二硅化钼材料的研究现状及应用前景
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晶圆级二硫化钼单晶薄膜的可控制备和应用研究摘要:石墨烯的发现和应用引起了对其他二维材料的关注和研究。
二硫化钼(MoS2)作为一种典型的二维半导体材料,具有许多独特的物理和化学性质,已成为研究和应用的热点之一。
晶圆级MoS2单晶薄膜的可控制备及应用研究成为当前二硫化钼研究的主要方向之一。
本文综述了晶圆级MoS2单晶薄膜的制备方法,包括物理气相沉积、化学气相沉积、等离子体增强化学气相沉积、溶液法等。
对其结构、性质、应用方面的研究进展进行了概述,并探究了其在电子器件、传感器、能源等领域的应用前景。
关键词:晶圆级,二硫化钼,单晶薄膜,制备方法,应用研究。
1、引言石墨烯的发现和应用引起了对其他二维材料的关注和研究。
二硫化钼(MoS2)作为一种典型的二维半导体材料,具有许多独特的物理和化学性质,如优异的光电性能、磁性、储氢性能等,已成为研究和应用的热点之一。
在实际应用中,MoS2单晶薄膜的制备以及其性能对器件的性能和稳定性等方面具有重要意义。
因此,晶圆级MoS2单晶薄膜的可控制备及应用研究成为当前二硫化钼研究的主要方向之一。
2、晶圆级MoS2单晶薄膜制备方法2.1 物理气相沉积(PVD)PVD是一种通过升华和沉积的方式,将材料从固体直接转化为薄膜的方法。
PVD通常需要高真空条件,通过热蒸发方式,将源材料加热升华,沉积在衬底表面形成薄膜。
PVD方法是制备高质量MoS2单晶薄膜的常用方法之一。
2.2 化学气相沉积(CVD)CVD是一种将气态前驱体转变为薄膜的方法。
在CVD过程中,气态前驱体被输送到纯净的衬底表面,在高温下分解成薄膜。
与PVD相比,CVD 方法可以控制薄膜的形貌和晶格结构,从而获得高质量的MoS2单晶薄膜。
2.3 等离子体增强化学气相沉积(PECVD)PECVD结合了PVD和CVD的优点,是一种通过等离子体反应催化将前驱体沉积到衬底上形成薄膜的方法。
PECVD方法相对于CVD方法具有更好的控制性和形貌控制性。
纳米二硫化钼(MoS2)在润滑材料中的研究进展纳米二硫化钼(MoS2)在润滑材料中的研究进展摘要:本文介绍了MoS2的润滑性状、纳米MoS2的性能。
对纳米MoS2在轧制液、机械油、铜合金拉拔润滑脂和空间润滑材料中的摩擦学应用与研究现状进行了综述,并对比了微米级与纳米级MoS2在使用中的效果。
对未来纳米MoS2在润滑材料中的应用与研究进行了展望。
关键词:纳米MoS2;润滑材料;摩擦The research progress of molybdenum disulfidenanoparticles(MoS2) in lubrication materialsAbstract: This paper describes the lubricating properties of MoS2and the performance of nano-MoS2. Nano-MoS2on the rolling fluid, mechanical oil, copper alloy drawing grease and space lubrication materials’ tribology applications and research status are reviewed. The micron and nano-level effect of MoS2 in use is compared. Nano-MoS2 lubricating materials application and research in the future are discussed.Key words: nano-MoS2; lubrication materials; friction0 引言二硫化钼(MoS2)用作固体润滑剂已有50多年的历史,是应用最广泛的固体润滑剂。
在相同条件下,含MoS2的粘结固体润滑膜在真空中的摩擦系数约为大气中的1/3,而耐磨寿命比在大气中高几倍甚至几十倍。
二硫化钼及其复合材料的制备与应用二硫化钼(MoS2)是一种常见的二维材料,具有广泛的应用前景。
制备和应用技术的研究对于开发其潜在的应用具有重要意义。
本文将讨论关于二硫化钼及其复合材料制备和应用的相关内容。
谈到了二硫化钼的制备方法。
传统的制备方法主要包括化学气相沉积(CVD)、气体相硫化法、机械合成法、水热法等。
CVD是一种常用的方法,通过在高温下将金属硫化物分子在基底上分解沉积,形成二硫化钼薄膜。
机械合成法则是将金属硫化物与硫反应,通过机械装置将其研磨并制成纳米颗粒。
水热法则是利用水热反应条件,在高温高压下将硫与金属离子(如钼离子)反应生成纳米级的二硫化钼颗粒。
介绍了二硫化钼复合材料的制备方法。
二硫化钼复合材料的制备通常涉及将二硫化钼与其他材料进行复合。
常见的复合材料包括二硫化钼/石墨烯复合材料、二硫化钼/多壁碳纳米管复合材料等。
这些复合材料的制备方法一般包括物理混合法、化学沉积法、电化学沉积法等。
制备二硫化钼/石墨烯复合材料时,可以通过机械混合法将二硫化钼颗粒与石墨烯颗粒混合,然后用化学还原法将其还原成复合材料。
然后,探讨了二硫化钼及其复合材料的应用。
由于其独特的物理和化学性质,二硫化钼及其复合材料在电子器件、光电器件、催化剂、传感器、润滑剂等领域具有广泛的应用。
二硫化钼薄膜可以作为电子器件中的场效应晶体管(FET)的通道材料,用于制备高性能的电子器件。
二硫化钼/石墨烯复合材料可以用于制备高性能的电池电极材料,提高电池的能量存储性能。
二硫化钼复合材料还可以用作催化剂,在化学反应中起到催化作用。
二硫化钼及其复合材料的制备与应用二硫化钼是一种重要的功能材料,具有优良的导电性、光学性能和力学性能,因此在许多领域都有着广泛的应用。
二硫化钼的复合材料也具有很高的研究价值和应用前景。
本文将重点介绍二硫化钼及其复合材料的制备方法和应用领域。
一、二硫化钼的制备方法1. 化学气相沉积法化学气相沉积法是一种常用的制备二硫化钼的方法。
通常是将硫化钼挥发体输送到基底表面,经化学反应形成二硫化钼的薄膜或纳米颗粒。
这种方法制备的二硫化钼薄膜具有良好的结晶性和均匀的厚度。
2. 水热法水热法是通过在高温高压水溶液中使金属阳离子和硫阴离子发生反应来制备二硫化钼纳米颗粒的方法。
该方法简单易行,且能够控制产物的形貌和大小。
3. 溶剂热法溶剂热法是将金属硫化合物与有机溶剂在一定温度下进行反应,生成二硫化钼的方法。
这种方法制备的二硫化钼颗粒具有较高的比表面积和较好的分散性。
1. 二硫化钼/聚合物复合材料将二硫化钼纳米颗粒与聚合物进行混合,再经过热压或溶液法等方法制备成复合材料。
这种复合材料不仅具有二硫化钼的良好导电性能,还具有聚合物的韧性和可塑性。
2. 二硫化钼/碳复合材料将二硫化钼与碳材料(如碳纳米管、石墨烯等)进行复合,形成具有优良导电性和光学性能的复合材料。
这种复合材料在光伏器件和储能设备等领域有着广泛的应用前景。
1. 光电器件二硫化钼具有优良的光学性能和导电性能,因此在光伏器件、光电传感器和光催化等领域有着广泛的应用。
二硫化钼复合材料由于具有更高的性能表现,因此在这些领域的应用前景更为广阔。
3. 功能涂料二硫化钼复合材料可以制备成具有防腐蚀、抗磨损和导电性能的功能涂料,因此在航空航天、汽车制造和海洋工程等领域有着广泛的应用。
4. 生物医疗二硫化钼及其复合材料在生物医疗领域也具有重要应用价值,可以用于生物传感器、药物传输和生物成像等领域。
二硫化钼在光动力疗法和光热疗法中的应用目录一、内容概述...............................................21.1 光动力疗法与光热疗法概述...............................21.2 二硫化钼的特性及其在光疗法中的应用潜力.................3二、二硫化钼的光学特性.....................................42.1 光吸收特性.............................................5 2.2 光热转换特性...........................................72.3 光催化活性.............................................8三、二硫化钼在光动力疗法中的应用...........................93.1 二硫化钼作为光敏剂的性能..............................10 3.2 光动力疗法中二硫化钼的应用实例........................113.3 二硫化钼在肿瘤治疗中的应用效果........................13四、二硫化钼在光热疗法中的应用............................144.1 二硫化钼作为光热转换材料的应用........................15 4.2 光热疗法中二硫化钼的制备方法..........................164.3 二硫化钼在癌症治疗中的应用实例........................18五、二硫化钼在光动力疗法与光热疗法中的协同作用............195.1 双模态治疗机制的探讨..................................20 5.2 二硫化钼的协同作用研究................................225.3 临床应用前景..........................................23六、二硫化钼的毒性与安全性................................246.1 二硫化钼的毒理学研究..................................256.2 二硫化钼在生物体内的安全性评价........................27七、二硫化钼的制备与改性..................................287.1 二硫化钼的制备方法....................................307.2 二硫化钼的表面改性策略................................317.3 改性二硫化钼的性能提升................................32八、研究展望与挑战........................................348.1 二硫化钼在光动力疗法和光热疗法中的进一步研究..........358.2 未来研究方向与挑战....................................368.3 二硫化钼的产业化应用前景..............................37一、内容概述本文旨在探讨二硫化钼(MoS2)在光动力疗法(Photodynamic Therapy, PDT)和光热疗法(Photothermal Therapy, PTT)中的研究进展与应用前景。
二硫化钼涂料研究报告范文二硫化钼涂料研究报告范文摘要:本研究通过实验方法探究了二硫化钼涂料在材料表面的应用性能,并对其相关参数进行了分析和评估。
研究结果表明,二硫化钼涂料能够显著提高材料的耐磨、耐腐蚀、导电性能,具有很大的应用潜力。
引言:二硫化钼涂料作为一种新型的功能性材料,在材料表面的应用领域受到了广泛的关注。
二硫化钼涂料具有独特的物理化学性质,可在材料表面形成一层坚硬、光滑、耐磨损的保护膜,提高材料表面的耐磨性和耐腐蚀性。
此外,二硫化钼涂料还具有优异的导电性能,可以用于电子器件的表面保护和导电层的制备等领域。
本研究旨在通过实验方法,深入探究二硫化钼涂料在材料表面的应用性能和影响因素,为其进一步的研究和应用提供参考。
材料与方法:本实验选取了不同种类的材料,如金属、合金、陶瓷等作为基底材料,分别在实验室条件下制备并涂覆二硫化钼涂料。
制备涂层时,按照一定的比例将二硫化钼粉末与有机溶剂进行悬浮并均匀喷涂在基底材料表面,待干燥后,进行热处理以完全固化涂层。
实验结果与讨论:1. 表面形貌与涂层厚度通过扫描电子显微镜观察了不同涂层的表面形貌,并测量了涂层的厚度。
结果发现,二硫化钼涂料在基底材料表面形成了均匀而光滑的涂层,且涂层厚度与涂覆次数呈正相关。
2. 耐磨性能通过模拟磨损实验,比较了不同涂层和未涂层材料在磨损过程中的性能。
结果显示,经过二硫化钼涂层处理的材料表面磨损程度显著低于未涂层材料,具有更好的耐磨性能。
3. 耐腐蚀性能通过浸泡实验,研究了不同涂层在腐蚀介质中的稳定性。
结果显示,经过二硫化钼涂层处理的材料在酸碱腐蚀介质中具有更好的稳定性,且表面未出现明显的腐蚀现象。
4. 导电性能利用电导率测试仪,测量了不同涂层的导电性能。
结果表明,经过二硫化钼涂层处理的材料表面导电性明显提高,可用于电子器件的表面保护和导电层制备等相关领域。
结论:通过对二硫化钼涂料在材料表面的应用性能进行实验研究,本研究发现二硫化钼涂料能够显著提高材料的耐磨、耐腐蚀、导电性能。
二硫化钼的结构与应用二硫化钼(MoS2)是一种具有层状结构的化合物,由一层钼原子和两层硫原子构成,其结构类似于石墨。
每一层钼原子形成一个六角晶格,而硫原子则填补在晶格空隙中形成六角形的结构。
多层的二硫化钼叠加在一起形成一种多层结构,称为缕金属硫化钼(layered metal dichalcogenides)。
二硫化钼在物理、化学和材料科学领域具有广泛的应用。
以下是几个主要的方面:1.电子学:二硫化钼是一种具有半导体性质的材料,具有宽带隙和低维特性。
它可以制备成薄膜或纳米片,在光电子器件(如光伏电池和光电导器件)、输运器件(如场效应晶体管)和逻辑电路等方面具有应用潜力。
二硫化钼的电子特性可以通过控制层数和电场进行调节,广泛应用于高性能的电子元件制备。
2.摩擦学:二硫化钼具有优良的摩擦学性能,可以用作润滑剂和固体润滑材料。
其层状结构使得摩擦剧烈运动时能够形成相对面间的滚动,有效减小摩擦系数和磨损。
二硫化钼润滑剂可以应用于高温和高负载情况下的机械部件和金属加工。
3.催化剂:二硫化钼具有优异的催化性能,常用于化学工业中的催化反应。
例如,它可以用作氢化反应的催化剂,用于制备氢气和烃类燃料。
此外,二硫化钼还可以用于氧化反应、电化学反应、光催化反应等领域。
4.电池材料:二硫化钼在锂离子电池和钠离子电池等储能器件中具有潜在的应用。
其层状结构和高比表面积可以增加电极与电解质的接触面积,提高电极容量和循环稳定性。
此外,二硫化钼还可以与其他材料复合,提高电池性能和循环寿命。
5.传感器:二硫化钼可以通过表面修饰和掺杂等方式制备成传感器,用于检测环境中的化学物质和生物分子。
例如,二硫化钼纳米片可以用于制备气体传感器,用于检测有毒气体和燃气泄漏。
此外,二硫化钼还可以用于生物传感和医学诊断,例如,用于检测DNA或蛋白质的存在和浓度。
以上只是二硫化钼在科学研究和工程应用中的一些主要方面,随着研究的深入和技术的发展,二硫化钼的应用领域还将不断扩大。
硅钼粉用途二硅化钼电热元件是一种以硅钼粉为基础的电阻发热元件,其在氧化气氛下加热到高温,表面生成一层致密的石英玻璃膜,保护其不再氧化。
因此,其具有独特的高温抗氧化性。
在氧化气氛下,其最高温度为1800度,可以用作电子、陶瓷、磁性材料、玻璃、冶金、耐火材料等工业高温炉的加热元件。
二硅化钼电热元件的电阻不随使用而改变,也就是不老化,因此新旧元件可以混合使用。
必须指出的是二硅化钼电热元件不宜在400~700℃范围内长期使用,否则元件会因低温的强烈氧化作用而粉化。
硅钼粉电热元件具有较大的比电阻,在空气中加热,发热部温度达到1100℃时,电阻率为0.0735~0.0168Ω·cm2/cm。
硅钼粉电热元件的电阻值随温度的升高而变化,从室温到800℃为负值,800℃以上为正值特性曲线。
其具有良好的化学稳定性,酸对其无作用,但碱和碱土金属氧化物在一定的温度条件下对其有侵蚀作用,高温下,水蒸气、氢气、卤素、硫等对其也有氧化和侵蚀作用。
硅碳棒为非金属电热元件,是用高纯度绿色六方硅钼粉为主要原料,经2200℃高温再结晶制成的,正常使用温度可达1450℃,合理使用条件下,连续使用超过2000小时,在空气中使用,不需要任何保护气氛。
适用于各种电炉电窑。
硅钼粉用途:由于硅碳棒使用温度高,有良好的化学稳定性。
如果与自动化供电系统配套,即可得到精确的恒定温度,又可根据生产工艺的实际需要按曲线自动调温。
现已广泛应用于国防、机械、冶金、轻化、陶瓷、半导体、分析化学、科学研究等领域,成为各种电炉电窑的电加热元件。
隧道窑、辊道窑、玻璃窑炉、真空炉、马弗炉、冶炼炉以及各类加热设备,使用硅碳棒加热既方便,又安全可靠。
硅钼粉电热元件是选用绿色优质硅钼粉为主要原料,经加工制坯、高温硅化、再结晶而成的棒状非金属高温电热元件,与金属电热元件相比,具有使用温度高、抗氧化、耐腐蚀、寿命长、变形微、安装维修方便等特点。
因此,它被广泛用于电子、磁性材料、粉末冶金、陶瓷、冶金和机械等工业的多种高温电炉及其它电加热设备上。
二硫化钼和磷化铟是两种重要的无机化合物,它们在材料科学和半导体领域具有广泛的应用价值。
本文将分别介绍二硫化钼和磷化铟的化学特性、物理性质、制备方法以及应用领域,以便更好地了解这两种化合物的重要性和潜在应用。
一、二硫化钼1. 化学特性二硫化钼是一种由钼和硫组成的化合物,化学式为MoS2。
它是一种层状结构的材料,每一层由钼原子和硫原子交替排列而成。
在二硫化钼中,钼原子的配位数为六,硫原子的配位数为二,呈现出典型的硫化物结构特征。
2. 物理性质二硫化钼具有良好的机械性能和化学稳定性,是一种优秀的固体润滑剂。
此外,二硫化钼还表现出优异的光电性能,在光电器件和纳米电子学领域有着重要的应用价值。
3. 制备方法二硫化钼的制备方法主要包括化学气相沉积法、机械研磨法和化学溶液法等。
其中,化学气相沉积法是目前应用最为广泛的制备工艺,通过控制反应条件和沉积参数可以得到不同形貌和结构的二硫化钼材料。
4. 应用领域二硫化钼在能源存储、光伏器件、电子器件和传感器等领域具有广泛的应用。
例如,作为锂离子电池的阳极材料、光伏电池的吸光层材料、场效应晶体管的通道材料等,都展现出了二硫化钼优异的性能和潜在应用前景。
二、磷化铟1. 化学特性磷化铟是一种由铟和磷组成的化合物,化学式为InP。
它是III-V族半导体材料中的重要代表,具有较大的带隙和良好的光电特性。
磷化铟晶体结构紧密,硬度高,熔点较高,化学稳定性良好。
2. 物理性质磷化铟具有优异的光电性能,其带隙宽度为1.35eV,适用于可见光区域的光电器件。
同时,磷化铟还表现出较高的电子迁移率和较低的载流子有效质量,是一种重要的半导体材料。
3. 制备方法磷化铟材料的制备方法主要包括金属有机气相外延(MOCVD)、分子束外延(MBE)和气相输运法等。
这些方法可以获得高质量、大尺寸的磷化铟单晶材料,满足不同领域的需求。
4. 应用领域磷化铟在光电器件、微波器件、激光器件和光通信领域有着广泛的应用。
二硫化钼是一种重要的二维材料,具有非常高的比表面积,因此在许多领域中都有着广泛的应用前景。
下面将从三个方面介绍二硫化钼的特点和应用。
一、二硫化钼的基本特点1. 结构特点:二硫化钼的化学式为MoS2,由钼原子和硫原子交替排列而成的层状结构。
钼原子位于硫原子的中间,形成了一个正六边形的结构。
2. 物理特性:二硫化钼具有优异的化学稳定性、机械强度和导电性能。
由于其层状结构,二硫化钼可以在垂直于层状方向上自由剥离,形成纳米级厚度的片状结构。
3. 高比表面积:由于二硫化钼是一种二维材料,其具有极高的比表面积。
据研究表明,二硫化钼的比表面积可以达到几百平方米每克,远高于传统的三维材料。
这使得二硫化钼在催化剂、储能材料、传感器等领域有着广泛的应用。
4. 光电特性:二硫化钼具有优异的光电特性,可以用于光催化、光电器件等领域。
二、二硫化钼在催化剂领域的应用1. 电催化剂:二硫化钼由于其高比表面积和优异的电化学性能,被广泛应用于电催化剂中。
其层状结构为电子传输提供了便利的通道,有利于电催化反应的进行。
在某些氧还原反应中,二硫化钼可以作为优异的电催化剂,具有较高的催化活性和稳定性。
2. 光催化剂:二硫化钼的光电特性使其还可以应用于光催化领域。
其层状结构能够提供足够的光生载流子分离的界面,有利于光催化反应的进行。
二硫化钼在水分解、CO2还原等方面也有着广泛的应用前景。
三、二硫化钼在储能材料领域的应用1. 锂离子电池:由于二硫化钼的层状结构和高比表面积,使其成为一种优异的锂离子电池材料。
其大量的表面活性位点有利于锂离子的吸附和扩散,从而提高了电池的充放电性能和能量密度。
2. 超级电容器:二硫化钼也可以作为超级电容器的电极材料,其高比表面积和优异的电导率有助于提高超级电容器的能量密度和功率密度。
二硫化钼作为一种重要的二维材料,具有独特的结构和优异的性能,有着广泛的应用前景。
在催化剂、储能材料、光电器件等领域中都有着重要的应用价值,对于推动材料科学和能源技术的发展具有重要意义。
二氧化硅市场前景分析1. 引言二氧化硅作为一种重要的化工原料,广泛应用于建筑材料、化工、电子、医药等行业。
本文将对二氧化硅市场前景进行分析,并探讨其发展趋势和潜在机会。
2. 二氧化硅市场概述2.1 市场规模二氧化硅市场在过去几年持续增长,预计未来几年将保持稳定增长趋势。
据市场研究机构报告,2019年全球二氧化硅市场规模达到XX亿美元。
2.2 市场驱动因素二氧化硅市场的增长主要受以下几个因素驱动:•建筑行业对二氧化硅需求增加:随着全球城市化进程的推进,建筑行业对二氧化硅的需求稳步增长。
二氧化硅在水泥生产和混凝土中起到增强和改善材料性能的作用。
•电子行业发展带动需求增长:随着电子产品的普及和新技术的出现,对高纯度二氧化硅的需求不断增加。
二氧化硅在半导体材料制备和光电子器件中起到重要作用。
•化工行业扩大应用范围:二氧化硅作为填料、流变剂、增稠剂等在化工生产中得到广泛应用,随着化工行业的发展,对二氧化硅的需求逐渐扩大。
•医药行业对高纯度二氧化硅需求稳定:高纯度二氧化硅在医药行业中用于制备药物载体和生物材料,其稳定的需求是二氧化硅市场的重要支撑。
3. 二氧化硅市场发展趋势3.1 技术升级与创新随着科技的不断进步,二氧化硅生产和应用技术也在不断创新和升级。
新的生产技术可以提高生产效率、降低成本,并改善产品质量。
同时,二氧化硅的新应用领域也不断涌现,为市场带来新的增长机遇。
3.2 市场竞争加剧由于二氧化硅市场的潜力和利润吸引力,各类企业纷纷进入市场,市场竞争加剧。
产品质量、价格和服务将成为企业竞争的关键要素。
同时,市场竞争也将推动行业的整体发展和技术进步。
3.3 环保意识的提高随着环境保护意识的加强,对二氧化硅生产过程中的环境影响越来越关注。
因此,企业需要采取环保措施,提高生产过程的环境友好性,以满足市场和法律法规的要求。
4. 二氧化硅市场潜在机会4.1 新兴市场的开拓二氧化硅在新能源、新材料等领域有着广阔的应用前景。
第16卷第4期2001年7月 无机材料学报Journal of Inorganic MaterialsVol. 16, No. 4
Jul., 2001
文章编号:1000-324x(2001)04-0577-09二硅化相材料的研究现状及应用前景江莞,赵世柯,王刚(中国科学院上海硅酸盐研究所高性能陶瓷和超徽结构国家重点实脸室,上海200050)
摘要:二硅化钥作为一种重要的高温发热材料和结构材料,一直受到材料科学家的广泛重视本文对二硅化钥及其复合材料国内外的研究现状进行了全面介绍,对近年来的研究方向进行了归纳和总结,包括高温变形、氧化机理和复合强化等方面・指出了国内这些方面的研究与国际水平相比存在的差距和不足,并分析了原因.最后,对二硅化铂及其复合材料的应用市场前景进行了分析和展望.关健词:二硅化相,发热元件,复合材料,力学性能;高温结构应用,抗氧化性
中困分类号:TF 125文献标识码:A
1引言 二硅化铝材料因其具有高熔点(2303K)、良好的高温抗氧化性和抗热冲击性、以及稳定的电阻特性,从60年代由瑞典的康泰尔((Kanthal)公司研制出可在空气环境中1773K以上使用的以二硅化钥为主要成分的硅铝棒发热元件Ill以来,硅翎棒已在工业界得到广泛的应用.由于硅钥棒有升温速度快和使用温度高的特点,经过不断地技术改良后硅铝棒的使用寿命明显提高,现在作为大气中高温下使用的发热元件正有取代硅碳棒之势,成为高温发热元件的主流80年代以来,航空航夭技术的进步对高温结构材料提出了更高的要求,二硅化铝和其他陶瓷材料一样作为耐高温材料成为材料学者的研究热点之一随着陶瓷材料及复合材料制备技术的进步,二硅化翎基复合材料的开发使二硅化铝原有的室温脆性,高温强度低和易高温姗变等缺点逐渐得到改善,二硅化钥在发热元件以外领域的应用研究也有了较大的突破. 在进入二十一世纪的今天,我们一边为飞速发展的信息产业给人类社会带来的便利惊喜,一边又为日趋紧张的能源、环境问题而担优.而材料研究者面临的课题是如何研究开发出既要有高的效率又具有低环境负荷的新材料例如,为了提高航天飞机以及发电用汽轮机的转换效率和减轻环境污染,必须提高其工作温度,因而迫切需要在1773K以上的超高温领域可以使用的结构材料.如果这种材料得以应用,热转换效率可达70%以上,二氧化碳的排出量也会降至现在的三分之一以下.为了弥补超合金和铝系金属间化合物耐热性差的缺点,也可列举出碳基复合材料和Sic等陶瓷材料,但前者的耐氧化性、后者的韧性
收稿6期:2001-01-10,收到修改稿日期:2001-02-16若血项目中国科学院.百人计划.项目(2000年8月 ̄2003年8月)作.简介:江拓(1961-),男,工学博士,研究员.
万方数据578无机材料学报16卷和可靠性等仍是有待解决的问题.二硅化铝除具有高熔点、良好的抗高温抗氧化性和抗热冲击性以外,还有比重轻(与金属相It),良好的导电和导热性等[:],并且与多种陶瓷强化相有着很好的化学相容性(3),只要进一步提高二硅化钥的综合性能,改善其耐久性和可靠性,它将会作为超高温材料显示出越来越重要的地位・
2国外发展动向2.1发热元件材料 二硅化钥发热元件因其具有升温速度快和抗氧化能力强等特点,作为高温工业炉电阻发热元件的主流之一在玻璃工业、电子工业、冶金工业、陶瓷工业等各领域中得到了广泛应用其代表商品为由瑞典康泰尔公司制造的Kanthal-Super,使用温度可达2073K.但因其材料内部含有15vol%左右的铝硅酸盐玻璃相,具有高温易变形的弱点,在炉体设计方面仍有它的局限性.80年代末,日本的理研工业(Riken corporation)开发出硼化钥粒子分散强化二硅化相基复合材料141,提高了二硅化铝高温抗变形能力,由此复合材料制成的发热元件能用于一些苛刻的条件下,在日本国内得到了很高的评价.90年代初,康泰尔公司又推出最高使用温度可达2173K的发热元件这是一种固溶型复合材料,利用了MOSi2和WSi2完全固溶且WSi,比MoSi2熔点更高的特点使二硅化相的抗高温变形能力和耐热温度得到
进一步的提高, 近年来,手机、笔记本电脑等与信息相关的电子产品向轻量化和微型化飞速发展,为了获得更细微的半导体器件和提高生产效率,满足用来制造半导体的快速加热冷却热处理装置的需要,可靠性要求极高的新型波状二硅化钥发热元件被用于处理硅晶片的热扩散炉和CVD装置・此种发热元件不仅升温速度要求高(炉内升温速度为1.7'C/sec)['],而且要求具有极高的纯度(为了减少硅晶片的污染,Fe , Cu等易扩散金属元素的含量要求在数十ppm以下).因这种发热元件通常在673-1473K之间使用,以往的二硅化相发热元件材料会因其特有的低温氧化特性(6,71使其在上述温度下的使用寿命减少到1/4以下.为了解决发
热元件的低温氧化问题,Jiang从低温氧化的机理出发,研制出了能够抵制OZ在多晶体内扩散的、具有网络状组织结构的复合材料181,这一新材料制成的发热体抗低温氧化能力比原有的发热体提高了10倍以上[151.使用这种复合材料的二硅化相发热元件已在半导体制造业得到应用,而且这一市场正在逐步扩大1912.2高通结构材料 8。年代以来,以超高温结构材料为目标,二硅化铝及其复合材料与其它陶瓷材料一起成为材料学者的研究重点,表1给出了二硅化钥与金属及其它硅系陶瓷的特性比较.美、日等国的材料学者从表2所示的变形机理、氧化机理和复合强韧化等三个方面对二硅化相进行了大量的研究,并取得了可喜的进展,为二硅化铝在高温结构材料方面的应用提供了重要的依据.作为其研究成果的汇总,在美国分别于1993年和1998年以“High Temperature
Structural Silicides”为题举行了专题讨论会.2.2.1二硅化相的变形机理 二硅化钥的弱点之一就是它的室温脆性,因而弄清二硅化钥的变形机理,特别是研究如何改善它的低温变形特性对于从根本上提高二硅化铝的韧性具有重要的意义.
万方数据4期江莞,等:二硅化相材料的研究现状及应用前景
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表1二硅化相与全属及其他硅系陶瓷的特性比较Table 1 Comparison between MOSi2, metal (alloys) and other silicon-based ceramics
Proper勺,ToughnessMetal (alloys)
Mosi,
Low temperatureHigh temperature Creep OxidationThermal shock Wear Machining
ExcellentFerrllentPoorFoor Poor PoorVery goodExcellent
Poor
PoorPlastic machining
E-11ant Very goodElectro-discharge machining Mod.rate Excellent Excellent Poor ExcellentDiamond grinding
DensityHigh
Low
表2有关二硅化相及其复合材料的研究方向Table 2 Some research trends of MOSi2 and MoSi2-based composites
Research trends Deformation mechanism=Oxidation mechanism=
1. Deformation of MOSi2 single crystal2. Deformation of MOSi2 polycrystals3.Brittle-to-ductile transition4.Superplasticity5. Creep1.13igh temperature oxidation2. Low temperature oxidation3. Methods of preventing pesting4.Oxidation caused妙 rei-fnrrnm-ts
Composite strengthening1. Strengthening and toughening勿forming solid solution2. Strengthening and toughening by dispersed particles3. Strengthening and toughening场whiskers or fibers
最初,Umakoshi(10]对二硅化铝单晶的变形机理进行了详细的研究,指出二硅化铝单晶在任何方位上的变形都需1273K以上的高温,而且其变形的难易程度与其在此方位的临界分解剪切应力值的大小有关.之后,Mitchell"]和Maloy[12j等进一步研究了变形的开始温度和屈服应力的方位依存性,并提出了新的见解.最近,It。等!13,14]发现选择适当的方位二硅化铝单晶可以在室温附近变形,这一发现为从根本上改善二硅化相的室温韧性提供了重要的启示,通过上述研究得知在二硅化铝中依存于方位和温度可以在较低温度范围变形的有{013)<3311、f110)<111]、{011) < 100]、{O10)<100]、{023)<100]等5个滑移系,特别是{011)<100]滑移系甚至在173K的低温下就会出现滑移变形而[001]方位只在1173K以上的高温下才能变形,而且在。.3%^-0.5%的应变时就发生破坏. 对于多晶体来说,要发生变形的必要条件是至少存在5个独立的滑移系.但是上述二硅化铝的5个滑移系中能在低温活动的只有{110)<1111、fall)<100] , folo)ao0]、f023)<100]
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