탄화규소 제품의 높은 열전도율에 영향을 미치는 요인은 무엇입니까?

실리콘 카바이드 SiC는 물리적, 화학적 특성이 좋아 다양한 산업 분야에서 널리 사용되고 있으며, 특히 열전도율이 높아 방열이 필요한 곳에 탁월한 성능을 발휘합니다. 실리콘화 탄소 재료는 높은 열 전도성, 고온 저항, 내마모성 및 내식성의 장점을 가지며 전자 장치, 열 교환기, 반도체 제조 및 기타 분야에서 널리 사용됩니다. 그러나 실리콘화 탄소의 열전도율은 고정되어 있지 않으며 여러 요인의 영향을 받습니다. 다음에서는 결정 구조, 재료 순도, 온도, 도핑 원소 및 가공 기술의 관점에서 실리콘화 탄소 제품의 높은 열전도도에 영향을 미치는 요소를 분석합니다.

1. 결정구조의 영향
실리콘화 탄소의 높은 열전도율은 독특한 결정 구조와 관련이 있습니다. 규소화 탄소의 결정 구조는 주로 α형(육각형 구조)과 β형(입방체 구조)의 두 가지 결정 구조로 되어 있습니다. 실온에서 β형 실리콘화 탄소의 열전도율은 α형 실리콘화 탄소의 열전도율보다 약간 높습니다. β형 실리콘화 탄소의 원자 배열은 더 조밀하고 격자 진동은 더 규칙적이며 열 저항은 감소합니다. 따라서 적절한 결정 구조를 선택하면 재료의 열전도도를 향상시킬 수 있습니다.
그러나 고온 환경에서는 α형 규화 탄소가 점차 더 나은 열 안정성을 나타냅니다. 상온에서는 열전도율이 약간 낮지만 고온에서는 양호한 열전도율을 유지할 수 있습니다. 이는 특정 응용 환경에서 올바른 결정 구조를 선택하는 것이 중요하다는 것을 의미합니다.

2. 재료 순도의 영향
규화 탄소 재료의 열전도도는 순도에 따라 크게 달라집니다. 순도가 높은 규화탄소 결정체는 불순물이 적고, 열전달 시 격자진동의 산란이 줄어들어 열전도율이 향상됩니다. 반대로, 재료의 불순물은 격자 결함을 형성하고 열 흐름 전달을 방해하며 열전도 효율을 감소시킵니다. 따라서 생산 중에 규화탄소 재료의 고순도를 유지하는 것은 다른 높은 열전도율을 보장하는 데 중요합니다.
금속 산화물 또는 기타 비정질 물질과 같은 일부 잔류 불순물은 규화 탄소 결정의 결정립 경계에 열 장벽을 형성하여 재료의 열전도도를 크게 감소시킵니다. 이러한 불순물은 특히 더 높은 온도에서 결정립 경계의 열 저항을 증가시킵니다. 따라서 원료의 순도와 생산 공정을 엄격하게 제어하는 ​​것은 규화탄소의 열전도도를 향상시키는 핵심 단계 중 하나입니다.

3. 온도가 열전도율에 미치는 영향
온도는 탄소 규화물의 열전도도에 영향을 미치는 중요한 요소 중 하나입니다. 온도가 증가함에 따라 재료의 격자 진동이 강화되어 포논 산란이 증가하여 열 전도에 영향을 미칩니다. 저온 환경에서 탄소 규화물 재료의 열전도율은 상대적으로 높지만 온도가 증가함에 따라 열전도율은 점차 감소합니다.
탄소 규화물의 열전도율은 온도 범위에 따라 다릅니다. 일반적으로 규화탄소의 열전도율은 저온에서 더 두드러지지만 온도가 1000°C를 초과하면 열전도율이 점차 약해집니다. 그럼에도 불구하고 고온 환경에서 규화탄소의 열전도율은 대부분의 다른 세라믹 재료보다 여전히 우수합니다.

4. 도핑원소의 영향
탄소 규화물 재료의 열전도도를 최적화하기 위해 업계에서는 일반적으로 일부 도핑 원소를 도입하는데, 이는 재료의 결정 구조와 전기적 특성을 변경하여 열전도도에 영향을 줄 수 있습니다. 예를 들어, 질소나 알루미늄과 같은 원소를 도핑하면 규화탄소의 열전도율이 바뀔 수 있습니다.
그러나 도핑은 부정적인 영향을 미칠 수도 있습니다. 도핑 농도가 너무 높으면 결정 구조의 결함이 증가하고 도핑된 원자가 격자 원자와 상호 작용하여 격자 진동이 강화되고 열저항이 증가하여 궁극적으로 재료의 열전도도가 감소합니다. 따라서, 열 전도성에 대한 부정적인 영향을 최소화하면서 다른 특성(예: 전기 전도성)을 향상시키려면 도핑 원소의 유형과 농도를 정밀하게 제어해야 합니다.

5. 가공기술의 영향
실리콘화 탄소 재료의 제조 공정은 열전도도에 직접적인 영향을 미칩니다. 소결 공정, 열간 압착 성형 및 기상 증착과 같은 다양한 생산 방법은 재료의 입자 크기, 밀도 및 다공성에 영향을 미치며 모두 열전도도에 영향을 미칩니다.
예를 들어, 열간 압착 소결로 생산된 실리콘화 탄소 재료는 일반적으로 밀도가 높고 기공이 적으며 열 전도 경로가 짧아 열 전도성이 더 좋습니다. 기존의 소결 방법을 사용하여 제조된 실리콘화 탄소 소재는 기공이 더 많고 미세한 결함이 있어 열저항이 증가하고 열전도율이 감소할 수 있습니다.