Þar sem samþættar rafrásir í rafeindatækjum verða sífellt flóknari og flísastærðir halda áfram að minnka, dregur of mikil hitasöfnun meðan á notkun stendur rýrir afköst tækisins og getur jafnvel valdið skammhlaupum og öðrum bilunum. Til að tryggja stöðugan, öruggan og skilvirkan rekstur rafeindabúnaðar hefur þróun umbúðaefna með mikilli hitaleiðni, lágan varmaþenslustuðul, lágan þéttleika og framúrskarandi sveigjustyrk orðið rannsóknaráhersla.
01 Demantur/kísilkarbíð: Öflug samsetning fyrir varmastjórnun
Demantur hefur hæstu hitaleiðni allra náttúrulegra efna sem menn þekkja, ásamt lágum varmaþenslustuðli, miklum styrk og hörku og framúrskarandi efnafræðilegum stöðugleika, sem gerir það að kjörnu hitastjórnunarefni. Kísilkarbíð hefur einnig lágan varmaþenslustuðul og yfirburða hitaleiðni. Með því að fella demantur sem styrkingarfasa inn í kísilkarbíð er hægt að ná demantur/kísilkarbíð samsettum efnum með stillanlegum varmaþenslustuðlum og mikilli varmaleiðni. Samanborið við demant-styrktar málmfylkissamsetningar hafa demantur og kísilkarbíð svipaða uppbyggingu og vætahæfni þeirra og varmaþenslusamsvörun er mun betri en milli málma og demants.
02 Framleiðsluferli fyrir demant/kísilkarbíð samsett efni
Demantur er viðkvæmt fyrir grafitization við háan hita; grafítið sem myndast hefur verulega lægri hitaleiðni og sveigjustyrk en demantur. Til að framleiða demantur/kísilkarbíð samsett efni með góðum árangri er skilvirk stjórn á grafítgerð demanta nauðsynleg. Þar sem ekki er hægt að síast beint inn í kísilkarbíð fylki inn í demantsforform, er kísilkarbíð fylkið venjulega fengið með kísil-kolefnishvörfum. Helstu framleiðsluferlar fyrir demantur/kísilkarbíð samsett efni eru í grófum dráttum sem hér segir.
(1) Háþrýsti háhita (HPHT) sintun
Í HPHT-aðferðinni er demantsördufti og hreinu kísildufti blandað vandlega saman og síðan sett fyrir háan hita og háan þrýsting til að gangast undir viðbrögð á staðnum sem myndar kísilkarbíð, sem að lokum gefur demantur/kísilkarbíð samsett efni. Kosturinn við þessa aðferð er sá að við háþrýstingsaðstæður fer demantur ekki í gegnum marktæka grafítgerð og hægt er að minnka bilið milli demantagna á áhrifaríkan hátt, sem framleiðir samsett efni með hátt rúmmálshlutfall demantar og mikinn þéttleika. Hins vegar krefst háþrýstingsferlið dýran búnað og setur verulegar takmarkanir á lögun tilbúnu samsettu efnisins.
(2) Tönnugleypuflutningssintering (SPS)
SPS er svipað og HPHT að því leyti að það sintar og þéttir forformið við háan hita og þrýsting. Munurinn liggur í því að SPS notar háorku rafmagnsneista til að mynda tafarlausa losun á milli duftagna, sem framleiðir háhitaplasma sem losar mikið magn af hita. Þess vegna er SPS með hröðum upphitunarhraða og stuttum sintunartíma. Að auki er hertuþrýstingurinn í SPS lægri en í HPHT.
(3) Heitt jafnþrýstingspressun (HIP)
Í HIP ferlinu er demantur og kísillduft sett í lokað ílát og beitt fyrir jöfnum þrýstingi úr öllum áttum, á meðan sintun og þéttingu er lokið við hærra hitastig. HIP starfar venjulega við þrýsting á bilinu nokkur hundruð megapascal. Kostir þess eru meðal annars lægri hertuþrýstingur og getu til að framleiða stærra rúmmál og flókin sýni. Hins vegar er ferlið flókið og hefur litla framleiðslu skilvirkni.
(4) Undanfaraíferð og hitun (PIP)
PIP aðferðin notar forvera kísilkarbíðs (pólýkarbósílan) sem er hituð og hitahreinsuð til að mynda kísilkarbíð, sem síðan þjónar sem fylkið sem bindur demantsagnirnar saman. Kostir þessa ferlis eru lágt sintunarhitastig, hæfileiki fyrir stórfelld eða flókin sýni og engin kísilleif í samsettu efninu. Hins vegar, vegna lítillar umbreytingarafraksturs forefnisins, þarf oft margar lotur til að bæta þéttleika.
(5) Chemical Vapor Infiltration (CVI)
CVI er tiltölulega vægt ferli; við lágt íferðarhitastig haldast demantagnir stöðugar og grafítmyndun er forðast. Í samanburði við aðrar aðferðir er kísilkarbíðfasinn unninn úr efnagufuútfellingu á efnisyfirborðinu, þannig að hægt er að útrýma kísilfasanum alveg meðan á CVI ferlinu stendur. Samsett efni sem framleitt er með þessari aðferð hafa tiltölulega lágan þéttleika og eru venjulega notuð til að framleiða þunnt lak sýni.
(6) Reactive infiltration (RI)
RI er þéttingarferli þar sem fast efni er brætt með upphitun og síast inn í tilbúið forform. Það fer eftir vætanleika milli styrkingar og fylkis, annað hvort er hægt að nota þrýstihjálpaða eða þrýstingslausa íferð.
Í þessu ferli er demantsögnum og grafítdufti blandað jafnt saman, með plastefni notað sem bindiefni, og síðan kaldpressað eða heitpressað til að mynda forform. Forformið er síðan sett í bindingu og hitahreinsun til að kolsýra bindiefnið algjörlega og auka porosity forformsins. Að lokum er sílikoníferð framkvæmd með upphitun í lofttæmi eða óvirku andrúmslofti. Við íferð hvarfast fljótandi kísill við gjóskukolefnið og viðbætt grafítduft til að mynda kísilkarbíð. Eftir að kolefnishvarfinu er lokið eru þær svitaholur sem eftir eru í forforminu fylltar með fljótandi sílikoni, sem leiðir til þétts demanturs/kísilkarbíðs samsetts. Í samanburði við önnur ferli þarf RI ekki flóknar aðgerðir eða dýran búnað; ferlið er einfalt en gerir samt kleift að mynda samsett efni í næstum netformi.