उच्च-शुद्धता सिलिकन कार्बाइड सिरेमिक तयारी प्रविधिहरूमा प्रगति

उच्च-शुद्धता सिलिकन कार्बाइड (SiC) सिरेमिकहरू तिनीहरूको असाधारण थर्मल चालकता, रासायनिक स्थिरता, र मेकानिकल शक्तिको कारण अर्धचालक, एयरोस्पेस र रासायनिक उद्योगहरूमा महत्वपूर्ण घटकहरूको लागि आदर्श सामग्रीको रूपमा देखा परेका छन्। उच्च-प्रदर्शन, कम-प्रदूषण सिरेमिक उपकरणहरूको बढ्दो मागसँगै, उच्च-शुद्धता SiC सिरेमिकहरूको लागि कुशल र स्केलेबल तयारी प्रविधिहरूको विकास विश्वव्यापी अनुसन्धान केन्द्र बनेको छ। यो पेपरले उच्च-शुद्धता SiC सिरेमिकहरूको लागि हालका प्रमुख तयारी विधिहरूको व्यवस्थित रूपमा समीक्षा गर्दछ, जसमा पुन: क्रिस्टलाइजेसन सिन्टरिङ, प्रेसरलेस सिन्टरिङ (PS), हट प्रेसिंग (HP), स्पार्क प्लाज्मा सिन्टरिङ (SPS), र एडिटिभ म्यानुफ्याक्चरिङ (AM) समावेश छन्, जसमा सिन्टरिङ संयन्त्र, प्रमुख प्यारामिटरहरू, सामग्री गुणहरू, र प्रत्येक प्रक्रियाको अवस्थित चुनौतीहरू छलफल गर्ने कुरामा जोड दिइएको छ।

सैन्य र इन्जिनियरिङ क्षेत्रमा SiC सिरेमिकको प्रयोग

हाल, उच्च-शुद्धता SiC सिरेमिक कम्पोनेन्टहरू सिलिकन वेफर निर्माण उपकरणहरूमा व्यापक रूपमा प्रयोग गरिन्छ, अक्सिडेशन, लिथोग्राफी, एचिंग, र आयन इम्प्लान्टेसन जस्ता मुख्य प्रक्रियाहरूमा भाग लिँदै। वेफर प्रविधिको विकाससँगै, वेफर आकार बढाउनु एक महत्त्वपूर्ण प्रवृत्ति बनेको छ। हालको मुख्यधारा वेफर आकार 300 मिमी छ, लागत र उत्पादन क्षमता बीच राम्रो सन्तुलन प्राप्त गर्दै। यद्यपि, मूरको कानूनद्वारा संचालित, 450 मिमी वेफरहरूको ठूलो उत्पादन पहिले नै एजेन्डामा छ। ठूला वेफरहरूलाई सामान्यतया वार्पिङ र विकृतिको प्रतिरोध गर्न उच्च संरचनात्मक शक्ति चाहिन्छ, जसले ठूलो आकार, उच्च-शक्ति, उच्च-शुद्धता SiC सिरेमिक कम्पोनेन्टहरूको बढ्दो मागलाई अगाडि बढाउँछ। हालका वर्षहरूमा, कुनै मोल्डहरू आवश्यक नपर्ने द्रुत प्रोटोटाइपिङ प्रविधिको रूपमा, additive निर्माण (3D प्रिन्टिङ), यसको तह-दर-तह निर्माण र लचिलो डिजाइन क्षमताहरूको कारणले जटिल-संरचित SiC सिरेमिक भागहरूको निर्माणमा ठूलो सम्भावना प्रदर्शन गरेको छ, जसले व्यापक ध्यान आकर्षित गर्दछ।

यस पेपरले उच्च-शुद्धता SiC सिरेमिकका लागि पाँच प्रतिनिधि तयारी विधिहरू व्यवस्थित रूपमा विश्लेषण गर्नेछ - पुन: क्रिस्टलाइजेसन सिन्टरिङ, प्रेसरलेस सिन्टरिङ, हट प्रेसिंग, स्पार्क प्लाज्मा सिन्टरिङ, र एडिटिभ म्यानुफ्याक्चरिङ - तिनीहरूको सिन्टरिङ संयन्त्र, प्रक्रिया अनुकूलन रणनीतिहरू, सामग्री प्रदर्शन विशेषताहरू, र औद्योगिक अनुप्रयोग सम्भावनाहरूमा केन्द्रित।

उच्च शुद्धता सिलिकन कार्बाइड कच्चा पदार्थ आवश्यकताहरू

I. पुन: क्रिस्टलाइजेसन सिंटरिङ

पुन: क्रिस्टलाइज्ड सिलिकन कार्बाइड (RSiC) २१००–२५००°C को उच्च तापक्रममा सिन्टरिङ एड्स बिना तयार पारिएको उच्च-शुद्धता भएको SiC सामग्री हो। १९ औं शताब्दीको अन्त्यमा फ्रेड्रिक्सनले पहिलो पटक पुन: क्रिस्टलाइजेशन घटना पत्ता लगाएदेखि, RSiC ले यसको सफा अन्न सीमाहरू र गिलास चरणहरू र अशुद्धताहरूको अनुपस्थितिको कारणले महत्त्वपूर्ण ध्यान खिचेको छ। उच्च तापक्रममा, SiC ले अपेक्षाकृत उच्च वाष्प दबाब प्रदर्शन गर्दछ, र यसको सिन्टरिङ संयन्त्रमा मुख्यतया वाष्पीकरण-संक्षेपण प्रक्रिया समावेश छ: मसिना अन्नहरू वाष्पीकरण हुन्छन् र ठूला अन्नहरूको सतहहरूमा पुन: जम्मा हुन्छन्, घाँटीको वृद्धि र अन्नहरू बीचको प्रत्यक्ष बन्धनलाई बढावा दिन्छ, जसले गर्दा सामग्रीको बल बढ्छ।

१९९० मा, क्रिगेस्म्यानले २२००°C मा स्लिप कास्टिङ प्रयोग गरेर ७९.१% को सापेक्षिक घनत्वको साथ RSiC तयार गरे, जसको क्रस-सेक्शनले मोटे अन्न र छिद्रहरू मिलेर बनेको माइक्रोस्ट्रक्चर देखाएको थियो। त्यसपछि, यी एट अलले हरियो बडीहरू तयार गर्न जेल कास्टिङ प्रयोग गरे र तिनीहरूलाई २४५०°C मा सिन्ट गरे, २.५३ g/cm³ को बल्क घनत्व र ५५.४ MPa को लचिलो शक्तिको साथ RSiC सिरेमिक प्राप्त गरे।

RSiC को SEM फ्र्याक्चर सतह

घना SiC को तुलनामा, RSiC मा कम घनत्व (लगभग २.५ g/cm³) र लगभग २०% खुला पोरोसिटी छ, जसले उच्च-शक्ति अनुप्रयोगहरूमा यसको प्रदर्शन सीमित गर्दछ। त्यसकारण, RSiC को घनत्व र मेकानिकल गुणहरू सुधार गर्नु एक प्रमुख अनुसन्धान केन्द्र बनेको छ। सुङ एट अलले पग्लिएको सिलिकनलाई कार्बन/β-SiC मिश्रित कम्प्याक्टहरूमा घुसाउने र २२००°C मा पुन: क्रिस्टलाइज गर्ने प्रस्ताव राखे, α-SiC मोटे अन्नहरू मिलेर बनेको नेटवर्क संरचना सफलतापूर्वक निर्माण गरे। परिणामस्वरूप RSiC ले २.७ g/cm³ को घनत्व र १३४ MPa को लचिलो शक्ति प्राप्त गर्‍यो, उच्च तापक्रममा उत्कृष्ट मेकानिकल स्थिरता कायम राख्दै।

घनत्वलाई अझ बढाउन, गुओ एट अलले RSiC को बहु उपचारहरूको लागि पोलिमर घुसपैठ र पाइरोलिसिस (PIP) प्रविधि प्रयोग गरे। PCS/xylene समाधान र SiC/PCS/xylene स्लरीहरूलाई घुसपैठको रूपमा प्रयोग गर्दै, 3-6 PIP चक्र पछि, RSiC को घनत्व उल्लेखनीय रूपमा सुधार भयो (2.90 g/cm³ सम्म), यसको लचिलो शक्तिको साथ। थप रूपमा, तिनीहरूले PIP र पुन: क्रिस्टलाइजेसन संयोजन गर्ने चक्रीय रणनीति प्रस्ताव गरे: 1400°C मा पाइरोलिसिस त्यसपछि 2400°C मा पुन: क्रिस्टलाइजेसन, प्रभावकारी रूपमा कण अवरोधहरू हटाउँदै र पोरोसिटी कम गर्दै। अन्तिम RSiC सामग्रीले 2.99 g/cm³ को घनत्व र 162.3 MPa को लचिलो शक्ति प्राप्त गर्‍यो, उत्कृष्ट व्यापक प्रदर्शन प्रदर्शन गर्दै।

पोलिमर इम्प्रेग्नेसन र पाइरोलिसिस (PIP)-पुनःक्रिस्टलाइजेसन चक्र पछि पोलिश गरिएको RSiC को माइक्रोस्ट्रक्चर इभोलुसनको SEM छविहरू: प्रारम्भिक RSiC (A), पहिलो PIP-पुनःक्रिस्टलाइजेसन चक्र (B), र तेस्रो चक्र (C) पछि।

II. दबाबरहित सिंटरिङ

प्रेसरलेस-सिन्टर गरिएको सिलिकन कार्बाइड (SiC) सिरेमिकहरू सामान्यतया उच्च-शुद्धता, अल्ट्राफाइन SiC पाउडरलाई कच्चा पदार्थको रूपमा प्रयोग गरेर तयार गरिन्छ, जसमा थोरै मात्रामा सिन्टरिङ एड्स थपिन्छन्, र १८००–२१५०°C मा निष्क्रिय वायुमण्डल वा भ्याकुममा सिन्टर गरिन्छ। यो विधि ठूलो आकार र जटिल-संरचित सिरेमिक कम्पोनेन्टहरू उत्पादन गर्न उपयुक्त छ। यद्यपि, SiC मुख्यतया सहसंयोजक रूपमा बाँधिएको हुनाले, यसको स्व-प्रसार गुणांक अत्यन्त कम छ, जसले गर्दा सिन्टरिङ एड्स बिना घनत्वकरण गाह्रो हुन्छ।

सिन्टरिङ संयन्त्रको आधारमा, प्रेसरलेस सिन्टरिङलाई दुई वर्गमा विभाजन गर्न सकिन्छ: प्रेसरलेस लिक्विड-फेज सिन्टरिङ (PLS-SiC) र प्रेसरलेस सोलिड-स्टेट सिन्टरिङ (PSS-SiC)।

१.१ PLS-SiC (लिक्विड-फेज सिंटरिङ)

PLS-SiC लाई सामान्यतया २०००°C भन्दा कम तापक्रममा लगभग १० wt.% eutectic sintering एड्स (जस्तै Al₂O₃, CaO, MgO, TiO₂, र दुर्लभ-पृथ्वी अक्साइडहरू RE₂O₃) थपेर तरल चरण बनाउन, घनत्व प्राप्त गर्न कण पुनर्व्यवस्थित र द्रव्यमान स्थानान्तरणलाई बढावा दिएर सिंटर गरिन्छ। यो प्रक्रिया औद्योगिक-ग्रेड SiC सिरेमिकहरूको लागि उपयुक्त छ, तर तरल-चरण sintering मार्फत प्राप्त उच्च-शुद्धता SiC को कुनै रिपोर्ट आएको छैन।

१.२ PSS-SiC (ठोस-अवस्था सिंटरिङ)

PSS-SiC मा २०००°C भन्दा माथिको तापक्रममा लगभग १ wt.% additives सहित ठोस-अवस्था घनत्व समावेश हुन्छ। यो प्रक्रिया मुख्यतया सतह ऊर्जा घटाउन र घनत्व प्राप्त गर्न उच्च तापक्रमद्वारा संचालित परमाणु प्रसार र अन्न पुनर्संरचनामा निर्भर गर्दछ। BC (बोरोन-कार्बन) प्रणाली एक सामान्य additives संयोजन हो, जसले अन्न सीमा ऊर्जा कम गर्न र SiC सतहबाट SiO₂ हटाउन सक्छ। यद्यपि, परम्परागत BC additives ले प्रायः अवशिष्ट अशुद्धताहरू परिचय गराउँछ, जसले SiC शुद्धता घटाउँछ।

योजक सामग्री (B ०.४ wt.%, C १.८ wt.%) नियन्त्रण गरेर र २१५०°C मा ०.५ घण्टाको लागि सिंटरिङ गरेर, ९९.६ wt.% को शुद्धता र ९८.४% को सापेक्षिक घनत्व भएको उच्च-शुद्धता SiC सिरेमिकहरू प्राप्त गरियो। सूक्ष्म संरचनाले स्तम्भकार दानाहरू (केही लम्बाइमा ४५० µm भन्दा बढी), अन्नको सीमामा साना छिद्रहरू र अन्न भित्र ग्रेफाइट कणहरू देखायो। सिरेमिकहरूले ४४३ ± २७ MPa को लचिलो शक्ति, ४२० ± १ GPa को लोचदार मोड्युलस, र कोठाको तापक्रमदेखि ६००°C सम्मको दायरामा ३.८४ × १०⁻⁶ K⁻¹ को थर्मल विस्तार गुणांक प्रदर्शन गर्‍यो, जसले उत्कृष्ट समग्र प्रदर्शन प्रदर्शन गर्‍यो।

PSS-SiC को सूक्ष्म संरचना: (A) पालिसिङ र NaOH एचिङ पछि SEM छवि; (BD) पालिसिङ र एचिङ पछि BSD छविहरू

III. तातो प्रेसिंग सिंटरिंग

हट प्रेसिंग (HP) सिन्टरिंग एक घनत्वकरण प्रविधि हो जसले उच्च-तापमान र उच्च-दाब अवस्थाहरूमा पाउडर सामग्रीहरूमा ताप र एक-अक्षीय दबाव एकैसाथ लागू गर्दछ। उच्च चापले छिद्र गठनलाई उल्लेखनीय रूपमा रोक्छ र अन्नको वृद्धिलाई सीमित गर्दछ, जबकि उच्च तापक्रमले अन्न फ्यूजन र बाक्लो संरचनाहरूको गठनलाई बढावा दिन्छ, अन्ततः उच्च-घनत्व, उच्च-शुद्धता SiC सिरेमिक उत्पादन गर्दछ। दबाउने दिशात्मक प्रकृतिको कारण, यो प्रक्रियाले अन्न एनिसोट्रोपीलाई प्रेरित गर्छ, जसले मेकानिकल र पहिरन गुणहरूलाई असर गर्छ।

शुद्ध SiC सिरेमिकहरू additives बिना घनत्व गर्न गाह्रो हुन्छ, जसको लागि अति-उच्च-दबाव सिन्टरिङ आवश्यक पर्दछ। Nadeau et al. ले २५००°C र ५००० MPa मा additives बिना पूर्ण रूपमा घना SiC सफलतापूर्वक तयार गरे; सन et al. ले २५ GPa र १४००°C मा ४१.५ GPa सम्मको विकर्स कठोरता भएको β-SiC बल्क सामग्रीहरू प्राप्त गरे। ४ GPa दबाब प्रयोग गरेर, लगभग ९८% र ९९% को सापेक्षिक घनत्व, ३५ GPa को कठोरता, र ४५० GPa को लोचदार मोड्युलस भएका SiC सिरेमिकहरू क्रमशः १५००°C र १९००°C मा तयार पारिएका थिए। ५ GPa र १५००°C मा सिन्टरिङ माइक्रोन आकारको SiC पाउडरले ३१.३ GPa को कठोरता र ९८.४% को सापेक्षिक घनत्व भएको सिरेमिकहरू उत्पादन गर्यो।

यद्यपि यी नतिजाहरूले अल्ट्राहाई प्रेसरले एडिटिभ-मुक्त डेन्सिफिकेशन प्राप्त गर्न सक्छ भनेर देखाउँछन्, आवश्यक उपकरणको जटिलता र उच्च लागतले औद्योगिक अनुप्रयोगहरूलाई सीमित गर्दछ। त्यसकारण, व्यावहारिक तयारीमा, ट्रेस एडिटिभहरू वा पाउडर ग्रेन्युलेसन प्रायः सिन्टरिङ ड्राइभिङ फोर्स बढाउन प्रयोग गरिन्छ।

४ wt.% फेनोलिक रेजिनलाई additive को रूपमा थपेर र २३५०°C र ५० MPa मा sintering गरेर, ९२% को घनत्व दर र ९९.९९८% को शुद्धता भएको SiC सिरेमिक प्राप्त गरियो। कम additive मात्रा (बोरिक एसिड र D-fructose) प्रयोग गरेर र २०५०°C र ४० MPa मा sintering गरेर, ९९.५% भन्दा बढी सापेक्षिक घनत्व र ५५६ ppm को अवशिष्ट B सामग्री भएको उच्च-शुद्धता SiC तयार पारिएको थियो। SEM छविहरूले देखाए कि, दबाबरहित-sintered नमूनाहरूको तुलनामा, तातो-प्रेस गरिएका नमूनाहरूमा साना दानाहरू, कम छिद्रहरू, र उच्च घनत्व थियो। लचिलो शक्ति ४५३.७ ± ४४.९ MPa थियो, र लोचदार मोड्युलस ४४४.३ ± १.१ GPa पुग्यो।

१९००°C मा होल्डिङ समय बढाएर, अन्नको आकार १.५ μm बाट १.८ μm सम्म बढ्यो, र थर्मल चालकता १५५ बाट १६७ W·m⁻¹·K⁻¹ सम्म सुधार भयो, साथै प्लाज्मा जंग प्रतिरोध पनि बढ्यो।

१८५०°C र ३० MPa को अवस्थामा, दानेदार र एनिल गरिएको SiC पाउडरको तातो थिच्ने र द्रुत तातो थिच्ने कार्यले कुनै पनि additives बिना पूर्ण रूपमा घना β-SiC सिरेमिक उत्पादन गर्‍यो, जसको घनत्व ३.२ g/cm³ र सिंटरिङ तापक्रम परम्परागत प्रक्रियाहरू भन्दा १५०-२००°C कम थियो। सिरेमिकहरूले २७२९ GPa को कठोरता, ५.२५–५.३० MPa·m^१/२ को फ्र्याक्चर कठोरता, र उत्कृष्ट क्रिप प्रतिरोध (९.९ × १०⁻¹⁰ s⁻¹ को क्रिप दर र १४००°C/१४५०°C र १०० MPa मा ३.८ × १०⁻⁹ s⁻¹ को क्रिप दर) प्रदर्शन गरे।

(A) पालिस गरिएको सतहको SEM छवि; (B) फ्र्याक्चर सतहको SEM छवि; (C, D) पालिस गरिएको सतहको BSD छवि

पिजोइलेक्ट्रिक सिरेमिकको लागि थ्रीडी प्रिन्टिङ अनुसन्धानमा, सिरेमिक स्लरी, गठन र कार्यसम्पादनलाई प्रभाव पार्ने मुख्य कारकको रूपमा, घरेलु र अन्तर्राष्ट्रिय रूपमा प्रमुख फोकस बनेको छ। हालका अध्ययनहरूले सामान्यतया संकेत गर्छन् कि पाउडर कण आकार, स्लरी चिपचिपापन, र ठोस सामग्री जस्ता प्यारामिटरहरूले अन्तिम उत्पादनको गठन गुणस्तर र पिजोइलेक्ट्रिक गुणहरूलाई महत्त्वपूर्ण रूपमा असर गर्छ।

अनुसन्धानले पत्ता लगाएको छ कि माइक्रोन-, सबमाइक्रोन-, र न्यानो-आकारको बेरियम टाइटेनेट पाउडरहरू प्रयोग गरेर तयार पारिएका सिरेमिक स्लरीहरूले स्टेरियोलिथोग्राफी (जस्तै, LCD-SLA) प्रक्रियाहरूमा महत्त्वपूर्ण भिन्नताहरू प्रदर्शन गर्छन्। कण आकार घट्दै जाँदा, स्लरी चिपचिपापन उल्लेखनीय रूपमा बढ्छ, न्यानो-आकारको पाउडरहरूले अरबौं mPa·s सम्म पुग्ने चिपचिपापन भएका स्लरीहरू उत्पादन गर्छन्। माइक्रोन-आकारको पाउडर भएका स्लरीहरू मुद्रणको क्रममा डिलेमिनेशन र पिलिंग हुने सम्भावना हुन्छ, जबकि सबमाइक्रोन र न्यानो-आकारको पाउडरहरूले अधिक स्थिर गठन व्यवहार प्रदर्शन गर्छन्। उच्च-तापमान सिंटरिङ पछि, परिणामस्वरूप सिरेमिक नमूनाहरूले 5.44 g/cm³ को घनत्व, लगभग 200 pC/N को एक piezoelectric गुणांक (d₃₃), र कम हानि कारकहरू प्राप्त गरे, उत्कृष्ट इलेक्ट्रोमेकानिकल प्रतिक्रिया गुणहरू प्रदर्शन गर्दै।

थप रूपमा, माइक्रो-स्टेरियोलिथोग्राफी प्रक्रियाहरूमा, PZT-प्रकारको स्लरीहरूको ठोस सामग्री (जस्तै, ७५ wt.%) समायोजन गर्नाले ७.३५ g/cm³ को घनत्वको साथ सिन्टर गरिएको शरीरहरू प्राप्त भयो, जसले पोलिंग इलेक्ट्रिक क्षेत्रहरू अन्तर्गत ६०० pC/N सम्मको पाइजोइलेक्ट्रिक स्थिरांक प्राप्त गर्‍यो। माइक्रो-स्केल विरूपण क्षतिपूर्तिमा अनुसन्धानले गठन शुद्धतामा उल्लेखनीय सुधार गर्‍यो, ८०% सम्म ज्यामितीय शुद्धता बढायो।

PMN-PT पाइजोइलेक्ट्रिक सिरेमिकमा गरिएको अर्को अध्ययनले ठोस सामग्रीले सिरेमिक संरचना र विद्युतीय गुणहरूलाई गम्भीर रूपमा प्रभाव पार्छ भन्ने कुरा पत्ता लगायो। ८० wt.% ठोस सामग्रीमा, सिरेमिकमा उप-उत्पादनहरू सजिलै देखा पर्‍यो; ठोस सामग्री ८२ wt.% र माथि बढ्दै जाँदा, उप-उत्पादनहरू बिस्तारै गायब भए, र सिरेमिक संरचना उल्लेखनीय रूपमा सुधारिएको प्रदर्शनको साथ शुद्ध भयो। ८२ wt.% मा, सिरेमिकहरूले इष्टतम विद्युतीय गुणहरू प्रदर्शन गरे: ७३० pC/N को पिजोइलेक्ट्रिक स्थिरांक, ७२२६ को सापेक्षिक अनुमति, र केवल ०.०७ को डाइइलेक्ट्रिक हानि।

संक्षेपमा, सिरेमिक स्लरीहरूको कण आकार, ठोस सामग्री, र रियोलोजिकल गुणहरूले मुद्रण प्रक्रियाको स्थिरता र शुद्धतालाई मात्र असर गर्दैन तर सिन्टर्ड बडीहरूको घनत्व र पिजोइलेक्ट्रिक प्रतिक्रियालाई पनि प्रत्यक्ष रूपमा निर्धारण गर्दछ, जसले गर्दा तिनीहरूलाई उच्च-प्रदर्शन 3D-प्रिन्टेड पिजोइलेक्ट्रिक सिरेमिकहरू प्राप्त गर्न प्रमुख प्यारामिटरहरू बनाइन्छ।

BT/UV नमूनाहरूको LCD-SLA 3D प्रिन्टिङको मुख्य प्रक्रिया

विभिन्न ठोस सामग्रीहरू भएका PMN-PT सिरेमिकका गुणहरू

IV. स्पार्क प्लाज्मा सिंटरिङ

स्पार्क प्लाज्मा सिन्टरिङ (SPS) एक उन्नत सिन्टरिङ प्रविधि हो जसले द्रुत घनत्व प्राप्त गर्न पाउडरहरूमा एकैसाथ लागू गरिएको स्पन्दित करेन्ट र मेकानिकल दबाब प्रयोग गर्दछ। यस प्रक्रियामा, करेन्टले मोल्ड र पाउडरलाई सिधै तताउँछ, जुल ताप र प्लाज्मा उत्पन्न गर्दछ, छोटो समयमा (सामान्यतया १० मिनेट भित्र) कुशल सिन्टरिङ सक्षम पार्छ। द्रुत तापले सतह प्रसारलाई बढावा दिन्छ, जबकि स्पार्क डिस्चार्जले पाउडर सतहहरूबाट सोसिएका ग्यासहरू र अक्साइड तहहरू हटाउन मद्दत गर्दछ, सिन्टरिङ कार्यसम्पादनमा सुधार गर्दछ। विद्युत चुम्बकीय क्षेत्रहरूद्वारा प्रेरित इलेक्ट्रोमाइग्रेसन प्रभावले परमाणु प्रसारलाई पनि बढाउँछ।

परम्परागत तातो प्रेसिंगको तुलनामा, SPS ले बढी प्रत्यक्ष तताउने प्रयोग गर्दछ, जसले गर्दा कम तापक्रममा घनत्व सक्षम हुन्छ र प्रभावकारी रूपमा राम्रो र एकरूप सूक्ष्म संरचनाहरू प्राप्त गर्न अन्नको वृद्धिलाई रोक्छ। उदाहरणका लागि:

• कुनै पनि additives बिना, ग्राउन्ड SiC पाउडरलाई कच्चा पदार्थको रूपमा प्रयोग गरेर, २१००°C र ७० MPa मा ३० मिनेटको लागि सिन्टर गर्दा ९८% सापेक्षिक घनत्व भएका नमूनाहरू प्राप्त भए।
• १७००°C र ४० MPa मा १० मिनेटको लागि सिंटरिङ गर्दा ९८% घनत्व र केवल ३०-५० nm को दाना आकारको घन SiC उत्पादन भयो।
• ८० µm दानेदार SiC पाउडर प्रयोग गरेर १८६०°C र ५० MPa मा ५ मिनेटको लागि सिन्टर गर्दा ९८.५% सापेक्षिक घनत्व भएको उच्च-प्रदर्शन SiC सिरेमिक, २८.५ GPa को विकर्स माइक्रोहार्डनेस, ३९५ MPa को लचिलो शक्ति, र ४.५ MPa·m^१/२ को फ्र्याक्चर कठोरता प्राप्त भयो।

सूक्ष्म संरचनात्मक विश्लेषणले देखाएको छ कि सिंटरिङ तापक्रम १६००°C बाट १८६०°C सम्म बढ्दै जाँदा, सामग्रीको छिद्रता उल्लेखनीय रूपमा घट्यो, उच्च तापक्रममा पूर्ण घनत्वको नजिक पुग्यो।

SiC सिरेमिकको सूक्ष्म संरचना विभिन्न तापक्रममा सिंटर गरिएको थियो: (A) १६००°C, (B) १७००°C, (C) १७९०°C र (D) १८६०°C

V. थप उत्पादन

एडिटिभ म्यानुफ्याक्चरिङ (AM) ले हालै यसको तह-दर-तह निर्माण प्रक्रियाको कारणले जटिल सिरेमिक कम्पोनेन्टहरू निर्माण गर्न ठूलो सम्भावना प्रदर्शन गरेको छ। SiC सिरेमिकका लागि, बाइन्डर जेटिङ (BJ), 3DP, चयनात्मक लेजर सिन्टरिङ (SLS), प्रत्यक्ष मसी लेखन (DIW), र स्टेरियोलिथोग्राफी (SL, DLP) सहित धेरै AM प्रविधिहरू विकास गरिएको छ। यद्यपि, 3DP र DIW मा कम परिशुद्धता हुन्छ, जबकि SLS ले थर्मल तनाव र दरारहरू उत्पन्न गर्छ। यसको विपरीत, BJ र SL ले उच्च-शुद्धता, उच्च-परिशुद्धता जटिल सिरेमिकहरू उत्पादन गर्नमा ठूलो फाइदाहरू प्रदान गर्दछ।

1. बाइन्डर जेटिङ (BJ)

BJ प्रविधिमा बाइन्डरलाई बन्ड पाउडरमा तह-दर-तह स्प्रे गर्ने, त्यसपछि अन्तिम सिरेमिक उत्पादन प्राप्त गर्न डिबाइन्डिङ र सिन्टरिङ गर्ने समावेश छ। रासायनिक वाष्प घुसपैठ (CVI) सँग BJ संयोजन गरेर, उच्च-शुद्धता, पूर्ण रूपमा क्रिस्टलीय SiC सिरेमिकहरू सफलतापूर्वक तयार पारिएको थियो। प्रक्रियामा समावेश छ:

① BJ प्रयोग गरेर SiC सिरेमिक हरियो बडीहरू बनाउने।
② १०००°C र २०० Torr मा CVI मार्फत घनत्वकरण।
③ अन्तिम SiC सिरेमिकको घनत्व २.९५ g/cm³, तापीय चालकता ३७ W/m·K, र लचिलो शक्ति २९७ MPa थियो।

चिपकने जेट (BJ) मुद्रणको योजनाबद्ध रेखाचित्र। (A) कम्प्युटर-सहायता प्राप्त डिजाइन (CAD) मोडेल, (B) BJ सिद्धान्तको योजनाबद्ध रेखाचित्र, (C) BJ द्वारा SiC को मुद्रण, (D) रासायनिक वाष्प घुसपैठ (CVI) द्वारा SiC को घनत्वकरण।

2. स्टेरियोलिथोग्राफी (SL)

SL एक UV-क्युरिङ-आधारित सिरेमिक फर्मिङ टेक्नोलोजी हो जसमा अत्यन्तै उच्च परिशुद्धता र जटिल संरचना निर्माण क्षमताहरू छन्। यो विधिले फोटोपोलिमराइजेसन मार्फत थ्रीडी सिरेमिक ग्रीन बडीहरू बनाउन उच्च ठोस सामग्री र कम चिपचिपापन भएका फोटोसेन्सिटिभ सिरेमिक स्लरीहरू प्रयोग गर्दछ, त्यसपछि अन्तिम उत्पादन प्राप्त गर्न डिबाइन्डिङ र उच्च-तापमान सिन्टरिङ गरिन्छ।

३५ भोल्युम% SiC स्लरी प्रयोग गरेर, ४०५ एनएम यूभी विकिरण अन्तर्गत उच्च-गुणस्तरको थ्रीडी ग्रिन बडीहरू तयार पारियो र ८०० डिग्री सेल्सियसमा पोलिमर बर्नआउट र PIP उपचार मार्फत थप घनत्व प्रदान गरियो। नतिजाहरूले देखाए कि ३५ भोल्युम% स्लरीसँग तयार पारिएका नमूनाहरूले ८४.८% को सापेक्षिक घनत्व प्राप्त गरे, जसले ३०% र ४०% नियन्त्रण समूहहरूलाई उछिने।

स्लरी परिमार्जन गर्न लिपोफिलिक SiO₂ र फेनोलिक इपोक्सी रेजिन (PEA) को परिचय दिएर, फोटोपोलिमराइजेसन कार्यसम्पादन प्रभावकारी रूपमा सुधार गरिएको थियो। १६००°C मा ४ घण्टाको लागि सिंटरिङ गरेपछि, SiC मा लगभग पूर्ण रूपान्तरण प्राप्त भयो, अन्तिम अक्सिजन सामग्री मात्र ०.१२% थियो, जसले पूर्व-अक्सिडेशन वा पूर्व-घुसपैठ चरणहरू बिना उच्च-शुद्धता, जटिल-संरचित SiC सिरेमिकको एक-चरण निर्माण सक्षम बनायो।

मुद्रण संरचना र यसको सिंटरिङ प्रक्रियाको चित्रण। (A) २५°C मा सुकाएपछि, (B) १०००°C मा पाइरोलिसिस गरेपछि, र (C) १६००°C मा सिंटरिङ गरेपछि नमूनाको उपस्थिति।

स्टेरियोलिथोग्राफी थ्रीडी प्रिन्टिङको लागि फोटोसेन्सिटिभ Si₃N₄ सिरेमिक स्लरीहरू डिजाइन गरेर र डिबाइन्डिङ-प्रिसिन्टरिङ र उच्च-तापमान बुढ्यौली प्रक्रियाहरू प्रयोग गरेर, ९३.३% सैद्धान्तिक घनत्व, २७९.८ MPa को तन्य शक्ति, र ३०८.५–३३३.२ MPa को लचिलो शक्ति भएको Si₃N₄ सिरेमिकहरू तयार पारियो। अध्ययनहरूले पत्ता लगाए कि ४५ भोल्युम% ठोस सामग्री र १० सेकेन्ड एक्सपोजर समयको अवस्थामा, IT77-स्तर क्युरिङ प्रेसिजन भएको एकल-तह हरियो बडीहरू प्राप्त गर्न सकिन्छ। ०.१ °C/मिनेटको ताप दरको साथ कम-तापमान डिबाइन्डिङ प्रक्रियाले क्र्याक-मुक्त हरियो बडीहरू उत्पादन गर्न मद्दत गर्‍यो।

स्टेरियोलिथोग्राफीमा अन्तिम कार्यसम्पादनलाई असर गर्ने एउटा प्रमुख चरण सिन्टरिङ हो। अनुसन्धानले देखाउँछ कि सिन्टरिङ एड्स थप्दा सिरेमिक घनत्व र मेकानिकल गुणहरूलाई प्रभावकारी रूपमा सुधार गर्न सकिन्छ। उच्च-घनत्व Si₃N₄ सिरेमिकहरू तयार गर्न CeO₂ लाई सिन्टरिङ सहायता र विद्युतीय क्षेत्र-सहायता प्राप्त सिन्टरिङ प्रविधिको रूपमा प्रयोग गर्दा, CeO₂ ले अन्न सीमाहरूमा पृथकीकरण गरेको पाइयो, जसले अन्न सीमा स्लाइडिङ र घनत्वलाई बढावा दियो। परिणामस्वरूप सिरेमिकहरूले विकर्सको HV10/10 (1347.9 ± 2.4) को कठोरता र (6.57 ± 0.07) MPa·m¹/² को फ्र्याक्चर कठोरता प्रदर्शन गरे। MgO–Y₂O₃ additives को रूपमा, सिरेमिक माइक्रोस्ट्रक्चर एकरूपता सुधार गरिएको थियो, जसले कार्यसम्पादनलाई उल्लेखनीय रूपमा बढायो। 8 wt.% को कुल डोपिङ स्तरमा, लचिलो शक्ति र थर्मल चालकता क्रमशः 915.54 MPa र 59.58 W·m⁻¹·K⁻¹ पुग्यो।

VI. निष्कर्ष

संक्षेपमा, उच्च-शुद्धता सिलिकन कार्बाइड (SiC) सिरेमिक, एक उत्कृष्ट इन्जिनियरिङ सिरेमिक सामग्रीको रूपमा, अर्धचालक, एयरोस्पेस, र चरम-अवस्था उपकरणहरूमा व्यापक अनुप्रयोग सम्भावनाहरू प्रदर्शन गरेको छ। यस पेपरले उच्च-शुद्धता SiC सिरेमिकहरूको लागि पाँच विशिष्ट तयारी मार्गहरू व्यवस्थित रूपमा विश्लेषण गरेको छ - पुन: क्रिस्टलाइजेसन सिन्टरिङ, प्रेसरलेस सिन्टरिङ, हट प्रेसिंग, स्पार्क प्लाज्मा सिन्टरिङ, र एडिटिभ निर्माण - तिनीहरूको घनत्व संयन्त्र, प्रमुख प्यारामिटर अप्टिमाइजेसन, सामग्री प्रदर्शन, र सम्बन्धित फाइदाहरू र सीमितताहरूमा विस्तृत छलफलको साथ।

यो स्पष्ट छ कि उच्च शुद्धता, उच्च घनत्व, जटिल संरचना, र औद्योगिक सम्भाव्यता प्राप्त गर्ने सन्दर्भमा प्रत्येक फरक प्रक्रियाहरूमा अद्वितीय विशेषताहरू छन्। विशेष गरी, अतिरिक्त उत्पादन प्रविधिले जटिल आकारका र अनुकूलित कम्पोनेन्टहरू निर्माण गर्ने बलियो सम्भावना देखाएको छ, स्टेरियोलिथोग्राफी र बाइन्डर जेटिङ जस्ता उपक्षेत्रहरूमा सफलताहरू सहित, यसलाई उच्च-शुद्धता SiC सिरेमिक तयारीको लागि एक महत्त्वपूर्ण विकास दिशा बनाएको छ।

उच्च-शुद्धता SiC सिरेमिक तयारीमा भविष्यको अनुसन्धानलाई अझ गहिरो अध्ययन गर्न आवश्यक छ, प्रयोगशाला-स्तरीयबाट ठूलो-स्तरीय, अत्यधिक भरपर्दो इन्जिनियरिङ अनुप्रयोगहरूमा संक्रमणलाई प्रवर्द्धन गर्दै, जसले गर्दा उच्च-स्तरीय उपकरण निर्माण र अर्को पुस्ताको सूचना प्रविधिहरूको लागि महत्वपूर्ण सामग्री समर्थन प्रदान गरिनेछ।

XKH उच्च-प्रदर्शन सिरेमिक सामग्रीहरूको अनुसन्धान र उत्पादनमा विशेषज्ञता प्राप्त एक उच्च-प्रविधि उद्यम हो। यो उच्च-शुद्धता सिलिकन कार्बाइड (SiC) सिरेमिकको रूपमा ग्राहकहरूलाई अनुकूलित समाधानहरू प्रदान गर्न समर्पित छ। कम्पनीसँग उन्नत सामग्री तयारी प्रविधिहरू र सटीक प्रशोधन क्षमताहरू छन्। यसको व्यवसायले उच्च-शुद्धता SiC सिरेमिकहरूको अनुसन्धान, उत्पादन, सटीक प्रशोधन, र सतह उपचारलाई समेट्छ, जसले अर्धचालक, नयाँ ऊर्जा, एयरोस्पेस र उच्च-प्रदर्शन सिरेमिक घटकहरूको लागि अन्य क्षेत्रहरूको कडा आवश्यकताहरू पूरा गर्दछ। परिपक्व सिन्टरिङ प्रक्रियाहरू र थप उत्पादन प्रविधिहरूको लाभ उठाउँदै, हामी ग्राहकहरूलाई सामग्री सूत्र अनुकूलन, जटिल संरचना निर्माणदेखि सटीक प्रशोधनसम्म एक-स्टप सेवा प्रदान गर्न सक्छौं, उत्पादनहरूमा उत्कृष्ट मेकानिकल गुणहरू, थर्मल स्थिरता र जंग प्रतिरोध सुनिश्चित गर्दै।