Siliziumkarbid-Strukturbauteile auf Aluminiumbasis

Kurze Einführung
Strukturbauteile aus Siliziumkarbid auf Aluminiumbasis (AlSiC) sind ein Verbundwerkstoff auf Metallbasis, der aus einer Aluminiumlegierung als Matrix und Siliziumkarbidteilchen als Verstärkungsphase besteht. Er verbindet die Vorteile des geringen Gewichts und der hohen Wärmeleitfähigkeit der Aluminiumlegierung mit der hohen Festigkeit und dem niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten von Siliziumkarbid und vermeidet gleichzeitig die Leistungsnachteile eines einzelnen Materials. Dieses Material hat die folgenden Hauptmerkmale:
-Hohe Wärmeleitfähigkeit: Die Wärmeleitfähigkeit kann 180-240 W/mK erreichen, was dem 10-fachen der traditionellen Kovar-Legierungen entspricht.
-Niedriger Wärmeausdehnungskoeffizient: Es kann mit Materialien wie Halbleiterchips abgestimmt werden, indem der Gehalt an Siliziumkarbid angepasst wird, mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen 6,5~9,5 × 10 -⁶/K.
-Hohe spezifische Steifigkeit und Festigkeit: Die spezifische Steifigkeit ist 3-mal so hoch wie die von Aluminium und 25-mal so hoch wie die von Kupfer, und die Dichte ist mit der von Aluminium vergleichbar.
-Hohe Verschleißfestigkeit: Härte HV ≥ 2500, fähig zu einem stabilen Betrieb bei hohen Temperaturen und in hochkorrosiven Umgebungen.
-Gute Formbeständigkeit: nicht leicht verformbar durch ungleichmäßige Spannungsverteilung nach der Verarbeitung.

Anwendungsbereiche
Siliziumkarbid-Strukturbauteile auf Aluminiumbasis werden aufgrund ihrer hervorragenden Leistung in zahlreichen Bereichen eingesetzt:

1. Bereich Luft- und Raumfahrt:
   -Bei der Herstellung von Flugzeugrümpfen, Triebwerkskomponenten, Strukturbauteilen für Satelliten usw. kann es herkömmliche Legierungen auf Nickelbasis ersetzen, das Gewicht reduzieren und die Arbeitstemperatur und Effizienz verbessern.
   -In der optisch-mechanischen Struktur von hochauflösenden Fernerkundungssatelliten kann es zur Herstellung von optischen Reflektorrohlingen verwendet werden, die die Struktur vereinfachen und das Gewicht reduzieren.
   -Als wichtigstes tragendes Bauteil für hydraulische Bremszylinder, Ventilatorauslass-Leitschaufeln und andere Komponenten von Flugzeugen.
2. Im Bereich der Automobilindustrie:
   Wird für Motor-, Getriebe- und Bremssystemkomponenten usw. verwendet, um die Haltbarkeit und Kraftstoffeffizienz der Komponenten zu verbessern.
   -Als leichtes Karosseriematerial verbessert es die Leistung und den Kraftstoffverbrauch von Automobilen.
   -Mit Siliziumkarbidpartikeln verstärkte Bremsscheiben auf Aluminiumbasis, die bei der Herstellung von Elektrofahrzeugen verwendet werden, können das Gewicht im Vergleich zu Bremsscheiben aus Gusseisen um 50% reduzieren und die Reichweite erhöhen.
3. Im Bereich der Elektronik:
   Als Wärmeableitungssubstrat für IGBT-Module findet es breite Anwendung in Hochgeschwindigkeitszügen, U-Bahnen, Fahrzeugen mit neuer Energie, Windenergieanlagen und anderen Bereichen.
   -Wird für elektronische Gehäuse, Hochfrequenzsignalübertragungsleitungen usw. verwendet, um die Wärmeableitung und die Schaltkreisstabilität zu verbessern.
   -Als Verpackungsmaterial für integrierte Mikrowellenschaltungen verbessert es die Signalstabilität und die Übertragungseffizienz.
4. Andere Bereiche:
   -Verwendet für die Herstellung von hitzebeständigen Bauteilen, verschleißfesten Bauteilen, Präzisionsinstrumenten und -geräten, usw.
   Der Ersatz von Wolfram-Kupfer-Material in Radarchip-Substraten führt zu einer hervorragenden Wärmeableitung und geringerem Gewicht.

Anpassungsdetails
Siliziumkarbid-Strukturbauteile auf Aluminiumbasis können entsprechend den spezifischen Kundenanforderungen angepasst werden. Hier sind einige wichtige Punkte im Anpassungsprozess:

1. Anpassung der Materialzusammensetzung:
   -Der Siliziumkarbidgehalt kann zwischen 15% und 65% eingestellt werden, um unterschiedliche Leistungsanforderungen zu erfüllen.
   -Keramikfaser, Kohlefaser und andere Verstärkungsmaterialien können je nach Bedarf hinzugefügt werden, um die Biegefestigkeit weiter zu verbessern.
2. Auswahl des Formgebungsverfahrens:
   -Gängige Formgebungsverfahren sind Gießen, CNC-Bearbeitung, Heißextrusion+CNC, usw.
   Präzisionsgießen kann für die Netto- oder Fast-Netto-Umformung komplexer Strukturkomponenten verwendet werden.
3. Maßhaltigkeit und Oberflächenbehandlung:
   -Die Maßgenauigkeit kann ± 0,003 mm erreichen.
   -Die Oberfläche kann hochglanzpoliert oder mit Nickel, Gold, Silber usw. beschichtet werden.
4. Anforderungen an die Verarbeitung:
   Aufgrund der hohen Härte des Materials und der schwierigen Bearbeitung ist es in der Regel notwendig, CNC-Werkzeugmaschinen für die Bearbeitung einzusetzen.
   -Besondere Aufmerksamkeit sollte den Prozessparametern und der Auswahl der Ausrüstung während des Bearbeitungsprozesses gewidmet werden, um die Genauigkeit und Qualität der Bearbeitung zu gewährleisten.

Siliziumkarbid-Strukturbauteile auf Aluminiumbasis sind aufgrund ihrer hervorragenden Leistung und breiten Anwendbarkeit zu einem der wichtigsten Materialien im Bereich der High-End-Fertigung geworden. Mit dem kontinuierlichen Fortschritt der Technologie werden sich die Anwendungsmöglichkeiten noch weiter ausweiten.

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