碳化硅陶瓷的案例
熱管理用高導(dǎo)熱碳化硅陶瓷基復(fù)合材料研究進(jìn)展
來源 | 無機(jī)材料學(xué)報
作者 | 陳強(qiáng)，白書欣，葉益聰
單位 | 國防科技大學(xué) 空天科學(xué)學(xué)院，材料科學(xué)與工程系
原位 | DOI：10.15541/jim20220640
摘要：碳化硅陶瓷基復(fù)合材料以其高比強(qiáng)度、高比模量、高導(dǎo)熱、良好的耐燒蝕性能、高溫抗氧化性、抗熱震性能等特性，廣泛應(yīng)用于航空航天、摩擦制動、核聚變等領(lǐng)域，成為先進(jìn)的高溫結(jié)構(gòu)及功能材料。本文綜述了高導(dǎo)熱碳化硅陶瓷基復(fù)合材料制備及性能等方面的最新研究進(jìn)展。研究通過引入高導(dǎo)熱相，如金剛石粉、中間相瀝青基碳纖維等用以增強(qiáng)熱輸運能力；優(yōu)化熱解碳與碳化硅基體界面用以降低界面熱阻；熱處理用以獲得結(jié)晶度更高、導(dǎo)熱性能更好的碳化硅基體；設(shè)計預(yù)制體結(jié)構(gòu)用以建立連續(xù)導(dǎo)熱通路等方法，提高碳化硅陶瓷基復(fù)合材料的熱導(dǎo)率。此外，本文展望了高導(dǎo)熱碳化硅陶瓷基復(fù)合材料后續(xù)研究方向，即綜合考慮影響碳化硅陶瓷基復(fù)合材料性能要素，優(yōu)化探索高效、低成本的制備工藝；深入分析高導(dǎo)熱碳化硅陶瓷基復(fù)合材料導(dǎo)熱機(jī)理，靈活運用復(fù)合材料結(jié)構(gòu)與性能的構(gòu)效關(guān)系，以期制備尺寸穩(wěn)定、具有優(yōu)異熱物理性能的各向同性高導(dǎo)熱碳化硅陶瓷基復(fù)合材料。
展開 碳化硅陶瓷9大燒結(jié)技術(shù)大揭秘
反應(yīng)燒結(jié)的燒結(jié)溫度低，生產(chǎn)成本低，制備的產(chǎn)品收縮率極小，致密化程度高，適合大尺寸復(fù)雜形狀結(jié)構(gòu)件的制備，反應(yīng)燒結(jié)碳化硅多用于高溫窯具、噴火嘴、熱交換器、光學(xué)反射鏡等方面。
常壓燒結(jié)的優(yōu)勢在于生產(chǎn)成本低，對產(chǎn)品的形狀尺寸沒有限制，制備的產(chǎn)品致密度高，顯微結(jié)構(gòu)均勻，材料綜合性能優(yōu)異，所以更適合制備精密結(jié)構(gòu)件，如各類機(jī)械泵中的密封件、滑動軸承及防彈裝甲、光學(xué)反射鏡、半導(dǎo)體晶圓夾具等。
重結(jié)晶碳化硅擁有純凈的晶相，不含雜質(zhì)，且有較高的孔隙率、優(yōu)異的導(dǎo)熱性和抗熱震性，是高溫窯具、熱交換器或燃燒噴嘴的理想候選材料。
參考來源：
[1]李辰冉，謝志鵬等.國內(nèi)外碳化硅陶瓷材料研究與應(yīng)用進(jìn)展
[2]葉常青等.碳化硅陶瓷材料的制備工藝和應(yīng)用研究進(jìn)展
[3]郝斌.微波燒結(jié)碳化硅的制備
[4]張勇、何新波等.碳化硅陶瓷的放電等離子燒結(jié)
[5]李辰冉，謝志鵬等.碳化硅陶瓷材料燒結(jié)技術(shù)的研究與應(yīng)用進(jìn)展
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總結(jié)
工業(yè)生產(chǎn)中用到較多的反應(yīng)燒結(jié)、常壓燒結(jié)和重結(jié)晶燒結(jié)三種碳化硅陶瓷材料制備方法均有其獨特的優(yōu)勢，且所制備的碳化硅的顯微結(jié)構(gòu)和性能及應(yīng)用領(lǐng)域也有不同。
反應(yīng)燒結(jié)的燒結(jié)溫度低，生產(chǎn)成本低，制備的產(chǎn)品收縮率極小，致密化程度高，適合大尺寸復(fù)雜形狀結(jié)構(gòu)件的制備，反應(yīng)燒結(jié)碳化硅多用于高溫窯具、噴火嘴、熱交換器、光學(xué)反射鏡等方面。
常壓燒結(jié)的優(yōu)勢在于生產(chǎn)成本低，對產(chǎn)品的形狀尺寸沒有限制，制備的產(chǎn)品致密度高，顯微結(jié)構(gòu)均勻，材料綜合性能優(yōu)異，所以更適合制備精密結(jié)構(gòu)件，如各類機(jī)械泵中的密封件、滑動軸承及防彈裝甲、光學(xué)反射鏡、半導(dǎo)體晶圓夾具等。
重結(jié)晶碳化硅擁有純凈的晶相，不含雜質(zhì)，且有較高的孔隙率、優(yōu)異的導(dǎo)熱性和抗熱震性，是高溫窯具、熱交換器或燃燒噴嘴的理想候選材料。
參考來源：
[1]李辰冉，謝志鵬等.國內(nèi)外碳化硅陶瓷材料研究與應(yīng)用進(jìn)展
[2]葉常青等.碳化硅陶瓷材料的制備工藝和應(yīng)用研究進(jìn)展
[3]郝斌.微波燒結(jié)碳化硅的制備
[4]張勇、何新波等.碳化硅陶瓷的放電等離子燒結(jié)
[5]李辰冉，謝志鵬等.碳化硅陶瓷材料燒結(jié)技術(shù)的研究與應(yīng)用進(jìn)展
| 來源：粉體網(wǎng)，山川
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展開 一張圖了解碳化硅陶瓷
一張圖了解碳化硅陶瓷
碳化硅陶瓷的特種制備技術(shù)
碳化硅陶瓷材料具有高溫強(qiáng)度大，高溫抗氧化性強(qiáng)，耐磨損性能好，熱穩(wěn)定性，熱彭脹系數(shù)小，熱導(dǎo)率大，硬度高，抗熱震和耐化學(xué)腐蝕等優(yōu)良特性。在汽車、機(jī)械化工、環(huán)境保護(hù)、空間技術(shù)、信息電子、能源等領(lǐng)域有著日益廣泛的應(yīng)用，已經(jīng)成為一種在很多工業(yè)領(lǐng)域性能優(yōu)異的其他材料不可替代的結(jié)構(gòu)陶瓷。
SiC陶瓷的優(yōu)異性能與其獨特結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。SiC是共價鍵很強(qiáng)的化合物，SiC中Si-C鍵的離子性僅12％左右。因此，SiC強(qiáng)度高、彈性模量大，具有優(yōu)良的耐磨損性能。純SiC不會被HCl、HNO3、H2SO4和HF等酸溶液以及NaOH等堿溶液侵蝕。在空氣中加熱時易發(fā)生氧化，但氧化時表面形成的SiO2會抑制氧的進(jìn)一步擴(kuò)散，故氧化速率并不高。在電性能方面，SiC具有半導(dǎo)體性，少量雜質(zhì)的引入會表現(xiàn)出良好的導(dǎo)電性。此外，SiC還有優(yōu)良的導(dǎo)熱性。
iC具有α和β兩種晶型。β－SiC的晶體結(jié)構(gòu)為立方晶系，Si和C分別組成面心立方晶格；α－SiC存在著4H、15R和6H等100余種多型體，其中，6H多型體為工業(yè)應(yīng)用上最為普遍的一種。在SiC的多種型體之間存在著一定的熱穩(wěn)定性關(guān)系。在溫度低于1600℃時，SiC以β－SiC形式存在。當(dāng)高于1600℃時，β－SiC緩慢轉(zhuǎn)變成α－SiC的各種多型體。4H－SiC在2000℃左右容易生成；15R和6H多型體均需在2100℃以上的高溫才易生成；對于6H－SiC，即使溫度超過2200℃，也是非常穩(wěn)定的。SiC中各種多型體之間的自由能相差很小，因此，微量雜質(zhì)的固溶也會引起多型體之間的熱穩(wěn)定關(guān)系變化。
SiC陶瓷的生產(chǎn)工藝簡述如下：
碳化硅粉體的制備技術(shù)就其原始原料狀態(tài)分為固相合成法和液相合成法。
固相法主要有碳熱還原法和硅碳直接反應(yīng)法。
展開 先進(jìn)陶瓷材料的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用發(fā)展?fàn)顩r報告
航天領(lǐng)域用于控制衛(wèi)星軌道的火箭燃燒室必須輕質(zhì)且能夠承受高溫氣體的燃燒，氮化硅陶瓷推進(jìn)器能夠承受1500℃以上更高的溫度，從而取代了鈮合金、圖14（左）為日本京瓷公司生產(chǎn)的火箭燃燒室氮化硅陶瓷高溫尾噴管。此外，近十年太空陶瓷反射鏡的產(chǎn)業(yè)發(fā)展很快，從過去直徑為0.5米已發(fā)展到2米甚至更大。圖14（右）為美國CoorsTec高技術(shù)陶瓷公司特別設(shè)計的光學(xué)系統(tǒng)碳化硅陶瓷反射鏡，反射鏡重量輕的鏡子約為10kg/m2，反射鏡表面經(jīng)過拋光后的形狀誤差低于光的波長的1/10，表面粗糙度小于2埃，采用常壓燒結(jié)碳化硅光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計，具有結(jié)構(gòu)簡便、輕巧、無熱設(shè)計等特點，從而提供增強(qiáng)的系統(tǒng)性能和可靠性，同時降低了系統(tǒng)成本。
陶瓷防彈裝甲在國際上因反恐戰(zhàn)爭而成為快速成長的一個產(chǎn)業(yè)。不論是人體防護(hù)還是車倆裝甲防護(hù)，先進(jìn)陶瓷擁有許多優(yōu)于常規(guī)材料不具備的優(yōu)點，主要包括質(zhì)量輕，硬度高，可對微結(jié)構(gòu)進(jìn)行統(tǒng)一控制，因此可以抵御更高層次的威脅。防彈陶瓷材料主要包括碳化硼（B4C）、碳化硅（SiC）、氧化鋁（Al2O3）等高硬度陶瓷材料，其中碳化硅陶瓷因硬度高防彈效果好且制造成本遠(yuǎn)低于防彈性能更好的碳化硼陶瓷，近幾年成為國際防彈陶瓷的主流產(chǎn)品，包括人體防彈背心、直升機(jī)腹部防彈層、坦克裝甲車防彈層，如圖15所示。其中美國賽瑞丹公司（Ceradyne）每年給美國軍方提供的防彈陶瓷裝甲達(dá)到10億美元以上。表2示出國際上幾家公司生產(chǎn)的SiC防彈陶瓷材料的性能比較。
綜上所述，在國際上特別是美國、西歐、日本等發(fā)達(dá)國家由于其現(xiàn)代工業(yè)和高科技產(chǎn)業(yè)發(fā)達(dá)，近十年來對于性能優(yōu)異的新一代陶瓷需求持續(xù)増加，保持每年近8％的增長速率，成為一些世界500強(qiáng)企業(yè)（如日本京瓷公司、法國圣戈班公司、美國康寧公司）的主營業(yè)務(wù)和增長點。
展開 “晶須之王”——碳化硅晶須
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新型陶瓷材料的發(fā)展與應(yīng)用地
目前應(yīng)用于汽車上的陶瓷材料主要有：氧化硅陶瓷、碳化硅陶瓷、氮化硅陶瓷、氧化鋁陶瓷，未來還將會有氧化鋰等更多的新型特種陶瓷材料應(yīng)用到汽車制造中。
目前，汽車發(fā)動機(jī)的主要零部件，如活塞、氣缸蓋、氣門、排氣管、渦輪煙壓器、氧傳感器及火花塞等都用先進(jìn)的陶瓷材料來制造，并研制出了無水冷的絕熱陶瓷發(fā)動機(jī)。
陶瓷材料在汽車發(fā)動機(jī)上的應(yīng)用
汽車用傳感器要求能長久適用于特有的惡劣環(huán)境（高溫、低溫、振動、加速、潮濕、廢氣），并應(yīng)當(dāng)具有小型輕量、重復(fù)使用性好、輸出范圍廣等特點。陶瓷耐熱、耐蝕、耐磨及其潛在的優(yōu)良電磁、光學(xué)機(jī)能，制成的傳感器完全能夠滿足上述要求。
陶瓷材料在汽車傳感器上的應(yīng)用
另外，在碳纖維制動器的基礎(chǔ)上制造而成陶瓷制動器，其碳硅化合物表面的硬度接近鉆石，碟片內(nèi)的碳纖維結(jié)構(gòu)使它堅固耐沖擊、耐腐蝕，讓碟片極為耐磨。綜合利用敏感陶瓷正壓電效應(yīng)、逆壓電效應(yīng)和電致伸縮效應(yīng)研制成功的智能減振器，由于采用高靈敏度陶瓷元件，從而具有識別路面且能做自我調(diào)節(jié)的功能，可以將轎車因粗糙路面引起的振動降到最低限度。
03
航空航天領(lǐng)域
航天航空領(lǐng)域用材料大多在超高溫、強(qiáng)輻照等極端苛刻環(huán)境中使用，要求材料具有高比強(qiáng)、高比模、耐高溫、抗燒蝕等特性。雖然航天航空領(lǐng)域的市場規(guī)模有限，但其對材料性能的高要求有力推動了工程陶瓷研制水平的提高和技術(shù)進(jìn)步。
陶瓷材料在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用主要有：
1、陶瓷基復(fù)合材料用于航天器外殼。碳纖維或碳化硅等陶瓷纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料已成為制造航天器外殼和火箭噴嘴等不可或缺的材料。
2、HfB2、ZrB2、ZrC等用于超高溫陶瓷涂層。隨著超高聲速飛行器的發(fā)展，對其表面抗燒蝕和抗大氣沖刷的要求也越來越高，HfB2、ZrB2、ZrC等超高溫陶瓷作為高溫涂層材料對提升飛行器表面的抗燒蝕和抗沖刷能力有著不可替代的作用。
展開 打破封鎖！我國一項核心技術(shù)鑒定為國際先進(jìn)
10月30日，吉林省技術(shù)產(chǎn)權(quán)交易中心、中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所成果轉(zhuǎn)化處組織專家，在長春光機(jī)所召開“超大口徑/超輕量化碳化硅反射鏡坯研制技術(shù)”科技成果評價評審會。長春光機(jī)所相關(guān)部門、評審專家組、項目研發(fā)團(tuán)隊等20余人出席了評審會。評審專家組由中國工程院院士、長春理工大學(xué)教授姜會林等7人組成，專家組聽取了研究員張舸做的“超大口徑/超輕量化碳化硅反射鏡坯研制技術(shù)”總結(jié)報告，審查了相關(guān)技術(shù)資料，并現(xiàn)場考察了項目的研究成果。
經(jīng)質(zhì)詢和討論，專家組一致認(rèn)為：該成果技術(shù)難度大、創(chuàng)新性強(qiáng)，取得了多項自主知識產(chǎn)權(quán)，打破了發(fā)達(dá)國家對我國大口徑碳化硅反射鏡坯制備的技術(shù)封鎖和材料禁運，項目總體技術(shù)水平國際先進(jìn)，其中3米整體一次性成型和4米一體化連接制備技術(shù)居于國際領(lǐng)先水平。與會專家一致同意該項目通過科技成果評價。
“超大口徑/超輕量化碳化硅反射鏡坯研制技術(shù)”突破了大口徑復(fù)雜形狀輕量化結(jié)構(gòu)碳化硅陶瓷素坯成型，解決了大口徑復(fù)雜形狀碳化硅陶瓷素坯均勻無裂紋干燥難題，發(fā)明的新型粘結(jié)劑及相關(guān)連接工藝結(jié)合反應(yīng)燒結(jié)技術(shù)實現(xiàn)碳化硅反射鏡坯的一體化成型等一系列創(chuàng)新性關(guān)鍵技術(shù)。項目組研制出的0.5-3米系列碳化硅反射鏡已成功應(yīng)用于國家重大型號任務(wù)，4米口徑碳化硅反射鏡即將應(yīng)用于國家地基大型光電系統(tǒng)，解決了我國大口徑光學(xué)系統(tǒng)反射鏡坯制備方面的核心技術(shù)難題，為我國大型光電系統(tǒng)的發(fā)展做出重要貢獻(xiàn)。（來源：長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所）
展開 重大突破：我國研制出世界上最大口徑單體碳化硅反射鏡！
歷時15年探索攻關(guān)、9年立項研制，中國科學(xué)家打破國外技術(shù)封鎖和產(chǎn)品壟斷，研制成功世界上迄今公開報道的最大口徑單體碳化硅(SiC)反射鏡——直徑4.03米口徑高精度碳化硅非球面反射鏡，并且核心制造設(shè)備以及制造工藝都具有自主知識產(chǎn)權(quán)，成果可廣泛應(yīng)用于天文望遠(yuǎn)鏡、航天器光學(xué)載荷研制等領(lǐng)域，標(biāo)志著中國大口徑碳化硅非球面光學(xué)反射鏡制造領(lǐng)域的技術(shù)水平已躋身國際先進(jìn)行列。
中國研制成功世界最大口徑單體碳化硅反射鏡項目負(fù)責(zé)人、中科院長春光機(jī)所副所長張學(xué)軍研究員向媒體介紹項目科研攻關(guān)情況。孫自法 | 攝
由中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所(中科院長春光機(jī)所)承擔(dān)的國家重大科研裝備研制項目“4米量級高精度碳化硅非球面反射鏡集成制造系統(tǒng)”21日在吉林長春通過項目驗收，該所完成的4.03米口徑高精度碳化硅非球面反射鏡就是項目核心成果之一。驗收專家認(rèn)為，4米口徑碳化硅反射鏡工程產(chǎn)品即將應(yīng)用于國家地基大型光電系統(tǒng)，也為空間大口徑光學(xué)系統(tǒng)的研制解決了核心技術(shù)難題。
中科院長春光機(jī)所研制成功的直徑4.03米口徑高精度碳化硅非球面反射鏡。孫自法 攝
項目負(fù)責(zé)人、中科院長春光機(jī)所副所長張學(xué)軍研究員介紹說，大口徑高精度非球面光學(xué)反射鏡是高分辨率空間對地觀測、深空探測和天文觀測系統(tǒng)的核心元件。碳化硅陶瓷材料則是國際光學(xué)界公認(rèn)的高穩(wěn)定性光學(xué)反射鏡材料，但歐美國家在大口徑碳化硅光學(xué)反射鏡制造技術(shù)方面長期處于壟斷地位，中國必須自主發(fā)展大口徑碳化硅光學(xué)制造技術(shù)。
展開 2024耐火材料展|原料輔料|2024深圳工業(yè)陶瓷展會
參展范圍丨
耐火材料
耐火材料、工業(yè)陶瓷原材料、添加劑、天然非金屬礦物、人工合成材料- 粉體及粉體工程技術(shù)與設(shè)備
鋼鐵、有色工業(yè)用耐火/陶瓷材料新產(chǎn)品
玻璃、水泥、化工工業(yè)用耐火/陶瓷材料新產(chǎn)品
超高溫技術(shù)與制品
耐火材料、工業(yè)陶瓷的制備技術(shù)與成型設(shè)備
先進(jìn)的爐窯技術(shù)及設(shè)備
燃燒器、溫控系統(tǒng)、加熱元件、隔熱保溫材料
節(jié)約能源、降低消耗、環(huán)境保護(hù)技術(shù)、裝置、設(shè)備
產(chǎn)品質(zhì)量控制、檢測用儀器、儀表
耐火材料再生、再利用技術(shù)與設(shè)備
其他相關(guān)產(chǎn)品、技術(shù)
工業(yè)陶瓷
先進(jìn)陶瓷、金屬陶瓷、氧化鋁陶瓷、氧化鋯陶瓷、精密陶瓷、電子陶瓷、功能陶瓷、結(jié)構(gòu)陶瓷、耐磨陶瓷、碳化硅陶瓷、過慮陶瓷、高技術(shù)陶瓷、陶瓷軸承、陶瓷纖維、陶瓷密封件、納米陶瓷、蜂窩陶瓷、陶瓷刀具、多孔陶瓷、陶瓷催化劑載體、陶瓷分離膜、人工晶體、耐火材料、陶瓷膜、生物與生化陶瓷、能源用陶瓷、光學(xué)陶瓷、氧化物陶瓷、高溫陶瓷、非氧化物陶瓷等（碳化物、氮化物、硼化物、硅化物等）
陶瓷設(shè)備：備料、研磨、混合、成型、模具、壓機(jī)、干燥、滾筒、室式、噴射、微波、熱工、燃燒器、窯爐、測量/控制、閥門、傳感、實驗設(shè)備、熱量計、分析儀、膨脹儀、試驗儀、顯微鏡等
原料輔料：氧化物陶瓷粉體、非氧化物陶瓷粉體、各種陶瓷添加劑、窯具等原輔材料
參展程序丨
1、展位安排原則：“先申請、先付款、先安排”。
展開 
莫雅超 等：CaO/Ca(OH)2核殼結(jié)構(gòu)顆粒的制備及其儲熱性能
2.2 微觀結(jié)構(gòu)與化學(xué)成分
本工作核殼結(jié)構(gòu)顆粒的殼體主要由直徑20～50 μm的碳化硅顆粒構(gòu)成，使用掃描電子顯微鏡對殼體進(jìn)行形貌觀察，如圖2所示，可以看到碳化硅顆粒之間形成了明顯的連接，正是這種連接使殼體具有一定的強(qiáng)度。查閱文獻(xiàn)[ 17]可知，顆粒間連接的形成是由于制備陶瓷前驅(qū)體的過程中添加了燒結(jié)助劑，在燒結(jié)的過程中，燒結(jié)助劑與碳化硅顆粒發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)，生成的復(fù)合硅酸鹽在碳化硅顆粒之間形成了連接。另一方面，碳化硅顆粒之間由于高溫下燒結(jié)也會形成一定的連接。為確定燒結(jié)后陶瓷的化學(xué)成分，對殼體進(jìn)行了EDS元素組成分析，由于EDS只能對殼體表層進(jìn)行掃描，因此只能反映顆粒表層的元素組成。如圖3，氧元素的含量較高，說明在高溫?zé)Y(jié)的過程中碳化硅顆粒的外層發(fā)生氧化生成了二氧化硅。將殼體研磨為粉末狀并進(jìn)行了XRD成分分析，如圖4，發(fā)現(xiàn)并未檢測到二氧化硅，檢測到的成分為碳化硅和少量的氧化鋯，說明在本文的燒結(jié)溫度下，碳化硅只有表層很少一部分被氧化，顆粒間的連接以燒結(jié)助劑自身的黏結(jié)作用和碳化硅的燒結(jié)為主，由于復(fù)合硅酸鹽的生成而形成的連接較少。
圖2 碳化硅微粒間形成的連接
圖3 殼體表面的EDS圖譜
圖4 殼體XRD圖譜
此外，為研究殼體中的成分是否會與氫氧化鈣發(fā)生副反應(yīng)，在放熱反應(yīng)后，對核殼結(jié)構(gòu)顆粒和顆粒內(nèi)部的氫氧化鈣儲熱材料進(jìn)行了XRD成分分析。如圖5及圖6所示，芯體主要成分仍為氫氧化鈣和氧化鈣，核殼結(jié)構(gòu)顆粒的成分為碳化硅和氫氧化鈣，未檢測到其他物質(zhì)，說明在一次儲放熱循環(huán)后，顆粒內(nèi)的氫氧化鈣儲熱材料與殼體之間幾乎沒有副反應(yīng)的發(fā)生，表明了這種核殼結(jié)構(gòu)顆粒具有多次循環(huán)的潛力。
展開 先進(jìn)結(jié)構(gòu)陶瓷納入國家重點研發(fā)計劃“先進(jìn)結(jié)構(gòu)與復(fù)合材料”重點專項
考核指標(biāo)：
高品質(zhì)高溫合金制備用結(jié)構(gòu)陶瓷
的應(yīng)用使高溫合金純凈度達(dá)到國際領(lǐng)先水平，與同類普通材料相比，關(guān)鍵性能指標(biāo)上提高50%，使用壽命提高30%；
高效節(jié)能硼化鋯陶瓷電極的常溫彎曲強(qiáng)度>300MPa，耐2000℃高溫氧化，電阻率15～200μΩ·cm，連續(xù)使用壽命1年以上，節(jié)電效率≥15%；
陶瓷側(cè)封材料熱導(dǎo)率≤20W/（m·K），熱膨脹系數(shù)≤3×10
-6
/K，使用溫度≥1800℃，常溫彎曲強(qiáng)度≥150MPa，高溫（1400℃/0.5h）彎曲強(qiáng)度≥30MPa，楊氏模量≥70GPa，表面加工精度±1μm，實現(xiàn)穩(wěn)定高效批量化制備以及總體使用壽命6小時以上。
低面密度空間輕量化碳化硅光學(xué)—結(jié)構(gòu)一體化構(gòu)件制備（基礎(chǔ)前沿技術(shù)）
研究內(nèi)容：
針對空間遙感光學(xué)系統(tǒng)的應(yīng)用需求，研究低面密度空間輕量化碳化硅光學(xué)—結(jié)構(gòu)一體化構(gòu)件的結(jié)構(gòu)拓?fù)湓O(shè)計，開展復(fù)雜形狀碳化硅構(gòu)件的增材制造等新技術(shù)、新工藝研究，開發(fā)
低面密度復(fù)雜形狀碳化硅構(gòu)件的近凈尺寸成型與致密化燒結(jié)技術(shù)
，開展低面密度空間輕量化碳化硅光學(xué)—結(jié)構(gòu)一體化構(gòu)件的光學(xué)加工與環(huán)境模擬試驗研究，實現(xiàn)滿足空間遙感光學(xué)成像要求的低面密度碳化硅光學(xué)—結(jié)構(gòu)一體化構(gòu)件材料制備。
展開 基于FE耦合SPH算法的磨粒變切深刻劃碳化硅陶瓷仿真
粒子拋擲效果及損傷分布與相關(guān)文獻(xiàn)中基本一致，驗證了FE耦合SPH算法的合理性，可用于磨粒精密加工領(lǐng)域。
當(dāng)國產(chǎn)氮化硅陶瓷基板邂逅碳化硅功率模塊，中國新能源汽車開啟性能狂飆模式
當(dāng)國產(chǎn)氮化硅陶瓷基板邂逅碳化硅功率模塊，中國新能源汽車開啟性能狂飆模式模式
一、第3代半導(dǎo)體材料——碳化硅SiC性能優(yōu)勢明顯
碳化硅SiC是第3代寬禁帶半導(dǎo)體代表材料，具有熱導(dǎo)率高、擊穿電場高、電子飽和速率高、抗輻射能力強(qiáng)等優(yōu)勢，采用碳化硅SiC制材料制備的第3代半導(dǎo)體器件不僅能在較高溫度下穩(wěn)定運行，還能以較少的電能消耗，獲得更高效的運行能力。
相比于首代Si硅基半導(dǎo)體，第3代寬禁帶半導(dǎo)體碳化硅SiC具有2倍的極限工作溫度、10倍的擊穿電場強(qiáng)度、3倍的禁帶、超過2倍的飽和電子漂移速率、3倍的熱導(dǎo)率即3倍的冷卻能力。
▲ 1-3各代半導(dǎo)體材料性能對比
碳化硅SiC作為第3代半導(dǎo)體材料性能穩(wěn)定高效，廣泛應(yīng)用于電動汽車、充電設(shè)備、便攜式電源、儲能設(shè)備、通信設(shè)備、機(jī)械臂、飛行器、太陽能光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、高鐵等等眾多高電壓和高頻率工業(yè)領(lǐng)域。受益于5G通信、國防軍工、新能源汽車、新能源光伏和風(fēng)力發(fā)電等領(lǐng)域的高速發(fā)展，碳化硅二極管、碳化硅MOSFET、碳化硅功率芯片、SiC碳化硅功率模塊等碳化硅功率器件市場規(guī)模急速膨脹。
▲當(dāng)?shù)杌邋忮?em>碳化硅功率模塊，國產(chǎn)第3代半導(dǎo)體材料助力我國新興工業(yè)高速發(fā)展
二、AMB工藝氮化硅基板是第3代半導(dǎo)體材料碳化硅功率模塊器件封裝完美之選
目前，半導(dǎo)體電子器件行業(yè)廣泛應(yīng)用的陶瓷基板，通常按照基板材料劃分主要有Al2O3氧化鋁陶瓷基板、AlN氮化鋁陶瓷基板和Si3N4氮化硅陶瓷基板三種。
氧化鋁陶瓷基板優(yōu)劣勢。氧化鋁基板最常見，通常采用DBC工藝，氧化鋁基板低介電損耗、化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)良、機(jī)械強(qiáng)度較高，其制造工藝成熟、且成本低廉，主要在中低端工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域有較大的市場需求。
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