Hekk kif iċ-ċirkwiti integrati f'apparat elettroniku jsiru dejjem aktar kumplessi u d-daqsijiet taċ-ċippa jkomplu jiċkienu, l-akkumulazzjoni eċċessiva tas-sħana waqt it-tħaddim tiddegrada l-prestazzjoni tal-apparat u tista 'saħansitra tikkawża short circuits u fallimenti oħra. Biex jiġi żgurat tħaddim stabbli, sikur u effiċjenti ta 'tagħmir elettroniku, l-iżvilupp ta' materjali ta 'ppakkjar b'konduttività termali għolja, koeffiċjent baxx ta' espansjoni termali, densità baxxa u saħħa tal-flessjoni eċċellenti saret fokus ta 'riċerka.
01 Diamond/Silicon Carbide: Taħlita qawwija għall-Ġestjoni Termali
Diamond għandha l-ogħla konduttività termali ta 'kwalunkwe materjal li jseħħ b'mod naturali magħruf mill-bniedem, flimkien ma' koeffiċjent ta 'espansjoni termali baxx, saħħa u ebusija għolja, u stabbiltà kimika eċċellenti, li jagħmilha materjal ta' ġestjoni termali ideali. Il-karbur tas-silikon għandu wkoll koeffiċjent ta 'espansjoni termali baxx u konduttività termali superjuri. Bl-inkorporazzjoni tad-djamant bħala fażi ta 'rinfurzar fil-karbur tas-silikon, jistgħu jinkisbu komposti tad-djamanti/karbur tas-silikon b'koeffiċjenti ta' espansjoni termali sintonizzabbli u konduttività termali għolja. Meta mqabbla mal-kompożiti tal-matriċi tal-metall rinfurzati bid-djamant-, id-djamanti u l-karbur tas-silikon għandhom strutturi simili, u t-tixrib tagħhom u t-tqabbil tal-espansjoni termali huma ħafna aħjar minn dawk bejn metalli u djamant.
02 Proċessi ta 'Fabbrikazzjoni għal Komposti tal-Karbur tad-Djamanti/Silikon
Diamond huwa suxxettibbli għall-grafitizzazzjoni f'temperaturi għoljin; il-grafita li tirriżulta għandha konduttività termali u saħħa tal-flessjoni b'mod sinifikanti aktar baxxi mid-djamant. Biex tiffabbrika b'suċċess komposti tad-djamanti/karbur tas-silikon, il-kontroll effettiv tal-grafitizzazzjoni tad-djamanti huwa essenzjali. Peress li l-matriċi tal-karbur tas-silikon ma tistax tiġi infiltrata direttament fi preforma tad-djamant, il-matriċi tal-karbur tas-silikon tipikament tinkiseb permezz ta 'reazzjonijiet tas-silikon-karbonju. Il-proċessi ewlenin ta 'fabbrikazzjoni għal komposti ta' djamant/karbur tas-silikon huma bejn wieħed u ieħor kif ġej.
(1) Sinterizzazzjoni bi Pressjoni Għolja u Temperatura Għolja (HPHT).
Fil-metodu HPHT, il-mikrotrab tad-djamanti u t-trab tas-silikon pur jitħalltu sewwa u mbagħad jiġu soġġetti għal temperatura għolja u pressjoni għolja biex jgħaddu minn reazzjoni in-situ li tifforma karbur tas-silikon, u fl-aħħar mill-aħħar jipproduċu komposti tad-djamanti/karbur tas-silikon. Il-vantaġġ ta 'dan il-metodu huwa li taħt kundizzjonijiet ta' pressjoni għolja, djamant ma jgħaddix minn grafitizzazzjoni sinifikanti, u l-lakuni bejn il-partiċelli tad-djamanti jistgħu jitnaqqsu b'mod effettiv, u jipproduċu komposti bi frazzjoni ta 'volum għoli ta' djamant u densità għolja. Madankollu, il-proċess ta 'pressjoni għolja jitlob tagħmir għali u jimponi limitazzjonijiet sinifikanti fuq il-forma tal-komposti fabbrikati.
(2) Sinterizzazzjoni tal-Plasma Spark (SPS)
SPS huwa simili għal HPHT peress li sinterizza u jiddensifika l-preforma taħt temperatura u pressjoni għolja. Id-differenza tinsab fil-fatt li l-SPS juża xrar elettriċi ta 'enerġija għolja biex jiġġenera skarigu istantanju bejn il-partiċelli tat-trab, u jipproduċi plażma b'temperatura għolja li tirrilaxxa ammont kbir ta' sħana. Għalhekk, SPS karatteristiċi rati ta 'tisħin rapidu u ħinijiet qosra ta' sinterizzazzjoni. Barra minn hekk, il-pressjoni tas-sinterizzazzjoni fl-SPS hija aktar baxxa minn dik f'HPHHT.
(3) Ippressar Isostatiku sħun (HIP)
Fil-proċess HIP, trabijiet tad-djamanti u tas-silikon jitqiegħdu f'kontenitur issiġillat u soġġetti għal pressjoni ugwali mid-direzzjonijiet kollha, filwaqt li s-sinterizzazzjoni u d-densifikazzjoni jitlestew f'temperaturi elevati. HIP tipikament topera fi pressjonijiet fil-medda ta 'diversi mijiet ta' megapascals. Il-vantaġġi tiegħu jinkludu pressjoni ta 'sinterizzazzjoni aktar baxxa u l-abbiltà li tipproduċi volumi akbar u kampjuni f'forma kumplessa. Madankollu, il-proċess huwa kkumplikat u għandu effiċjenza baxxa fil-produzzjoni.
(4) Infiltrazzjoni u Piroliżi tal-Prekursur (PIP)
Il-metodu PIP juża prekursur tal-karbur tas-silikon (polycarbosilane) li jissaħħan u pirolizzat biex jifforma karbur tas-silikon, li mbagħad iservi bħala l-matriċi li torbot il-partiċelli tad-djamanti flimkien. Il-vantaġġi ta 'dan il-proċess huma temperatura baxxa ta' sinterizzazzjoni, kapaċità għal kampjuni fuq skala kbira jew f'forma kumplessa, u l-ebda silikon residwu fil-kompost. Madankollu, minħabba r-rendiment baxx tal-konverżjoni tal-prekursur, ħafna drabi huma meħtieġa ċikli multipli biex itejbu d-densità.
(5) Infiltrazzjoni tal-Fwar Kimiku (CVI)
CVI huwa proċess relattivament ħafif; fit-temperaturi baxxi ta 'infiltrazzjoni, il-partiċelli tad-djamanti jibqgħu stabbli u l-grafitizzazzjoni tiġi evitata. Meta mqabbel ma 'tekniki oħra, il-fażi tal-karbur tas-silikon hija derivata minn depożizzjoni tal-fwar kimiku fuq il-wiċċ tal-materjal, għalhekk il-fażi tas-silikon tista' tiġi eliminata kompletament matul il-proċess CVI. Il-komposti ppreparati b'dan il-metodu għandhom densità relattivament baxxa u huma tipikament użati għall-produzzjoni ta' kampjuni ta' folji rqaq.
(6) Infiltrazzjoni Reattiva (RI)
RI huwa proċess ta 'densifikazzjoni li fih solidu jiġi mdewweb bit-tisħin u infiltrat fi preforma ppreparata. Skont it-tixrib bejn it-tisħiħ u l-matriċi, tista' tintuża jew infiltrazzjoni assistita bi pressjoni jew mingħajr pressjoni.
F'dan il-proċess, il-partiċelli tad-djamanti u t-trab tal-grafita jitħalltu b'mod uniformi, bir-reżina użata bħala sustanza li tgħaqqad, u mbagħad ippressat bil-kesħa jew bis-sħana biex tifforma preforma. Il-preforma mbagħad tiġi soġġetta għal debinding u piroliżi biex tikkarbonizza kompletament il-binder u żżid il-porożità tal-preforma. Fl-aħħarnett, l-infiltrazzjoni tas-silikon titwettaq billi tissaħħan fil-vakwu jew f'atmosfera inerta. Waqt l-infiltrazzjoni, is-silikon likwidu jirreaġixxi mal-karbonju pirolitiku u t-trab tal-grafita miżjud biex jifforma karbur tas-silikon. Wara li r-reazzjoni tal-karbonju tkun kompluta, il-pori li jifdal fil-preforma jimtlew b'silikon likwidu, li jirriżulta f'kompost dens djamant/karbur tas-silikon. Meta mqabbel ma 'proċessi oħra, RI ma teħtieġx proċeduri kumplessi jew tagħmir għali; il-proċess huwa sempliċi iżda jippermetti l-iffurmar ta' forma ta' kważi netta tal-kompost.