Apa perbedaan antara grafit isotropik dan grafit silikon?

1. Sifat material dan perbedaan struktural

✔ Grafit isotropik:

●  Perilaku isotropik: Sifat fisik yang seragam (mis., Konduktivitas termal/listrik, kekuatan mekanik) dalam ketiga dimensi (x, y, z), tanpa ketergantungan arah.

●  Kemurnian tinggi & stabilitas termal: Diproduksi melalui proses lanjutan seperti penekanan isostatik, menawarkan tingkat pengotor ultra-rendah (kadar abu pada skala ppm) dan meningkatkan kekuatan pada suhu tinggi (hingga 2000 ° C+).

●  Kemampuan mesin presisi: Mudah dibuat menjadi geometri kompleks, ideal untuk komponen pemrosesan wafer semikonduktor (mis., Pemanas, isolator).

Sifat fisik grafit isostatik
Milik	Satuan	Nilai khas
Kepadatan curah	g/cm³	1.83
Kekerasan	HSD	58
Resistivitas listrik	μω.m	10
Kekuatan lentur	MPa	47
Kekuatan tekan	MPa	103
Kekuatan tarik	MPa	31
Modulus Young	IPK	11.8
Ekspansi Termal (CTE)	10-6K-1	4.6
Konduktivitas termal	W · m-1· K-1	130
Ukuran butir rata -rata	μm	8-10
Porositas	%	10
Konten abu	ppm	≤5 (setelah dimurnikan)

✔ Grafit silikon:

● Infus silikon: Diinfuskan dengan silikon untuk membentuk lapisan komposit silikon karbida (sic), secara signifikan meningkatkan resistensi oksidasi dan daya tahan korosi di lingkungan yang ekstrem.

● Anisotropi potensial: Dapat mempertahankan beberapa sifat terarah dari grafit dasar, tergantung pada proses silikonisasi.

● Konduktivitas yang disesuaikan: Mengurangi konduktivitas listrik dibandingkan dengangrafit murnitetapi peningkatan daya tahan dalam kondisi yang keras.

Parameter utama grafit silikonisasi
Milik	Nilai khas
Kepadatan	2.4-2.9 g/cm³
Porositas	<0,5%
Kekuatan tekan	> 400 MPa
Kekuatan lentur	> 120 MPa
Konduktivitas termal	120 w/mk
Koefisien Ekspansi Termal	4,5 × 10-6
Modulus elastis	120 IPK
Kekuatan dampak	1.9kj/m²
Gesekan pelumas air	0.005
Koefisien gesekan kering	0.05
Stabilitas kimia	Berbagai garam, pelarut organik, Asam Kuat (HF, HCL, H₂SO4, Hno₃)
Suhu penggunaan stabil jangka panjang	800 ℃ (atmosfer oksidasi) 2300 ℃ (atmosfer inert atau vakum)
Resistivitas listrik	120*10-6Ωm

2. Skenario aplikasi

●  Manufaktur semikonduktor: Cawan lebur dan elemen pemanas dalam tungku pertumbuhan silikon kristal tunggal, memanfaatkan kemurnian dan distribusi termal yang seragam.

●  Energi matahari: Komponen isolasi termal dalam produksi sel fotovoltaik (mis., Bagian tungku vakum).

●  Teknologi Nuklir: Moderator atau bahan struktural dalam reaktor karena ketahanan radiasi dan stabilitas termal.

●  Perkakas presisi: Cetakan untuk metalurgi bubuk, mendapat manfaat dari akurasi dimensi tinggi.

●  Lingkungan oksidasi suhu tinggi: Komponen mesin kedirgantaraan, lapisan tungku industri, dan aplikasi yang kaya oksigen lainnya.

●  Media korosif: Elektroda atau segel dalam reaktor kimia yang terpapar asam/alkali.

●  Teknologi Baterai: Penggunaan eksperimental dalam anoda baterai lithium-ion untuk meningkatkan interkalasi lithium-ion (masih fokus R&D).

●  Peralatan semikonduktor: Elektroda dalam alat etsa plasma, menggabungkan konduktivitas dengan resistensi korosi.

3. Keuntungan dan Keterbatasan Kinerja

✔ Grafit isotropik

Kekuatan:

●  Kinerja seragam: Menghilangkan risiko kegagalan arah (mis., Retak tegangan termal).

●  Kemurnian sangat tinggi: Mencegah kontaminasi dalam proses sensitif seperti fabrikasi semikonduktor.

●  Resistensi goncangan termal: Stabil di bawah siklus suhu cepat (mis., Reaktor CVD).

Keterbatasan: 

● Biaya produksi yang lebih tinggi dan persyaratan pemesinan yang ketat.

✔ Grafit silikon

Kekuatan:

●  Resistensi oksidasi: Lapisan SiC memblokir difusi oksigen, memperpanjang umur di lingkungan oksidatif panas tinggi.

●  Daya tahan yang ditingkatkan: Peningkatan kekerasan permukaan dan ketahanan aus.

●  Inertness Kimia: Resistensi superior terhadap media korosif vs grafit standar.

Batasan: 

●  Mengurangi konduktivitas listrik dan kompleksitas manufaktur yang lebih tinggi.

4. Ringkasan

✔ Grafit isotropik: 

Mendominasi aplikasi yang membutuhkan keseragaman dan kemurnian (semikonduktor, teknologi nuklir).

✔ Grafit silikon: 

Unggul dalam kondisi ekstrem (dirgantara, pemrosesan kimia) karena daya tahan yang ditingkatkan silikon.