铝碳化硅产品设计及应用
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氧化铝和碳化硅氧化铝和碳化硅是两种常见的无机化合物,它们在工业和科学领域中具有重要的应用价值。
本文将对氧化铝和碳化硅的性质、制备方法以及应用领域进行介绍。
一、氧化铝氧化铝,化学式为Al2O3,是一种白色固体粉末,具有高熔点、高硬度和良好的化学稳定性。
它是一种重要的无机材料,在工业上广泛应用于陶瓷、催化剂、研磨材料、电子材料等领域。
1. 性质:氧化铝具有高熔点(约2050℃)、高硬度和高耐磨性,是一种良好的绝缘体。
它的化学稳定性很好,能够抵抗酸碱侵蚀。
2. 制备方法:氧化铝的制备方法有多种,其中最常用的是氧化铝烧结法。
该方法是将铝粉烧结在高温下,使其氧化为氧化铝。
3. 应用领域:氧化铝在陶瓷制品中被广泛应用,如陶瓷砖、陶瓷器皿等。
此外,氧化铝还可以作为催化剂用于化学反应中,如催化剂用于制备合成气和氨等。
另外,氧化铝还可以作为研磨材料,用于金属的抛光和磨削。
在电子材料领域,氧化铝可以用作电解电容器的介质。
二、碳化硅碳化硅,化学式为SiC,是一种具有高熔点、高硬度和优良导热性的陶瓷材料。
它是一种重要的半导体材料,在电子器件、光电子器件和高温结构材料等领域有广泛应用。
1. 性质:碳化硅具有高熔点(约2700℃)、高硬度和优良的耐热性。
它的导热性能优异,是一种重要的散热材料。
2. 制备方法:碳化硅的制备方法主要有热解法、热化学气相沉积法和液相反应法等。
其中,热解法是最常用的制备碳化硅的方法,即将硅粉和石墨粉在高温下反应生成碳化硅。
3. 应用领域:碳化硅作为半导体材料,广泛应用于电子器件领域。
例如,碳化硅可以用于制造功率器件,如功率二极管和功率晶体管,具有高耐压和高温特性。
此外,碳化硅还可以制作光电子器件,如激光二极管和光电二极管等。
在高温结构材料领域,碳化硅可以用于制造耐火材料、高温炉具和陶瓷刀具等。
氧化铝和碳化硅是两种重要的无机化合物。
氧化铝具有高硬度、高熔点和良好的化学稳定性,广泛应用于陶瓷、催化剂和研磨材料等领域。
碳化硅碳化硅,又称为金钢砂或耐火砂,英文名Silicon Carbide,分子式SiC。
纯碳化硅是无色透明的晶体。
工业碳化硅因所含杂质的种类和含量不同,而呈浅黄、绿、蓝乃至黑色,透明度随其纯度不同而异。
碳化硅晶体结构分为六方或菱面体的α-SiC和立方体的β-SiC(称立方碳化硅)。
α-SiC由于其晶体结构中碳和硅原子的堆垛序列不同而构成许多不同变体,已发现70余种。
β-SiC于2100℃以上时转变为α-SiC。
绿色至蓝黑色。
介电常数7。
硬度9Mobs。
A-是半导体。
迁移率(300 K), cm2 / (VS),400电子和50空穴,谱带间隙eV,303(0 K)和2.996(300 K);有效质量0.60电子和1.00空穴,电导性,耐高温氧化性能。
相对密度3.16。
熔点2830℃。
导热系数(500℃)22. 5 , (1000℃)23.7 W / (m2K)。
热膨胀系数:线性至100℃:5.2×10-6/ ℃,不溶于水、醇;溶于熔融碱金属氢氧化物。
碳化硅是用石英砂、石油焦(或煤焦)、木屑(生产绿色碳化硅时需要加食盐)等原料在电阻炉内经高温冶炼而成。
目前我国工业生产的碳化硅分为黑色碳化硅和绿色碳化硅两种,均为六方晶体,比重为3.20~3.25,显微硬度为2840~3320kg/mm2。
碳化硅为晶体,硬度高,切削能力较强,化学性能力稳定,导热性能好。
黑碳化硅是以石英砂,石油焦和优质硅石为主要原料,通过电阻炉高温冶炼而成。
其硬度介于刚玉和金刚石之间,机械强度高于刚玉,性脆而锋利。
绿碳化硅是以石油焦和优质硅石为主要原料,添加食盐作为添加剂,通过电阻炉高温冶炼而成。
其硬度介于刚玉和金刚石之间,机械强度高于刚玉。
常用的碳化硅磨料有两种不同的晶体,一种是绿碳化硅,含SiC 97%以上,主要用于磨硬质含金工具。
另一种是黑碳化硅,有金属光泽,含SiC 95%以上,强度比绿碳化硅大,但硬度较低,主要用于磨铸铁和非金属材料。
铝碳化硅加工参数
铝碳化硅(AlSiC)是一种复合材料,由铝和碳化硅组成。
该
材料具有热导率高、热膨胀系数低以及良好的机械强度等特点,常用于高速散热器、电子封装和功率模块等领域。
铝碳化硅的加工参数如下:
1. 切割:使用锯片、磨片等工具进行切割。
在切割过程中,需要注意材料的硬度高,选用合适的切割速度和压力,以避免刀具磨损和材料破损。
2. 钻孔:使用钻头进行孔加工。
由于碳化硅的硬度较高,钻孔时需要使用工具与合适的冷却液,以避免工具过热和孔壁破裂。
3. 砂轮磨削:可以使用砂轮进行表面修整和尺寸加工。
在磨削过程中,需要注意防止过热和过度磨削,以保证加工质量。
4. 车削:铝碳化硅也可以通过车削来加工。
在车削过程中,需要控制切削深度和进给速度,以避免产生过多热量和破损。
需要注意的是,由于铝碳化硅具有较高的硬度和脆性,加工过程中应尽量避免过大的冲击力,以免导致材料开裂或损坏。
同时,建议采用适当的冷却液来降低加工温度,以提高材料的加工效果和加工表面质量。
碳化硅粉用途
碳化硅粉是一种重要的无机材料,具有许多优异的性能和广泛的应用。
本文将从以下几个方面介绍碳化硅粉的用途。
一、电子行业
碳化硅粉在电子行业中应用广泛。
它具有优异的导热性能和高温稳定性,可以作为半导体器件、集成电路等高温电子元器件中的散热材料。
此外,碳化硅粉还可以制备高效LED照明器件、太阳能电池等光电器件。
二、新能源领域
随着全球对环保和可持续发展的重视,新能源领域逐渐成为人们关注
的焦点。
碳化硅粉在新能源领域中也有广泛应用。
例如,在太阳能电
池制造中,碳化硅粉可以作为太阳能电池背反射层材料,提高太阳能
转换效率;在锂离子电池制造中,碳化硅粉可以作为负极材料,提高
锂离子电池的循环寿命和容量。
三、陶瓷工业
由于碳化硅粉具有优异的机械性能和高温稳定性,因此在陶瓷工业中
也有广泛应用。
碳化硅粉可以用于制备高强度、高硬度的陶瓷材料,
如陶瓷刀具、陶瓷轴承等。
四、金属加工
碳化硅粉还可以作为金属加工中的切削液添加剂。
由于碳化硅粉具有
优异的耐磨性和抗腐蚀性,可以有效地减少金属加工过程中的摩擦和
磨损,提高切削效率和加工质量。
五、防护材料
碳化硅粉还可以用于制备防弹材料。
由于碳化硅粉具有极高的硬度和
优异的抗冲击性能,可以有效地抵御弹道攻击,并保护人身安全。
综上所述,碳化硅粉具有广泛的应用前景,在电子行业、新能源领域、陶瓷工业、金属加工以及防护材料等领域都有着重要的应用价值。
随
着科技不断进步和市场需求不断增长,相信碳化硅粉的应用范围和市
场前景将会更加广阔。
论文题目:碳化硅铝复合材料的制备专业:材料科学与工程学生:段红伟签名:指导老师:王涛签名:摘要碳化硅颗粒增强铝基复合材料( SiCp / Al 复合材料) 具有高比强度和比刚度、耐磨、耐疲劳、低热膨胀系数、低密度、高微屈服强度、良好的尺寸稳定性和导热性、优异的力学性能和物理性能。
本文采用粉末冶金法制备SiCp复合材料。
使用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM),抗折强度试验,洛氏硬度实验以及密度,吸水率,气孔率实验等方法研究碳化硅铝复合材料的微观结构、性能特点和机理。
得到实验结果为SiCp复合材料组织均匀,致密,无杂质,气孔少等优良特点。
随着SiC复合材料质量分数的增加,SiCp的密度、抗折强度、硬度均相应增大,而气孔率、吸水率随之减小。
SiC质量分数一定的情况下,随着烧结温度的升高试样的性能也越来越好。
关键字:粉末冶金法碳化硅铝复合材料制备性能研究类型:实验型Subject: Preparation of Silicon Carbide Reinforced Aluminum CompositeSpeciality: Materials Science and EngineeringName:Duan hongwei Signature: Instructor: Wang Tao Signature:AbstractSilicon carbide particles reinforced aluminum matrix composites (SiCp / Al matrix composite) with high specific strength and stiffness, wear and fatigue resistance, low thermal expansion coefficient, low density and high micro-yield strength, good dimensional stability and thermal conductivity , excellent mechanical properties and physical properties.In this paper, Using method of powder metallurgy to preparation SiCp composite materials. Using X-ray diffraction (XRD),Scanning electron microscopy (SEM), bending strength and Rockwell hardness test and the density, water absorption, porosity of experimental methods research aluminum silicon carbide composite material microstructure, properties and mechanism. The experimental results obtained for the SiCp homogeneous, compact, no impurities, porosity and less good features. With the increase of SiC quality score, SiCp density, flexural strength and hardness, and all relevant porosity, bibulous rate is then decreased.SiC quality score certain situations, the sintering temperature elevatory sample properties and strengthened.Key words :Method of powder metallurgy; SiCp / Al matrixcomposite;Preparation; Performance;Thesis type:Experimental目录目录 (1)1文献综述 (1)1.1复合材料概述 (1)1.1.1 复合材料的定义 (1)1.1.2复合材料的分类 (1)1.1.3复合材料的性能 (2)1.1.4复合材料的成型方法 (3)1.1.5复合材料的应用 (3)1.1.6复合材料的发展和应用 (3)1.2金属基复合材料 (5)1.2.1 金属基复合材料的定义 (5)1.2.2 金属基复合材料分类 (5)1.3碳化硅铝复合材料 (7)1.3.1碳化硅铝复合材料引言 (7)1.3.2国外开发及应用研究现状 (7)1.3.3碳化硅铝复合材料的制备方法 (8)1.3.4国内开发与应用中存在的问题 (10)1.3.5碳化硅铝复合材料今后发展趋势 (11)1.4本文研究内容 (11)1.5工艺流程 (12)2 实验方法及内容 (13)2.1实验方法 (13)2.1.1实验方法介绍 (13)2.1.2原料计算称量及配置 (13)2.1.3冷压成型 (13)2.1.4低温排胶 (14)2.1.5高温烧结 (14)2.2实验原料 (14)2.3 实验设备 (15)2.4实验过程 (15)2.4.1试验配方 (15)2.4.2原料混合 (16)2.4.3冷压成型 (16)2.4.4高温烧结 (17)2.5试样测试 (18)3实验结果与分析 (19)3.1试样的微观形貌分析 (19)3.2试样XRD成分分析 (20)3.3 试样的抗折强度 (21)3.3.1温度对抗折强度的影响 (21)3.3.2 SiC 含量对抗折强度的影响 (21)3.4试样密度、吸水率、气孔率的测试 (22)3.4.1测试方法 (22)3.4.2温度对试样密度、吸水率、气孔率的影响 (23)3.4.3 SiC含量对试样密度、吸水率、气孔率的影响 (24)3.5试样洛氏硬度的测试 (27)3.5.1 烧结温度对洛氏硬度的影响 (27)3.5.2 SiC含量对试样洛氏硬度的影响 (28)3.6粘结剂、Mg粉以及真空热压烧结的作用 (28)3.6.1粘结剂的作用 (28)3.6.2 Mg粉的作用 (29)3.6.3热压烧结的作用 (29)4结论 (30)致谢 (31)参考文献 (32)1文献综述1.1复合材料概述1.1.1 复合材料的定义复合材料(Composite materials),是由两种或两种以上不同性质的材料,通过物理或化学的方法,在宏观上组成具有新性能的材料。
碳化硅用途
碳化硅(SiC),也被称为“金刚石”,是一种无机高熔点半导体材料,具有优异的电性能和物理性能。
碳化硅用途广泛,可以应用于航空航天、军工、汽车、医疗等行业。
1. 电子器件:碳化硅在微电子技术中有着重要的地位,可以用于制造太阳能电池、数字集成电路、光电子器件、半导体功率装置等;
2. 功率电子器件:由于碳化硅具有良好的热稳定性、耐热性和耐高压性,因此常用于制造晶闸管、可控硅、可控晶体管、IGBT等功率电子器件;
3. 电磁兼容:碳化硅具有良好的电磁兼容,可用于制作电磁屏蔽件,如电磁屏蔽壳、电磁屏蔽带和电磁屏蔽网;
4. 军工用途:可以用于制造导弹发射控制系统、火控系统和辐射护盾等军事用途;
5. 光学仪器:碳化硅可用于制造望远镜、显微镜、TEM/SEM和X射线等光学仪器;
6. 医疗用途:可用于制作医疗仪器,如医疗放射源、医疗影像设备、医疗手术仪器等;
7. 其他:碳化硅还可用于制作太阳能集热器、高温气体燃烧器等。
铝碳化硅砖生产工艺解释说明以及概述1. 引言1.1 概述铝碳化硅砖是一种具有良好耐火性能和高温稳定性的特种陶瓷材料,广泛应用于各个行业的高温设备中。
其生产工艺对于确保产品质量和性能至关重要。
1.2 文章结构本文将围绕铝碳化硅砖生产工艺展开论述,共分为四个部分。
首先,在引言部分概述了文章的主要内容以及铝碳化硅砖的重要性。
之后,在第二部分中详细解释说明了铝碳化硅砖生产工艺的流程和步骤,并探讨了原材料的选择和准备工作。
接着,在第三部分中,我们将对铝碳化硅砖生产工艺进行概述,包括市场需求分析、属性优势与应用领域以及成本效益分析。
最后,在结论部分总结文章主要发现,并展望了未来发展方向,并提出对该工艺的评价和建议。
1.3 目的本文旨在全面介绍铝碳化硅砖生产工艺,并对其进行解释说明和概述。
通过深入理解铝碳化硅砖的生产工艺,我们可以更好地认识这种特种陶瓷材料,并为相关行业提供参考和指导。
同时,通过对市场需求、属性优势和成本效益等方面的分析,可以为企业决策提供有益信息。
最后,通过总结论文主要发现和展望未来发展方向,我们可以推动铝碳化硅砖生产工艺的改进和创新。
2. 铝碳化硅砖生产工艺解释说明:2.1 工艺介绍:铝碳化硅砖是一种高性能陶瓷材料,常用于耐火材料、高温设备和石油化工等领域。
其生产工艺主要包括原材料选择与准备、工艺步骤及参数控制等方面。
这些步骤旨在确保最终产品的质量和性能。
2.2 原材料选择与准备:铝碳化硅砖的生产所需的主要原材料包括阳极树脂、沥青、气相硅化剂和气相碳化剂。
其中阳极树脂被用作基体组分,沥青是生成孔隙结构所必需的物质,气相硅化剂则用于提供二氧化硅基质,而气相碳化剂则用于形成碳相。
在生产过程中,首先需要将这些原材料进行筛选和计量,确保其配比准确以及没有外来杂质的存在。
此外,在混合过程中需要注意加入适量的活性物质和表面处理剂,以增强原料之间的黏结力和可塑性。
2.3 工艺步骤及参数控制:铝碳化硅砖的生产工艺涉及多个步骤,每个步骤都需要严格控制各项参数以保证产品质量的稳定性。
2023年新型铝基碳化硅复合材料行业市场需求分析随着现代工业的快速发展,新型材料的应用越来越广泛,而铝基碳化硅复合材料作为一种新型材料,在目前的市场中有着广泛的应用前景。
本文将从需求角度来分析新型铝基碳化硅复合材料的市场需求情况。
一、铝基碳化硅复合材料的品种和市场需求铝基碳化硅复合材料是一种高温、高强度、高硬度和高导热性能的新型复合材料,具有广泛的应用前景。
目前市场上主要有以下几种铝基碳化硅复合材料:1.铝基碳化硅陶瓷复合材料:这种复合材料的主要成分为氧化铝和碳化硅,具有优异的机械性能和耐磨性能,适用于高温、高压、高速和重负荷的工作环境。
2.纤维增强铝基碳化硅复合材料:这种复合材料的主要特点是具有高强度、高模量和耐高温性能,适用于高速、重载和高温环境。
3.微晶铝基碳化硅复合材料:这种复合材料的优点是具有高硬度、高耐磨性和高温稳定性能,适用于磨损、切割和高温热处理等领域。
4.纳米铝基碳化硅复合材料:这种复合材料的主要特点是具有高强度、高硬度和高耐腐蚀性能,适用于高温和腐蚀环境。
综合以上铝基碳化硅复合材料的特点,市场需求主要体现在以下几个方面:1.航空航天领域的应用需求:随着航空航天工业的不断发展,对于材料的要求也越来越高。
铝基碳化硅复合材料作为一种新型材料,具有优异的性能,可以用于制造航空发动机、汽车发动机和燃气轮机等高温、高压和重负荷的机械部件。
2.石油化工领域的应用需求:石油化工工业是国家经济发展的重要支柱产业之一,铝基碳化硅复合材料具有优异的耐高温、耐腐蚀和耐磨性能,可以应用在钻井设备、油泵和泵阀等重要部件中。
3.机械加工领域的应用需求:铝基碳化硅复合材料具有高强度、高硬度和高耐磨性能,可以用于机械加工领域的切削工具,例如刀片、钻头和磨盘等。
4.新能源领域的应用需求:新能源领域的发展是当前社会的热点之一,铝基碳化硅复合材料具有高导热性能和高硬度,可以应用于太阳能电池板散热器和LED散热器等新能源设备的散热部件。
2024年铝碳化硅材料市场规模分析引言铝碳化硅(Aluminum Silicon Carbide,简称AlSiC)是一种复合材料,由铝基体和碳化硅颗粒组成。
它具有优良的导热性能、低热膨胀系数和优异的机械强度,被广泛应用于电子、航空航天和汽车等领域。
本文将对铝碳化硅材料市场规模进行分析。
市场概述铝碳化硅材料市场是一个快速发展的市场。
随着电子设备、航空航天和汽车产业的不断发展,对高性能散热材料的需求不断增加,铝碳化硅作为一种理想的散热材料受到了广泛关注。
目前市场上的铝碳化硅材料主要分为粉末冶金法制备和浸渍法制备两种类型。
粉末冶金法制备的铝碳化硅材料具有较高的导热性能和机械强度,而浸渍法制备的铝碳化硅材料具有较好的成型性和加工性能。
市场驱动因素铝碳化硅材料市场的快速发展主要得益于以下几个因素。
1. 电子设备市场的增长随着智能手机、平板电脑和电子游戏等电子设备的普及,对于散热材料的需求也在增加。
铝碳化硅材料作为一种卓越的散热材料,能够有效降低电子设备的工作温度,提高其性能和寿命,因此得到了电子设备制造商的青睐。
2. 航空航天领域的应用扩大航空航天领域对于高性能材料的需求非常高,特别是在发动机和航空电子设备中的散热应用。
铝碳化硅材料具有优异的导热性能和抗冲击性能,能够满足航空航天领域对材料的高要求,因此在该领域得到了广泛应用。
3. 汽车工业的发展随着汽车工业的不断发展,对于高性能散热材料的需求也在增加。
铝碳化硅材料具有优良的导热性能和耐高温性能,能够有效降低汽车发动机的工作温度,提高燃烧效率和性能稳定性,因此在汽车工业中得到了广泛应用。
市场规模目前,全球铝碳化硅材料市场规模正在快速扩大。
根据市场研究报告,2019年全球铝碳化硅材料市场规模约为X亿美元,预计到2025年将达到XX亿美元,年复合增长率预计将超过X%。
区域市场全球铝碳化硅材料市场主要包括北美地区、欧洲、亚太地区和其他地区。
亚太地区在市场规模方面占据了主导地位,主要得益于中国、日本和印度等国家的快速发展。
2024年新型铝基碳化硅复合材料市场需求分析引言新型铝基碳化硅复合材料是一种具有优异性能的材料,其具有高强度、高硬度、耐高温、耐腐蚀等特点,被广泛应用于航空航天、汽车制造、电子电气等领域。
本文将分析新型铝基碳化硅复合材料市场的需求情况,并对其未来的发展进行展望。
市场规模及增长趋势据市场调研数据显示,新型铝基碳化硅复合材料市场在过去几年呈现出稳步增长的态势。
其市场规模从2016年的XX亿美元增长到2019年的XX亿美元,年均增长率超过XX%。
预计在未来几年,随着相关领域的领先企业对新材料的需求增加以及技术的不断提升,市场规模将进一步扩大。
应用领域分析航空航天新型铝基碳化硅复合材料在航空航天领域具有广泛的应用前景。
其高强度和轻质特性使其成为制造飞机结构部件的理想选择,例如飞机翼和尾翼。
此外,其高温稳定性也使其适用于航空发动机的相关部件。
随着航空航天业的快速发展,对于新型铝基碳化硅复合材料的需求也将继续增加。
汽车制造新型铝基碳化硅复合材料在汽车制造领域也有着广泛的应用前景。
其高硬度和耐磨损性使其成为汽车制动系统和传动系统的理想材料。
此外,其高温稳定性和优异的导热性能也使其适用于汽车发动机的相关部件。
随着汽车工业的发展,对于新型铝基碳化硅复合材料的市场需求有望进一步增长。
电子电气新型铝基碳化硅复合材料在电子电气领域也有着广泛的应用前景。
其高导热性和耐高温性使其成为电子元件散热和隔热的理想选择。
此外,其耐腐蚀性也使其适用于电子器件的保护层。
随着电子电气领域的快速发展,对于新型铝基碳化硅复合材料的需求也将持续增加。
市场竞争分析目前,新型铝基碳化硅复合材料市场存在着较多的竞争对手。
国内外的一些大型化工企业、材料制造商、以及科研机构都在积极研发和应用该材料。
竞争对手在产品质量、技术创新、价格竞争等方面展开竞争,加剧了市场的竞争激烈程度。
发展趋势展望在未来几年,新型铝基碳化硅复合材料市场有望继续保持快速增长的态势。
研磨用碳化硅用途碳化硅是一种广泛应用于研磨和抛光工艺中的材料。
它具有极高的硬度、耐磨性和化学稳定性,因此被广泛应用于各种研磨工艺中。
下面将详细介绍碳化硅在研磨和抛光过程中的主要用途。
1.研磨材料:碳化硅可以制备成各种不同形状的研磨颗粒,用于金属、陶瓷、塑料、玻璃等材料的研磨和抛光。
碳化硅颗粒的硬度非常高,可以有效地去除材料表面的凹凸不平和缺陷,使其表面变得光滑、均匀。
2.研磨工具:碳化硅也可以制备成研磨轮、研磨片、砂轮等工具,用于金属、陶瓷、玻璃等材料的快速磨削和抛光。
碳化硅研磨工具具有高效、精确和耐用的特点,可以大大提高加工效率和产品质量。
3.光学加工:碳化硅在光学加工领域也有重要的应用。
它可以制备成光学玻璃板、镜片等材料,用于光学仪器和设备的研磨和抛光。
碳化硅材料的高硬度和低热膨胀系数使得光学器件具有更好的稳定性和抗热性能,提高了光学系统的性能。
4.陶瓷加工:碳化硅也被广泛应用于陶瓷加工领域。
它可以作为陶瓷刀具的刀片材料,用于陶瓷的切割和研磨。
碳化硅刀具具有优异的切削性能和耐磨性,可以实现更高精度和更高效率的陶瓷加工。
5.硅晶圆加工:碳化硅还被应用于硅晶圆的加工过程中。
硅晶圆是半导体材料的主要基片,其表面的光滑度和平整度对器件性能有重要影响。
利用碳化硅的研磨性能可以对硅晶圆进行精确的研磨和抛光,使其表面变得光滑均匀,提高器件制造的可靠性。
6.金刚石合成:在工业化合成金刚石的过程中,碳化硅常作为金刚石原料的载体。
在高温高压条件下,碳化硅可以提供碳元素,促进金刚石晶体的形成。
这种工艺可以大规模合成高品质的金刚石,用于工具制造、磨料加工等领域。
总而言之,碳化硅在研磨和抛光领域具有广泛应用。
它可以作为研磨材料、研磨工具和磨料载体,用于各种材料的加工和表面处理。
碳化硅的高硬度、耐磨性和化学稳定性使得它成为一种理想的研磨材料,可以提高加工效率和产品质量,推动工业制造和科学研究的发展。
铝工业用大型薄壁无压烧结碳化硅管状制品的研究开发一、项目背景随着世界经济的快速发展和材料制备技术的持续进步,无压烧结SiC材料已经进入民用工业,在汽车、冶金、轻工、化工等行业应用呈现扩大趋势,对促进相关领域的技术进步、节能和环保的积极作用越来越明显。
高性能无压烧结SiC材料已列入工信部发布的《装备制造业技术进步和技术改造投资方向(2010年)》报告中,是我国经济建设需要的高技术产品。
国际上,铝、锌、镁等有色金属或合金熔体的加热更多的向能量可高效利用的内加热方式发展,长管状内加热管采用大型薄壁无压烧结SiC材料的理念受到重视,应用越来越普遍,国外部分铝业公司在铝加工业过程中已经大量采用这种材料,仅非州某一家铝业公司年需求长度2000mm,内径150-200mm,壁厚8-10mm,一端敞口、一端球形封闭的内加热管近2000支,产值近2000-3000万元人民币。
我国原铝产量居世界第一,铝加工业的技术进步受世界瞩目,少数铝加工企业引进国外的整套加热设备中已经使用了这种大型无压烧结SiC内加热管,该材料是国产化先进加热设备重要的关键部件,但目前国内尚不能生产该类产品,只能依赖进口,国内企业对这种高技术材料的需求较为迫切。
总之,这种大型薄壁无压烧结SiC管状制品的国内外市场前景极好。
本项目拟通过与中国科学院上海硅酸盐研究所合作研究开发,解决大型薄壁无压烧结SiC管状制品工业化制备的关键技术,掌握并稳定该材料的生产技术,实现批量生产。
项目实施成功后,研制的高性能产品将极大地丰富我院碳化硅产品种类,优化我院碳化硅产品结构,进一步提升我院在铝工业的服务水平。
二、国内外研究现状及我院研发基础国内外对无压烧结SiC陶瓷材料进行了大量的研究开发,已有大量的产品用于民用和军工工业。
世界500强之一的圣戈班(SAINT-GOBAIN)公司是当前先进SiC 陶瓷材料的最大供应商,产品在部分领域具有一定的垄断地位。
该公司通过兼并重组的方式,将美国、德国等先进SiC材料的老牌研发和生产单位纳入旗下,使之在该材料的制备技术和应用技术上具有明显优势。
碳化硅铝基复合材料
碳化硅铝基复合材料(SiC-Al composites)是一种新型的结构材料,它具有高强度、高模量、高热稳定性和低热膨胀系数等优良特性,因此在航空、航天、化工等领域中得到
了广泛的应用。
碳化硅铝基复合材料主要由碳化硅(SiC)粉末、铝(Al)粉末、以及其他添加剂如增塑剂、增强剂等组成。
这些材料经过混合,然后在高温下进行烧结或热压制成具有复合性
能的材料。
其中碳化硅作为主要的增强相,因其具有高硬度、高热稳定性、耐腐蚀性等优
良物理化学特性,可以增强材料的耐热性和强度;铝则作为基体相,具有良好的可加工性
和导热性,可以提高材料的可加工性和传热性能。
碳化硅铝基复合材料具有很多优良特性,如高强度、高刚度、高耐热性、低热膨胀系数、耐腐蚀性好等。
其中,其高强度和高刚度主要是由于其增强相碳化硅的独特物理化学
特性,而其耐热性和低热膨胀系数则是由于其铝基体的质地和热处理工艺所决定的。
近年来,随着碳化硅铝基复合材料技术的不断发展,其应用范围也在不断扩大。
例如,在航空航天领域中,碳化硅铝基复合材料可以用于制造先进的高温结构材料和推进器材料;在化工领域中,它可以被用于制造耐高温、耐腐蚀的管道和设备。
尽管碳化硅铝基复合材料具有很多优良特性,但同时也存在一些局限性。
例如,其制
造工艺较为复杂,以及成本较高等。
另外,在碳化硅铝基复合材料的制备过程中,如果控
制不好工艺参数,容易出现气孔等缺陷,进而影响其性能。
综上所述,碳化硅铝基复合材料是一种应用前景广阔的材料,具有很多优良特性。
今后,随着科学技术的不断发展,碳化硅铝基复合材料的制备和应用将会得到进一步的提高
和拓展。
铝碳化硅介绍及产品设计
西安创正新材料公司是一家集研发、生产和销售为一体的高科技企业。
主要致力于第三代电子封装材料——铝碳化硅的研发、生产与销售,根据用户需求,开发了多种AlSiC产品,为微波器件、大功率器件、微电子器件等制造商提供专业的热管理材料及技术方案。
公司产品广泛应用于轨道交通、新能源汽车、航空航天、军事等领域,是新一代大功率电子器件最佳选择。
公司将持续加强与用户的交流与合作,不断满足国内外用户的市场需求,力争以先进的工艺技术、严格的质量管控、一流的性能水平、最高的性价比优势服务用户、持续为客户创造价值。
铝碳化硅介绍
铝碳化硅 AlSiC (Al/SiC, SiC/Al) 是一种颗粒增强铝基复合材料,采用铝合金作为基体,SiC作为增强体,充分结合了陶瓷和金属铝的不同优势,实现了封装了轻便化、高密度化等要求。
AlSiC密度在2.95~3.1g/cm³之间,热膨胀系数(CTE)6.5~9ppm/℃,具有可调的体积分数,提高碳化硅体积分数可以使材料的热膨胀系数显著降低。
同时,铝碳化硅还具有高的热导率和比刚度,表面能够镀镍、金、银、铜,具有良好的镀覆性能。
铝碳化硅复合材料的比刚度是所有电子材料中最高的:是铝的3倍,W-Cu 和Kovar 的5倍,铜的25倍,另外铝碳化硅的抗震性好,因此是恶劣环境(震动较大,如航天、汽车等领域)下的首选材料。
铝碳化硅复合材料已成为航空航
天、国防、功率模块和其他电子元器件所需求的新型封装材料。
用于航空航天微波、功率放大模块等电子器件及模块的封装壳体或底座。
与其他材料性能对比:
材料成分密度
(g/cm3) 热膨胀系数
(10-6/K)
热导率
(W/mK)
AlSiC Al+(50%-70%)SiC 3.05 6-9 180-240 CuW W+(10%-20%)Cu 15.6-17.0 6.5-8.3 180-200 CuMo Mo+(15%-20%)Cu 10.00 7.0-8.0 160-170 AlSi 50%Al+50Si 2.55 11.4 126 Kovar Fe+Ni 8.10 5.9 17
Cu 8.96 17.8 398
Al 2.70 23.6 238
Si 2.30 4.2 151 GaAs 5.23 6.5 54
Al2O3 3.60 6.7 17
BeO 2.90 7.6 250
AlN 98%purity 3.30 4.5 160-200
铝碳化硅产品设计
◆板类产品
用 AlSiC 制成各种板类的产品,用于各类电路的热沉、基板、封盖、过渡片等,可替代目前在使用的氧化铍、氮化铝、钼片、钨铜合金及其它金属材料。
板类产品,可分为裸材和表面覆铝。
◇产品成型尺寸
◇产品加工精度
一般要求可以做到平面度 0.01mm/cm、尺寸精度±0.1mm的要求;
关键尺寸精度可以做在0.05mm以内。
◇产品表面处理
表面可按设计覆盖各种镀层,如:镍、金、银等;
◆管壳类产品
用 AlSiC 制造的各类封装管壳产品,用于各种电路的外壳、底座、管件等,可替代目前在使用的可伐合金、铝、钼及其它金属材料外壳。
管壳类产品,可分为裸材和表面覆铝。
◇产品成型尺寸
高。
最大尺寸可以是裸材或表面覆铝,也可在裸材或表面铝上加工各种形状;最小尺寸一般为裸材,而最小尺寸表面覆铝的成本也会很高。
型腔内可以做各种形状凸台、凹槽或通道等;内R角最小可以做到1.5,外R角大小可以任意;清角可以做到0.3~1.0之间,对有特殊要求的,可以做到清角为0,但成本相应会增加。
管壳类产品满足GJB548B-2005 1014.2 微电子器件试验方法和程序的密封要求。
◇产品加工精度
管壳加工采用立方氮化硼、金刚石刀具、电火花等加工,关键尺寸精度和表面粗糙度一般可满足0.05mm和1.6μm的要求,也可按更高精度要求进行加工。
◇产品表面处理
表面可按设计覆盖各种镀层,如:镍、金、银等;
◆结构类产品
用 AlSiC 制成各种结构类的产品,铝碳化硅重量轻、强度高结构件的主要应用领域在赛车引擎推杆、机器人引擎推杆、机器人手臂、直升机配件、航天、航空用陀螺、对要求有比刚度高的零件等。
管壳类产品,可分为裸材和表面覆铝。
可在某些部位镶嵌其他材料(钛合金、不锈钢、可伐合金等或其他难熔的非金属)。
结构件表面可以覆铝的产品,最薄处厚度不小于2mm;裸材产品最薄处厚度可以做到0.5mm,但对应的宽度或长度不超过15mm;
裸材或表面覆铝结构件,可以加个各种形状;内R角最小可以做到1.5mm,外R角的大小可以任意;清角可以做到0.3~1.0mm之间,对有特殊要求的,可以做到清角为0,但成本相应会增加。
◇产品加工精度
一般要求可以做到平面度0.01mm/cm、尺寸精度±0.1mm的要求;关键尺寸精度可以做在0.05以内;
◇产品表面处理
应用领域:
功率模块
铝碳化硅底板封装的IGBT产品广泛应用于高铁、地铁、新能源汽车、风力发电等领域,用来替代铜、铝底板,能大大提高功率器件的可靠性。
◆热膨胀
◇热膨胀系数与半导体芯片和陶瓷基片有良好的匹配性
◇高的热循环(相比铜的热循环,其上万次热循环,模块仍然工作良好)
◆高热导率
◇最低180W/mK @25℃
◆密度小质量轻
◇只有铜的1/3
◇最低2.95g/cm³
◆刚度大、强度高
◆表面设计成一平面和一拱面
◇平面上进行芯片的焊接,拱面与散热器连接◆标准尺寸或自由设计尺寸
◆低成本有槽、孔的铸造方案
◆pin铸造成型
◇多齿设计
◇圆锥形、菱形、椭圆形等形状设计
◆表面处理
◇表面可镀哑光镍、光亮镍等
◇镀后可做阻焊层
微波管壳
铝碳化硅作为气密管壳封装,具有良好的导热性,能大幅减轻封装重量,同时成本有所降低。
在功率电子、电力电子、功率微波、光电转换、通信基站信号放大器、混合电路等领域相对于传统金属、陶瓷等封装材料都拥有无可比拟的性能优势。
◆具有良好的气密性,满足军工封装需求
◆具有良好的散热性和尺寸稳定性
◆微波模块能够良好的在振动环境下工作
◆表面处理
◇表面镀金、银等
热沉、基板
铝碳化硅用于电子芯片(专用集成电路)以及电源模块的散热片,微处理器盖板及散热器;电脑芯片(CPU)和服务器芯片(MPU)的盖板或底层散热片。
◆外形结构简单,却有超强的散热能力
◆具有与不同基体相匹配的热膨胀系数及高的热导率
◆优良的高温稳定性及均一性
◆表面处理
◇表面镀镍、金、银等
结构件
铝碳化硅在抗热形变结构件、耐磨结构件、轻量化航空、航天结构件,在机器人领域等也已经得到应用。
例:导波管承载支架,链齿轮
◆铝碳化硅质轻、坚硬、抗压强度高、耐磨、
抗冲击、热形变小
◆复杂的结构件可以净成型或近净成型
◆可在某些部位镶嵌其他材料(钛合金、不锈钢、可伐合金
等或其他难容的非金属)
◆表面气相沉积后可进行镜面处理
◆表面处理
◇表面镀镍、金、银等。