鋁基碳化硅的應(yīng)用領(lǐng)域有哪些？
一、鋁基碳化硅的應(yīng)用領(lǐng)域
1、戰(zhàn)斗機(jī)的腹鰭應(yīng)用——將粉末冶金法制備的碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料用于戰(zhàn)斗機(jī)的腹鰭，代替了原有的2214鋁合金蒙皮，剛度提高50%，使壽命由原來的數(shù)百小時(shí)提高到設(shè)計(jì)的全壽命8000h，壽命提高幅度達(dá)17倍；
2、直升機(jī)上的應(yīng)用——該種材料制造的直升機(jī)旋翼系統(tǒng)連接用模鍛件（漿轂夾板及袖套），已成功地用于新型直升機(jī)。其應(yīng)用效果為：與鋁合金相比，構(gòu)件的剛度提高約30%，壽命提高約5%；與鈦合金相比，構(gòu)件重量下降約25%；
3、電子封裝及熱控元件應(yīng)用——替代包銅的鉬及包銅的殷鋼作為印刷電路板板芯，取得了減重70%的顯著效果。由于此種材料的導(dǎo)熱率可高達(dá)180W（m·K），從而降低了電子模塊的工作溫度，減少了冷卻的需要；
4、航天光學(xué)儀表材料的應(yīng)用——替代鈹材用作慣性并被譽(yù)為“第三代航空航天慣性器件材料”。已被正式用于美國(guó)某型號(hào)慣性環(huán)形激光陀螺制導(dǎo)系統(tǒng)，并已形成美國(guó)的國(guó)軍標(biāo)（MILM 46196）。此外，還替代鈹材被成功地用于三叉戟導(dǎo)彈的慣性導(dǎo)向球及其慣性測(cè)量單元（IMU）的檢查口蓋，并取得比鈹材的成本低三分之二的效果；
5、高鐵行業(yè)——鋁基碳化硅IGBT基板是高鐵上必不可少的零件。鋁基碳化硅是理想的功率電子基板材料和襯底材料，與電子芯片焊接后可實(shí)現(xiàn)良好工作匹配。
1 傳統(tǒng)機(jī)械加工技術(shù)
A1SiC復(fù)合材料一般是鑄造法或粉末冶金法等制備 ，需要進(jìn)一步的機(jī)械加工達(dá)到零件所需的精度和表面粗糙度要求。SiC增強(qiáng)體顆粒比常用的刀具(如高速鋼刀具和硬質(zhì)合金刀具)的硬度高的多，在機(jī)械加工的過程 中會(huì)引起劇烈的刀具磨損。PCD金剛石刀具雖然 比增強(qiáng)體顆粒的硬度高 ，但硬度值相差不大 ，在切削加工高體分(SiC顆粒含量在 60％ ～70％)的顆粒增強(qiáng) AISiC復(fù)合材料時(shí)仍然會(huì)快速磨損 ，且 PCD金剛石刀具成本更 高。眾 多研究表 明，隨著 SiC含量 的增大(13％ ～70％)，增強(qiáng)體類型的不同 (主要 區(qū)別是纖維增強(qiáng)還是顆粒增強(qiáng))，可切削性越來越差 ，加工效率隨之降低 ，生產(chǎn)成本快速增加 。若 以 45#鋼的切削性能為 1計(jì)量 ，此種材料 的切 削性 能僅 為 0．05～0．3。因此 ，復(fù)合材料的難加工性 和昂貴的加工成本限制了AISiC復(fù)合材料的廣泛應(yīng)用。
2 銑磨加工技術(shù)
目前 ，切 削加工是 A1SiC復(fù)合材料 的主要加工方法，但在切削加工中存在刀具磨損嚴(yán)重和難以獲得 良好加工表面質(zhì)量 的問題。有研究提出了顆粒增強(qiáng) A1SiC復(fù)合材料的銑磨加工方法。這種加工方法使用金剛石砂輪在鑫騰輝數(shù)控鋁碳化硅專用cnc機(jī)床上對(duì)工件進(jìn)行切削加工 ，具有磨削加工中多刃切削的特點(diǎn) ，又同時(shí)具有和銑加工相似的加工路線，可以用于曲面、孔 、槽的加工，在獲得較高加工效率的同時(shí)，又能保證加工表面質(zhì)量。
3 超聲加工
超聲加工(USM)是 由超聲發(fā)生器產(chǎn)生高頻 電振蕩(一般為 16kHz～25kHz)，施加于超聲換能器上 ，將高頻電振蕩轉(zhuǎn)換成超聲頻振動(dòng)。超聲振動(dòng)通過變幅桿放大振幅，并驅(qū)動(dòng)以一定的靜壓力壓在工件表面上的工具產(chǎn)生相應(yīng)頻率的振動(dòng)。工具端部通過磨料不斷地捶擊工件 ，使加工區(qū)的工件材料粉碎成很細(xì)的微粒，被循環(huán)的磨料懸浮液帶走，工具便逐漸進(jìn)入到工件 中，從而加工出與工具相應(yīng)的形狀
4 激光加工
目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)鋁基復(fù)合材料激光加工技術(shù)的研究主要集 中在打孔 、切割 、劃線 和型腔加工等方面。用 自行研制的機(jī)械斬光盤調(diào)脈沖激光器切割試驗(yàn)表明 ，在高峰值能量、短脈 沖寬度、高脈沖頻率和適當(dāng)?shù)钠骄β蕳l件下 ，采用高速多次重復(fù)走刀切割工藝 ，可以得到無裂紋的精細(xì)切 口。有研究采用氧氣作輔助氣體 ，用 800W 的連續(xù)波 CO2激光在厚度 13．5mm的復(fù)合材料上加工出了直徑 0．72mm的無損傷深孔 ，深徑比達(dá) l8．75。有研究提出了基于裂紋加工單元的激光銑削方法 ，他們采用激光對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行了基 于裂紋加工單元的激光銑削加工 ，并在零件上加工 出了形狀較復(fù)雜的型腔。研究結(jié)果表明 ，采用該方法進(jìn)行激光銑削所需要的功率 比通常的方法低。
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隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能驅(qū)動(dòng)的新計(jì)算時(shí)代的發(fā)展，對(duì)半導(dǎo)體器件的需求日益增長(zhǎng)，同時(shí)也催生了市場(chǎng)對(duì)半導(dǎo)體材料的需求，半導(dǎo)體材料行業(yè)迎來快速發(fā)展的黃金期。在國(guó)家鼓勵(lì)半導(dǎo)體材料國(guó)產(chǎn)化的政策導(dǎo)向下，本土半導(dǎo)體材料廠商不斷提升半導(dǎo)體產(chǎn)品技術(shù)水平和研發(fā)能力，逐漸打破了國(guó)外半導(dǎo)體廠商的壟斷格局，推進(jìn)中國(guó)半導(dǎo)體材料國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程，促進(jìn)中國(guó)半導(dǎo)體材料行業(yè)的發(fā)展。
數(shù)據(jù)顯示，2017-2019年中國(guó)半導(dǎo)體材料市場(chǎng)規(guī)模逐年增長(zhǎng)，從2017年的76億美元增長(zhǎng)至2020年的94億美元。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2017-2020年全球62座新投產(chǎn)的晶圓廠中有26座來自中國(guó)大陸，占比超過40%，成為增速最快的地區(qū)。伴隨著5G時(shí)代的來臨，汽車電動(dòng)化進(jìn)程拉動(dòng)IGBT規(guī)模增長(zhǎng)。得益于對(duì)清潔能源高速增長(zhǎng)的需求，IGBT市場(chǎng)規(guī)模將持續(xù)增長(zhǎng)，IGBT市場(chǎng)在2020年的規(guī)模為54億美元，從2020年到2026年將以7.5%的復(fù)合年增長(zhǎng)率（CAGR）增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)2026年市場(chǎng)規(guī)模為84億美元。新能源車應(yīng)用作為IGBT市場(chǎng)規(guī)模的重要增量，2020年市場(chǎng)規(guī)模為為5.09億美元，2020-2026年的復(fù)合年增長(zhǎng)率為23%，預(yù)計(jì)2026年新能源車用IGBT市場(chǎng)規(guī)模為17億美元。
隨著5G、智慧物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的到來，中國(guó)大陸的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)得以在眾多領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)快速與全面布局，正逐步驅(qū)使全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)從韓國(guó)、中國(guó)臺(tái)灣向中國(guó)大陸轉(zhuǎn)移。目前，我國(guó)已經(jīng)成為最大的半導(dǎo)體市場(chǎng)，并且繼續(xù)保持最快的增速，預(yù)計(jì)半導(dǎo)體市場(chǎng)增長(zhǎng)將持續(xù)帶動(dòng)半導(dǎo)體材料行業(yè)快速發(fā)展。
