Faktor apa saja yang mempengaruhi tingginya konduktivitas termal Produk Silikon Karbida

Silikon Karbida , SiC banyak digunakan di berbagai bidang industri karena sifat fisik dan kimianya yang baik, terutama konduktivitas termalnya yang tinggi membuatnya bekerja dengan baik pada saat diperlukan pembuangan panas. Bahan karbon tersilikonisasi memiliki keunggulan konduktivitas termal yang tinggi, ketahanan suhu tinggi, ketahanan aus dan ketahanan korosi, dan banyak digunakan dalam perangkat elektronik, penukar panas, manufaktur semikonduktor, dan bidang lainnya. Namun, konduktivitas termal karbon tersilikonisasi tidak tetap, dan dipengaruhi oleh banyak faktor. Berikut ini akan dianalisis faktor-faktor yang mempengaruhi konduktivitas termal yang tinggi dari produk karbon tersilikon dari sudut pandang struktur kristal, kemurnian bahan, suhu, elemen doping dan teknologi pemrosesan.

1. Pengaruh struktur kristal
Konduktivitas termal yang tinggi dari karbon tersilikonisasi terkait dengan struktur kristalnya yang unik. Terutama ada dua struktur kristal karbon tersilikonisasi: tipe α (struktur heksagonal) dan tipe β (struktur kubik). Pada suhu kamar, konduktivitas termal karbon silikonisasi tipe β sedikit lebih tinggi dibandingkan karbon silikonisasi tipe α. Susunan atom karbon silikonisasi tipe β lebih kompak, getaran kisi lebih teratur, dan ketahanan termal berkurang. Oleh karena itu, memilih struktur kristal yang sesuai dapat meningkatkan konduktivitas termal material.
Namun, dalam lingkungan bersuhu tinggi, karbon silisifikasi tipe α secara bertahap menunjukkan stabilitas termal yang lebih baik. Meskipun konduktivitas termalnya sedikit lebih rendah pada suhu kamar, ia dapat mempertahankan konduktivitas termal yang baik pada suhu tinggi. Ini berarti bahwa dalam lingkungan aplikasi tertentu, penting untuk memilih struktur kristal yang tepat.

2. Pengaruh kemurnian materi
Konduktivitas termal bahan karbon silisifikasi sangat bergantung pada kemurniannya. Terdapat lebih sedikit pengotor dalam kristal karbon silisifikasi dengan kemurnian lebih tinggi, dan hamburan getaran kisi selama perpindahan panas berkurang, sehingga konduktivitas termal meningkat. Sebaliknya, pengotor pada material akan membentuk cacat kisi, menghambat perpindahan aliran panas, dan mengurangi efisiensi konduktivitas termal. Oleh karena itu, menjaga kemurnian tinggi bahan karbon silisifikasi selama produksi sangat penting untuk memastikan konduktivitas termal yang tinggi.
Beberapa pengotor sisa, seperti oksida logam atau zat amorf lainnya, akan membentuk penghalang termal pada batas butir kristal karbon silisifikasi, sehingga secara signifikan mengurangi konduktivitas termal material. Pengotor ini akan menyebabkan ketahanan termal pada batas butir meningkat, terutama pada suhu yang lebih tinggi. Oleh karena itu, pengendalian kemurnian bahan baku dan proses produksi secara ketat merupakan salah satu langkah penting untuk meningkatkan konduktivitas termal karbon silisifikasi.

3. Pengaruh suhu terhadap konduktivitas termal
Suhu merupakan salah satu faktor penting yang mempengaruhi konduktivitas termal karbon silisida. Dengan meningkatnya suhu, getaran kisi pada material akan meningkat, sehingga hamburan fonon meningkat, yang akan mempengaruhi konduksi panas. Di lingkungan bersuhu rendah, konduktivitas termal bahan karbon silisida relatif tinggi, namun seiring dengan meningkatnya suhu, konduktivitas termal akan menurun secara bertahap.
Konduktivitas termal karbon silisida bervariasi pada rentang suhu yang berbeda. Secara umum, konduktivitas termal karbon silisida lebih menonjol pada suhu rendah, tetapi ketika suhu melebihi 1000°C, konduktivitas termalnya secara bertahap akan melemah. Meskipun demikian, konduktivitas termal karbon silisida di lingkungan bersuhu tinggi masih lebih baik dibandingkan kebanyakan bahan keramik lainnya.

4. Pengaruh unsur doping
Untuk mengoptimalkan konduktivitas termal bahan karbon silisida, beberapa elemen doping biasanya diperkenalkan di industri, yang dapat mengubah struktur kristal dan sifat listrik bahan, sehingga mempengaruhi konduktivitas termal. Misalnya, doping dengan unsur-unsur seperti nitrogen atau aluminium dapat mengubah konduktivitas termal karbon silisida.
Namun, doping juga dapat menimbulkan dampak negatif. Jika konsentrasi doping terlalu tinggi, cacat pada struktur kristal meningkat, dan atom yang didoping berinteraksi dengan atom kisi, mengakibatkan peningkatan getaran kisi, peningkatan ketahanan termal, dan pada akhirnya mengurangi konduktivitas termal material. Oleh karena itu, jenis dan konsentrasi elemen doping perlu dikontrol secara tepat untuk meminimalkan dampak negatif pada konduktivitas termal sekaligus meningkatkan sifat lainnya (seperti konduktivitas listrik).

5. Pengaruh teknologi pengolahan
Proses pembuatan bahan karbon tersilikonisasi mempunyai dampak langsung terhadap konduktivitas termalnya. Metode produksi yang berbeda seperti proses sintering, pencetakan pengepresan panas, dan pengendapan uap akan mempengaruhi ukuran butir, kepadatan, dan porositas material, yang semuanya akan mempengaruhi konduktivitas termal.
Misalnya, bahan karbon tersilikonisasi yang dihasilkan melalui sintering pengepresan panas biasanya memiliki kepadatan lebih tinggi dan pori-pori lebih sedikit, jalur konduksi panas lebih pendek, sehingga konduktivitas termal lebih baik. Bahan karbon tersilikonisasi yang dibuat menggunakan metode sintering konvensional mungkin memiliki lebih banyak pori dan cacat mikroskopis, sehingga meningkatkan ketahanan termal dan mengurangi konduktivitas termal.