碳化硼

2024年1月10日，中国材料与试验标准化委员会钒钛综合利用标准化领域委员会发布CSTM团体标准《碳化钛渣 碳化钛含量的测定 过氧化氢分光光度法》征求意见稿。本文件描述了过氧化氢分光光度法测定碳化钛渣中碳化钛含量的方法，适用于碳化钛渣中碳化钛含量的测定，测定范围（质量分数）为 9.00% ～17.00%。详细内容见附件。附件：CSTM团体标准《碳化钛渣 碳化钛含量的测定 过氧化氢分光光度法》征求意见的资料.rar

第三代半导体材料又被称之为宽禁带半导体材料。主要包括碳化硅（SiC）、氮化嫁（GaN）、金刚石等。目前其主要在半导体照明、激光器和探测器、电力电子器件等领域应用。相比于第一、二代半导体材料，第三代半导体材料的物理特性方面优势十分明显，比如禁带宽度大、较高的热导率、较高的击穿电场以及更高的抗辐射能力等等，正是因为上述这些优势，第三代半导体材料是制作高频、高温、抗辐射及大功率器件的优异材料。而碳化硅作为第三代半导体家族的重要一员，其具有高热导率、高击穿场、高饱和电子迁移率、抗辐射和化学性质稳定等突出优点。而碳化硅器件具有开关频率高、功率密度高、损耗低、尺寸小等优点，可以在高功率、高频以及极端特殊环境下应用，例如在清洁能源汽车、车载充电器、城市轨道交通、城市输电等领域己经得到应用，并显示出优异的性能。同时碳化硅与氮化镓具有相近的晶格常数与热膨胀系数，是GaN薄膜异质外延生长的理想衬底材料，可以在半绝缘的SiC衬底上外延GaN薄膜制备一系列的微波射频器件，其研发生产将会推动5G技术的快速发展与应用。由于碳化硅广阔的市场前景，各国自上世纪八十年代以来便制订了一系列相关的科研计划并不断加大相关领域的研发投入。我国虽然碳化硅领域的相关研究起步较晚，但经过我国科研工作者二十多年的研究，相关工作也己取得突破性的进展。一系列重大项目的快速推进，如科技部863计划2002年启动的“碳化硅单晶衬底制备”项目、2006年启动的“2英寸以上半绝缘碳化硅材料与功率电子器件”项目、2011年启动的“高压大容量碳化硅功率器件的研发”项目等，使得国内碳化硅行业快速发展，在我国军事、航天、通讯等各领域得到应用。针对于此，仪器信息网分析和统计了2018-2020年，三年来的碳化硅相关的学位论文，共计232篇。碳化硅不仅可用于第三代半导体领域，盘点论文已剔除非半导体领域的研究，论文的研究方向覆盖了碳化硅材料制备、工艺开发、器件研究、应用分析等方面。学位论文数量排行图中给出的是学位论文三年间发表数量前九名，可以看出，电子科技大学在碳化硅领域多有建树。具体论文内容来看，电子科技大学的研究主要集中于MOSFET驱动电路、器件设计等方面。哈尔滨工业大学的研究方向主要是碳化硅的具体应用和抛光工艺。从近三年可以看出，2020年明显论文数量下降，而2019年还有所上升。这一结果并不能表明碳化硅半导体材料的研究热度变化，这可能是由于2020年发表的部分论文签署了论文保密协议，存在论文披露的滞后性。进一步，我们统计盘点了各高校的论文指导教师名单，需要注意的是，部分论文存在校外指导。（以下排名不分先后）学校论文指导教师安徽工业大学周郁明北方工业大学曹淑琴、韩军北京交通大学郑琼林、杨中平、林飞、李艳、郭希铮大连理工大学夏晓川、梁红伟、张建伟、杜国同、王德君、唐大伟、电子科技大学赵建明、何金泽、荣丽梅、张小川、周泽坤、邓小川、张有润、张金平、罗小蓉、杜江锋、徐红兵、钟其水、王雷、毕闯、李辉、东南大学孙立涛、徐涛、顾伟、孙伟锋、陆生礼、陈健、王继刚、广东工业大学阎秋生广西大学万玲玉贵州大学高廷红桂林电子科技大学李琦哈尔滨工程大学王颖哈尔滨工业大学周密愉、董尚利、杨剑群、翟文杰、杨明、郭亮、贲洪奇、高强、王晨曦、徐永向、张东来、李春、张国强、王高林杭州电子科技大学王颖、刘广海、合肥工业大学徐卫兵河北工业大学张保国、李尔平、湖北工业大学潘健湖南大学王俊、熊劼、陈鼎、高凤梅、姜燕、雷雄、沈征、帅智康华北电力大学崔翔、赵志斌、温家良、赵志斌、魏晓光、韩民晓、蒋栋、欧阳晓平华南理工大学姚小虎、Timothy C. Germann、耿魁伟、陈义强、华侨大学于怡青、胡中伟、段念、黄辉、郭新华、陈一逢、华中科技大学傅华华、梁琳、林磊、康勇、彭力、淮北师范大学刘忠良吉林大学吴文征、邢飞、赵宏伟、陈巍、呼咏、吉野辰萌、张文璋、赵继、李志来江南大学倪自丰江苏大学乔冠军昆明理工大学彭劲松、陈贵升、兰州大学张利民兰州交通大学汪再兴、杜丽霞、白云兰州理工大学卢学峰南方科技大学邓辉南京大学陆海、吴兴龙南京航空航天大学魏佳丹、秦海鸿、邢岩南京理工大学董健年青岛科技大学于飞三峡大学孙宜华、姜礼华、厦门大学孙道恒、王凌云山东大学马瑾、葛培琪、徐现刚、彭燕、李康、高峰、陈延湖、白云、王军上海电机学院赵朝会、杨馄、上海师范大学陈之战深圳大学彭建春沈阳工业大学何艳、关艳霞、苏州大学陶雪慧、太原理工大学杨毅彪天津大学徐宗伟、李连钢、天津工业大学宁平凡、孙连根、于莉媛、高志刚、张牧、高圣伟、黄刚、牛萍娟天津理工大学王桂莲武汉工程大学满卫东武汉科技大学柯昌明武汉理工大学涂溶、章嵩西安电子科技大学贾仁需、乐立鹏、王悦湖、汤晓燕、张玉明、戴显英、倪炜江、张艺蒙、宗艳民、张金平、郭辉、黄维、段宝兴、西安工程大学朱长军、李连碧、杨楞、张红卫、西安理工大学蒲红斌西华大学阳小明、吴小涛西南交通大学张湘湘潭大学李建成冶金自动化研究设计院王东文、陈雪松、云南大学陈秀华长安大学张林长春理工大学魏志鹏长沙理工大学谢海情、吴丽娟浙江大学祝长生、盛况、吴新科、郭清、邱建琪、何湘宁、吴建德、赵荣祥、李武华、徐德鸿郑州大学张锐郑州航空工业管理学院张锐、刘永奇中北大学梁庭中国科学技术大学刘长松、李辉、张军、李震宇、李传锋、许金时中国科学院大学陈小龙、施尔畏、黄维、夏晓彬、高大庆中国空间技术研究院于庆奎中国矿业大学伍小杰、戴鹏中国运载火箭技术研究院朱大宾重庆大学胡盛东、周林、周建林

碳和硅的原子序数分别为6和14，在元素周期表中处于碳族元素的第二和第三周期，即上下相邻的位置。这种位置关系，表明它们在某些方面具有类似的性质。碳元素在我们的生活中无处不在，含碳化合物是生命的物质基础。硅也在地壳中的含量巨大，尤其是它在半导体和现代通讯业中的应用，推动了人类文明的发展。在化学的世界里，碳和硅是同一族的亲兄弟；在我们生活的地球上，他们共存了数十亿年，却没有结成生死与共的牢固友谊，自然界中的碳化硅矿石十分罕见。1824年，瑞典科学家Jons Jakob Berzelius在合成金刚石时观察到碳化硅（SiC）的存在，就此拉开了人类对于碳化硅材料研究的序幕。直到1891年，美国人E.G. Acheson在做电熔金刚石实验时，偶然得到了碳化硅。当时误认为是金刚石的混合体，故取名金刚砂。1893年，Acheson研究出来了工业冶炼碳化硅的方法，也就是大家常说的艾奇逊炉，并一直沿用至今。这种方法是同以碳质材料为炉芯体的电阻炉，通电加热石英SiO2和碳的混合物生成碳化硅。C和Si同族两兄弟强强联手，使得碳化硅这种材料拥有许多优异的化学和物理特性：优越的化学惰性、高硬度、高强度、较低的热膨胀系数以及高导热率，同时它还是一种半导体。纯碳化硅是无色透明的晶体。工业碳化硅因所含杂质的种类和含量不同，而呈浅黄、绿、蓝乃至黑色，透明度随其纯度不同而异。碳化硅晶体结构分为六方或菱面体的 α-SiC和立方体的β-SiC（称立方碳化硅)。α-SiC由于其晶体结构中碳和硅原子的堆垛序列不同而构成许多不同变体，已发现70余种。中国碳化硅与世界先进水平的差距主要集中在四个方面：一是在生产过程中很少使用大型机械设备，很多工序依靠人力完成，人均碳化硅产量较低；二是在碳化硅深加工产品上，对粒度砂和微粉产品的质量管理不够精细，产品质量的稳定性不够；三是某些尖端产品的性能指标与发达国家同类产品相比有一定差距；四是冶炼过程中一氧化碳直接排放。碳化硅的制品之一的碳化硅陶瓷具有的高硬度、高耐腐蚀性以及较高的高温强度等特点，这使得碳化硅陶瓷得到了广泛的应用。如今，碳化硅的应用已从最早期的磨料，发展到轴承、半导体、航空航天和化学等多个领域。微反应器由于化学品和微通道内壁超高的接触表面积，对内壁材质的要求非常严苛。微通道反应器也成为了碳化硅的一个重要应用。究竟什么样的碳化硅适用于制造微通道反应器吗？从表1的数据可以看出，在40%浓度氢氟酸的腐蚀下，康宁UniGrain™ 碳化硅的抗腐蚀性比市场上供应的碳化硅好300倍。在30%浓度氢氧化钠的条件下，康宁碳化硅的抗腐蚀性也明显优与市场上供应的碳化硅。哈氏合金是一种被大家所熟知、具有良好抗腐蚀性和热稳定性的材料。那我们的Unigrain™ 碳化硅与这种超抗腐蚀材料相比，是否能更胜一筹呢？通过表2中数据可以看出，Unigrain™ 碳化硅在40%HF、220℃条件下的年腐蚀量远远小于哈氏合金HC-2000，HC-22, HC-276，Inconel 625在20%HF、52℃条件下的年腐蚀量。二、高纯度 - 材料的均匀性微反应器通道尺寸小，如何保证通道无死区，物料无残留呢？一方面与微反应器通道的设计有关，另一方面与反应器材质有关。用扫描电镜SEM对 Corning® UniGrain™ 碳化硅进行了材料微结构分析。结果显示，UniGrain™ 碳化硅烧结粒度很小，在 5 ~ 20 μm之间，并且结构致密且均匀。因此反应通道表面平滑，确保了反应的稳定性。通过下列电镜对比图，很容易发现，市场上的碳化硅烧结粒度和微结构均匀度与UniGrain™ 碳化硅有明显的差异。三、耐冷热冲击为了适应化学反应中不断出现的高温或低温条件，微通道反应器材料还需要具有高度耐冷热冲击的性能。康宁UniGrain™ 碳化硅拥有超4x10-6/oC的低热膨胀系数, 确保了反应器能抵抗反应带来的大量冷热冲击。做好反应器，材料是根本！碳化硅有70多种晶型，康宁UniGrain™ 碳化硅和普通碳化硅不一样；就像康宁锅和其它玻璃锅不一样；康宁大猩猩盖板玻璃和其它玻璃不一样。除了上诉的三点以外，UniGrain™ 碳化硅还拥有110~180 W/m.K（常温）超高导热性，15MPa超高模块暴裂压力。并且它没有周期性疲劳，使用寿命长达20年以上。 四、康宁专利结构设计康宁微通道反应器采用模块化结构：独特“三明治”多层结构设计 集“混合/反应”和“换热”于一体，精准控制流体流动分布，极大地提升了单位物料的反应换热面积 （1000倍）。专利的“心型”通道结构设计，高度强化非均相混合系列，提高混合/传质效率 （100 倍)。康宁以客户需求为导向，提供从入门教学 、工艺研发 –到工业化生产全周期解决方案。康宁反应器技术知识产权声明康宁致力于向客户提供业内领先的产品和服务，并持续投入反应器技术的研发。康宁拥有一系列覆盖全球的反应器技术专利，截止至2019年3月5日，康宁在全球范围内共申请相关专利224项，已授权157项，其中中国授权专利34项。制造或销售康宁专利所覆盖的产品或使用康宁专利所保护的工艺需获得康宁授权。未经授权擅自使用康宁专利即构成侵权。康宁对侵犯知识产权的行为零容忍，将采取一切必要的手段保护其知识产权。 五、全周期解决方案• 康宁碳化硅反应器能处理所有化学体系包括氢氟酸和高温强碱体系，超高的混合，反应，换热性能；• 可针对研发平台的需求，调整模块数量，灵活拆分组合来实现不同工艺路线；• 可根据项目需要，与G1玻璃反应器组合使用，使得装置好用而且“看得见”；• 适用于工艺快速筛选、工艺优化和小吨位批量合成生产；• 国内已有相当多企业建立了数百套多功能平台和数十套工业化装置。每一台康宁微通道反应器，都凝聚着康宁科学家160多年对材料科学和工艺制造的专业知识和宝贵经验！