplamiento.
(1) Modificación física del recubrimiento
La modificación física del recubrimiento o modificación del tratamiento de recubrimiento es un método que utiliza materia orgánica (siempre que se trate de un polímero, resina, surfactante, compuesto polimérico soluble en agua o aceite, jabón de ácido graso, etc.) para recubrir la superficie de las partículas y lograr el objetivo de la modificación. Se trata de un proceso para modificar simplemente la superficie de las partículas.
(2) Modificación química de la superficie
La modificación química de la superficie se logra mediante una reacción química o adsorción química entre el modificador de superficie y la superficie de la partícula. Es el método de modificación más utilizado en la producción.
(3) Modificación por injerto
La modificación por injerto es un proceso de modificación en el que se introducen olefinas monoméricas o poliolefinas en la superficie del polvo bajo ciertas condiciones de excitación externa. En ocasiones, es necesario excitar la olefina monomérica después de la introducción para polimerizarla.
Modificación del recubrimiento de la superficie
La modificación del recubrimiento de la superficie se refiere a la tecnología de modificación que consiste en recubrir uniformemente la superficie de partículas ultrafinas de polvo de alúmina con partículas sólidas más pequeñas o películas sólidas, modificando así la composición, estructura, apariencia y función original de la superficie.
Según el entorno y la forma de la reacción de recubrimiento, la naturaleza y el método del recubrimiento modificado entre partículas, los métodos de modificación del recubrimiento de la superficie se pueden dividir en método de precipitación química, método de recubrimiento por hidrólisis, método sol-gel, método de evaporación del disolvente, método mecanoquímico y método en fase gaseosa. Entre ellos, los tres primeros métodos son todos métodos de reacción en solución, es decir, la solución de sal soluble se precipita mediante agentes precipitantes e hidrólisis y luego se recubre sobre la superficie del polvo de partículas que se va a modificar.
การใช้แบเรียมซัลเฟตซึ่งเป็นสารตัวเติมคุณภาพเยี่ยมในการดัดแปลงไนลอนมีข้อดีอะไรบ้าง?
แบริอุมซัลเฟตหรือที่เรียกอีกอย่างว่าแบริต์เป็นสารประกอบอนินทรีย์ไม่มีสี ไม่มีกลิ่น ไม่มีพิษ มีสูตรเคมีคือ BaSO4 แบริอุมซัลเฟตเป็นสารประกอบที่มีความหนาแน่นสูง มีความขาวสูง มีความเสถียรทางเคมีดี ทนต่อกรดและด่างได้ดี ไม่ละลายน้ำและกรดส่วนใหญ่ ลักษณะเหล่านี้ทำให้แบริอุมซัลเฟตถูกใช้กันอย่างแพร่หลายในหลายสาขาอุตสาหกรรม โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสาขาการดัดแปลงพลาสติก โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการดัดแปลงไนลอน (PA) ซึ่งแบริอุมซัลเฟตแสดงให้เห็นถึงข้อได้เปรียบที่ไม่เหมือนใคร
ไนลอนเป็นวัสดุพอลิเมอร์ที่มีคุณสมบัติทางกลดีเยี่ยม ทนทานต่อการสึกหรอ ทนต่อกรดและด่าง และหล่อลื่นได้เอง ถูกใช้กันอย่างแพร่หลายในหลายสาขาอุตสาหกรรม อย่างไรก็ตาม ข้อเสียของไนลอน เช่น การดูดซับน้ำสูงและความเสถียรของมิติที่ไม่ดี ทำให้ขอบเขตการใช้งานจำกัด ดังนั้น การดัดแปลงไนลอนเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพจึงมีความสำคัญเป็นพิเศษ แบริอุมซัลเฟตเป็นสารตัวเติมที่เป็นกลาง มีบทบาทหลายประการในการดัดแปลงไนลอน เช่น การเสริมความแข็งแรง การทำให้เหนียวขึ้น และปรับปรุงความเงางาม
ผลการเสริมแรง
เนื่องจากเป็นสารตัวเติมอนินทรีย์ การเติมแบเรียมซัลเฟตสามารถปรับปรุงความแข็ง (โมดูลัส) และความแข็งของไนลอนได้อย่างมีนัยสำคัญ และเหมาะสำหรับชิ้นส่วนอุตสาหกรรมที่ต้องการโมดูลัสสูง (เช่น เฟืองและตลับลูกปืน) ผลการทดลองที่เกี่ยวข้องแสดงให้เห็นว่าเมื่อปริมาณแบเรียมซัลเฟตในนาโนเพิ่มขึ้น โมดูลัสการดัดและโมดูลัสแรงดึงของไนลอนก็จะดีขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เมื่อเศษส่วนมวลของแบเรียมซัลเฟตในนาโนมีค่าที่แน่นอน (เช่น 3%) คุณสมบัติทางกลของไนลอนจะถึงระดับสูงสุด ผลการเสริมแรงนี้ส่วนใหญ่เกิดจากความแข็งของแบเรียมซัลเฟตและการยึดเกาะที่ดีกับเมทริกซ์ไนลอน
เสถียรภาพของมิติ: ลดการหดตัวและการบิดตัวของไนลอนระหว่างการแปรรูปหรือการใช้งาน และปรับปรุงความแม่นยำของมิติ
อุณหภูมิการเสียรูปจากความร้อน (HDT): โดยจำกัดการเคลื่อนที่ของโซ่พอลิเมอร์ ปรับปรุงเสถียรภาพทางความร้อนของวัสดุ และขยายการใช้งานไนลอนในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง (เช่น ชิ้นส่วนเครื่องยนต์รถยนต์)
เอฟเฟกต์เสริมความแข็งแกร่ง
นอกจากเอฟเฟกต์เสริมความแข็งแกร่งแล้ว แบเรียมซัลเฟตยังสามารถทำให้ไนลอนแข็งแกร่งขึ้นได้อีกด้วย ปฏิสัมพันธ์ระหว่างอนุภาคนาโนแบเรียมซัลเฟตและเมทริกซ์ไนลอนจะสร้างชั้นทรานสิชั่นยืดหยุ่น ซึ่งสามารถส่งผ่านและคลายความเครียดบนอินเทอร์เฟซได้อย่างมีประสิทธิภาพ จึงดูดซับและกระจายพลังงานจากแรงกระแทกภายนอก และปรับปรุงความเหนียวของวัสดุ อย่างไรก็ตาม ควรสังเกตว่าเมื่อปริมาณแบเรียมซัลเฟตเพิ่มขึ้นในระดับหนึ่ง ประสิทธิภาพของวัสดุจะลดลงเนื่องจากการเกิดการเกาะกลุ่ม
ความเงาที่ดีขึ้น
แบเรียมซัลเฟตมีความสามารถในการสะท้อนแสงที่แข็งแกร่งในช่วงความยาวคลื่นอัลตราไวโอเลตและอินฟราเรด ซึ่งทำให้สามารถแสดงความสว่างสูงในสูตรสีพลาสติกได้ เมื่อเลือกแบเรียมซัลเฟตที่มีขนาดอนุภาคที่เหมาะสมเพื่อเติมในไนลอน ความเงาของพื้นผิวของผลิตภัณฑ์ที่ผ่านการแปรรูปก็จะดีขึ้นอย่างมาก นอกจากนี้ ดัชนีการหักเหของแบเรียมซัลเฟตยังใกล้เคียงกับของพอลิเมอร์ เช่น ไนลอน จึงสามารถรักษาความสว่างและเฉดสีของเม็ดสีได้
การใช้งานจริง
ในการใช้งานจริง แบเรียมซัลเฟตมักจะกระจายอย่างสม่ำเสมอในเมทริกซ์ไนลอนในรูปแบบนาโนเมตรโดยการผสมแบบหลอมละลาย วิธีนี้ใช้ประโยชน์จากเอฟเฟกต์ขนาด พื้นที่ผิวจำเพาะขนาดใหญ่ และแรงต่อส่วนต่อประสานที่แข็งแกร่งของนาโนแบเรียมซัลเฟต และผสมผสานความแข็งแกร่ง ความเสถียรของมิติ และความเสถียรทางความร้อนของแบเรียมซัลเฟตเข้ากับความเหนียว ความสามารถในการแปรรูป และคุณสมบัติทางไฟฟ้าของไนลอนได้อย่างลงตัว จึงทำให้ได้รับประสิทธิภาพโดยรวมที่ยอดเยี่ยม
แบเรียมซัลเฟตแสดงให้เห็นถึงการปรับปรุงที่สำคัญ ความเหนียว และความเงาในการปรับเปลี่ยนไนลอน ด้วยการควบคุมเนื้อหาและการกระจายขนาดอนุภาคของแบเรียมซัลเฟตอย่างสมเหตุสมผล ทำให้สามารถเพิ่มประสิทธิภาพคุณสมบัติเชิงกลของไนลอน ปรับปรุงความทนทานและความสวยงามของผลิตภัณฑ์ สร้างสมดุลระหว่างประสิทธิภาพและต้นทุน เพิ่มประสิทธิภาพการออกแบบสูตรสำหรับสถานการณ์เฉพาะ และขยายขอบเขตการใช้งานของไนลอน
เมื่อเตรียมซิลิคอนคาร์ไบด์ผลึกเดี่ยวคุณภาพสูง เราควรใส่ใจอะไรบ้าง?
วิธีการปัจจุบันในการเตรียมผลึกเดี่ยวซิลิกอนคาร์ไบด์ประกอบด้วย: การขนส่งไอทางกายภาพ (PVT), การเจริญเติบโตของสารละลายเมล็ดบน (TSSG) และการสะสมไอเคมีที่อุณหภูมิสูง (HT-CVD)
ในจำนวนนั้น วิธี PVT มีข้อดีคือมีอุปกรณ์ที่เรียบง่าย ควบคุมการทำงานได้ง่าย ราคาอุปกรณ์และต้นทุนการดำเนินงานต่ำ และได้กลายเป็นวิธีการหลักที่ใช้ในกระบวนการผลิตในอุตสาหกรรม
1. เทคโนโลยีการเจือปนผงซิลิกอนคาร์ไบด์
การเจือปนธาตุ Ce ในปริมาณที่เหมาะสมในผงซิลิกอนคาร์ไบด์สามารถบรรลุผลในการเจริญเติบโตที่เสถียรของผลึกเดี่ยว 4H-SiC การปฏิบัติได้พิสูจน์แล้วว่าการเจือปนธาตุ Ce ในผงสามารถเพิ่มอัตราการเจริญเติบโตของผลึกซิลิกอนคาร์ไบด์และทำให้ผลึกเติบโตเร็วขึ้น สามารถควบคุมการวางแนวของซิลิกอนคาร์ไบด์ ทำให้ทิศทางการเจริญเติบโตของผลึกเป็นแบบเดี่ยวและสม่ำเสมอมากขึ้น ยับยั้งการสร้างสิ่งเจือปนในผลึก ลดการสร้างข้อบกพร่อง และทำให้ได้ผลึกผลึกเดี่ยวและผลึกคุณภาพสูงได้ง่ายขึ้น สามารถยับยั้งการกัดกร่อนที่ด้านหลังของผลึกและเพิ่มอัตราการเกิดผลึกเดี่ยวของผลึก
2. เทคโนโลยีควบคุมการไล่ระดับอุณหภูมิตามแนวแกนและแนวรัศมี
การไล่ระดับอุณหภูมิตามแนวแกนส่งผลต่อรูปแบบการเติบโตของผลึกและประสิทธิภาพการเติบโตของผลึกเป็นหลัก การไล่ระดับอุณหภูมิที่น้อยเกินไปจะนำไปสู่การปรากฏของสิ่งเจือปนในระหว่างกระบวนการเติบโตของผลึก และยังส่งผลต่ออัตราการขนส่งของสารในเฟสก๊าซ ส่งผลให้อัตราการเติบโตของผลึกลดลง การไล่ระดับอุณหภูมิตามแนวแกนและแนวรัศมีที่เหมาะสมช่วยให้ผลึก SiC เติบโตอย่างรวดเร็วและรักษาเสถียรภาพของคุณภาพผลึก
3. เทคโนโลยีควบคุมการเคลื่อนตัวของระนาบฐาน (BPD)
เหตุผลหลักในการเกิดข้อบกพร่อง BPD คือแรงเฉือนในผลึกเกินกว่าแรงเฉือนวิกฤตของผลึก SiC ส่งผลให้ระบบสลิปทำงาน เนื่องจาก BPD ตั้งฉากกับทิศทางการเติบโตของผลึก จึงเกิดขึ้นส่วนใหญ่ในระหว่างกระบวนการเติบโตของผลึกและกระบวนการทำความเย็นผลึกในภายหลัง
4. เทคโนโลยีควบคุมการปรับอัตราส่วนส่วนประกอบในเฟสก๊าซ
ในกระบวนการเติบโตของผลึก การเพิ่มอัตราส่วนส่วนประกอบในเฟสก๊าซของคาร์บอน-ซิลิกอนในสภาพแวดล้อมการเติบโตเป็นมาตรการที่มีประสิทธิภาพในการบรรลุการเติบโตที่มั่นคงของผลึกเดี่ยว เนื่องจากอัตราส่วนคาร์บอน-ซิลิกอนสูงสามารถลดการรวมตัวของขั้นตอนขนาดใหญ่และรักษาการสืบทอดข้อมูลการเจริญเติบโตบนพื้นผิวของผลึกเมล็ดพืช จึงสามารถยับยั้งการสร้างโพลีมอร์ฟได้
5. เทคโนโลยีการควบคุมความเครียดต่ำ
ในระหว่างกระบวนการเจริญเติบโตของผลึก การมีความเครียดจะทำให้ระนาบผลึกภายในของผลึก SiC โค้งงอ ส่งผลให้คุณภาพของผลึกต่ำหรืออาจถึงขั้นผลึกแตก และความเครียดที่มากจะนำไปสู่การเคลื่อนตัวของระนาบฐานของเวเฟอร์เพิ่มขึ้น ข้อบกพร่องเหล่านี้จะเข้าสู่ชั้นเอพิแทกเซียลระหว่างกระบวนการเอพิแทกเซียลและส่งผลกระทบอย่างร้ายแรงต่อประสิทธิภาพของอุปกรณ์ในภายหลัง
เมื่อมองไปข้างหน้า เทคโนโลยีการเตรียมผลึกเดี่ยว SiC คุณภาพสูงจะพัฒนาไปในหลายทิศทาง:
ขนาดใหญ่
การเตรียมผลึกเดี่ยวซิลิกอนคาร์ไบด์ขนาดใหญ่สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพการผลิตและลดต้นทุนได้ ขณะเดียวกันก็ตอบสนองความต้องการของอุปกรณ์ที่มีกำลังสูง
คุณภาพสูง
ผลึกเดี่ยวซิลิกอนคาร์ไบด์คุณภาพสูงเป็นกุญแจสำคัญในการบรรลุอุปกรณ์ประสิทธิภาพสูง ในปัจจุบัน แม้ว่าคุณภาพของผลึกเดี่ยวซิลิกอนคาร์ไบด์จะได้รับการปรับปรุงอย่างมาก แต่ยังคงมีข้อบกพร่องบางประการ เช่น ไมโครไพพ์ การเคลื่อนตัว และสิ่งเจือปน ข้อบกพร่องเหล่านี้จะส่งผลต่อประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือของอุปกรณ์
ต้นทุนต่ำ
ต้นทุนการเตรียมผลึกเดี่ยวซิลิกอนคาร์ไบด์สูง ซึ่งจำกัดการใช้งานในบางสาขา ต้นทุนการเตรียมผลึกเดี่ยวซิลิกอนคาร์ไบด์สามารถลดลงได้โดยการปรับกระบวนการเติบโตให้เหมาะสม ปรับปรุงประสิทธิภาพการผลิต และลดต้นทุนวัตถุดิบ
อัจฉริยะ
ด้วยการพัฒนาเทคโนโลยี เช่น ปัญญาประดิษฐ์และข้อมูลขนาดใหญ่ เทคโนโลยีการเจริญเติบโตของผลึกซิลิกอนคาร์ไบด์จะค่อยๆ กลายเป็นอัจฉริยะ กระบวนการเติบโตสามารถตรวจสอบและควบคุมได้แบบเรียลไทม์ผ่านเซ็นเซอร์ ระบบควบคุมอัตโนมัติ และอุปกรณ์อื่นๆ เพื่อปรับปรุงเสถียรภาพและการควบคุมของกระบวนการเติบโต ในเวลาเดียวกัน การวิเคราะห์ข้อมูลขนาดใหญ่และเทคโนโลยีอื่นๆ สามารถใช้ในการวิเคราะห์และปรับข้อมูลการเจริญเติบโตให้เหมาะสม เพื่อปรับปรุงคุณภาพและประสิทธิภาพการผลิตของผลึก
เทคโนโลยีการเตรียมผลึกเดี่ยวซิลิกอนคาร์ไบด์คุณภาพสูงเป็นหนึ่งในจุดสำคัญในการวิจัยวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ในปัจจุบัน ด้วยความก้าวหน้าอย่างต่อเนื่องของวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี เทคโนโลยีการเจริญเติบโตของผลึกซิลิกอนคาร์ไบด์จะพัฒนาและปรับปรุงอย่างต่อเนื่อง โดยสร้างรากฐานที่แข็งแกร่งยิ่งขึ้นสำหรับการประยุกต์ใช้ซิลิกอนคาร์ไบด์ในอุณหภูมิสูง ความถี่สูง พลังงานสูง และสาขาอื่นๆ