අධි-පිරිසිදු සිලිකන් කාබයිඩ් (SiC) පිඟන් මැටි ඒවායේ සුවිශේෂී තාප සන්නායකතාවය, රසායනික ස්ථායිතාව සහ යාන්ත්‍රික ශක්තිය හේතුවෙන් අර්ධ සන්නායක, අභ්‍යවකාශ සහ රසායනික කර්මාන්තවල තීරණාත්මක සංරචක සඳහා කදිම ද්‍රව්‍ය ලෙස මතු වී තිබේ. ඉහළ කාර්ය සාධනයක් සහිත, අඩු දූෂණයක් සහිත සෙරමික් උපාංග සඳහා වැඩිවන ඉල්ලුමත් සමඟ, අධි-පිරිසිදු SiC පිඟන් මැටි සඳහා කාර්යක්ෂම හා පරිමාණය කළ හැකි සකස් කිරීමේ තාක්ෂණයන් සංවර්ධනය කිරීම ගෝලීය පර්යේෂණ අවධානයක් බවට පත්ව ඇත. මෙම පත්‍රිකාව, නැවත ස්ඵටිකීකරණ සින්ටර් කිරීම, පීඩන රහිත සින්ටර් කිරීම (PS), උණුසුම් පීඩනය (HP), ස්පාර්ක් ප්ලාස්මා සින්ටර් කිරීම (SPS) සහ ආකලන නිෂ්පාදනය (AM) ඇතුළු ඉහළ-පිරිසිදු SiC පිඟන් මැටි සඳහා වත්මන් ප්‍රධාන සූදානම් කිරීමේ ක්‍රම ක්‍රමානුකූලව සමාලෝචනය කරයි, සින්ටර් කිරීමේ යාන්ත්‍රණ, ප්‍රධාන පරාමිතීන්, ද්‍රව්‍යමය ගුණාංග සහ එක් එක් ක්‍රියාවලියේ පවතින අභියෝග සාකච්ඡා කිරීම කෙරෙහි අවධාරණය කරයි.
හමුදා සහ ඉංජිනේරු ක්ෂේත්‍රවල SiC සෙරමික් යෙදීම
වර්තමානයේ, අධි-පිරිසිදු SiC සෙරමික් සංරචක සිලිකන් වේෆර් නිෂ්පාදන උපකරණවල බහුලව භාවිතා වන අතර, ඔක්සිකරණය, ලිතෝග්‍රැෆි, කැටයම් කිරීම සහ අයන බද්ධ කිරීම වැනි මූලික ක්‍රියාවලීන් සඳහා සහභාගී වේ. වේෆර් තාක්ෂණයේ දියුණුවත් සමඟ, වේෆර් ප්‍රමාණයන් වැඩි කිරීම සැලකිය යුතු ප්‍රවණතාවක් බවට පත්ව ඇත. වත්මන් ප්‍රධාන ධාරාවේ වේෆර් ප්‍රමාණය 300 mm වන අතර, පිරිවැය සහ නිෂ්පාදන ධාරිතාව අතර හොඳ සමතුලිතතාවයක් අත්කර ගනී. කෙසේ වෙතත්, මුවර්ගේ නීතිය මගින් මෙහෙයවනු ලබන, 450 mm වේෆර්වල මහා පරිමාණ නිෂ්පාදනය දැනටමත් න්‍යාය පත්‍රයේ ඇත. විශාල වේෆර් සාමාන්‍යයෙන් විකෘති වීමට සහ විරූපණයට ප්‍රතිරෝධය දැක්වීම සඳහා ඉහළ ව්‍යුහාත්මක ශක්තියක් අවශ්‍ය වන අතර, විශාල ප්‍රමාණයේ, අධි-ශක්ති, අධි-පිරිසිදු SiC සෙරමික් සංරචක සඳහා වැඩිවන ඉල්ලුම තවදුරටත් ඉදිරියට ගෙන යයි. මෑත වසරවලදී, අච්චු අවශ්‍ය නොවන වේගවත් මූලාකෘති තාක්ෂණයක් ලෙස, ආකලන නිෂ්පාදනය (3D මුද්‍රණය), එහි ස්ථරයෙන් ස්ථරයට ඉදිකිරීම් සහ නම්‍යශීලී සැලසුම් හැකියාවන් හේතුවෙන් සංකීර්ණ-ව්‍යුහගත SiC සෙරමික් කොටස් නිෂ්පාදනය කිරීමේදී දැවැන්ත විභවයක් පෙන්නුම් කර ඇති අතර, පුළුල් අවධානයක් ආකර්ෂණය කර ගෙන ඇත.
මෙම පත්‍රිකාව අධි-සංශුද්ධතාවයෙන් යුත් SiC සෙරමික් සඳහා නියෝජිත සූදානම් කිරීමේ ක්‍රම පහක් ක්‍රමානුකූලව විශ්ලේෂණය කරනු ඇත - නැවත ස්ඵටිකීකරණ සින්ටර් කිරීම, පීඩන රහිත සින්ටර් කිරීම, උණුසුම් පීඩනය, ස්පාර්ක් ප්ලාස්මා සින්ටර් කිරීම සහ ආකලන නිෂ්පාදනය - ඒවායේ සින්ටර් කිරීමේ යාන්ත්‍රණයන්, ක්‍රියාවලි ප්‍රශස්තිකරණ උපාය මාර්ග, ද්‍රව්‍ය කාර්ය සාධන ලක්ෂණ සහ කාර්මික යෙදුම් අපේක්ෂාවන් කෙරෙහි අවධානය යොමු කරයි.
අධි-පිරිසිදු සිලිකන් කාබයිඩ් අමුද්‍රව්‍ය අවශ්‍යතා
I. නැවත ස්ඵටිකීකරණය සින්ටර් කිරීම
ප්‍රතිස්ඵටිකීකරණය කරන ලද සිලිකන් කාබයිඩ් (RSiC) යනු 2100–2500°C ඉහළ උෂ්ණත්වවලදී සින්ටර් කිරීමේ ආධාරක නොමැතිව සකස් කරන ලද ඉහළ සංශුද්ධතාවයකින් යුත් SiC ද්‍රව්‍යයකි. 19 වන සියවසේ අගභාගයේදී ෆ්‍රෙඩ්රික්සන් ප්‍රථම වරට ප්‍රතිස්ඵටිකීකරණ සංසිද්ධිය සොයාගත් දා සිට, එහි පිරිසිදු ධාන්‍ය මායිම් සහ වීදුරු අවධි සහ අපද්‍රව්‍ය නොමැති වීම හේතුවෙන් RSiC සැලකිය යුතු අවධානයක් දිනා ගෙන ඇත. ඉහළ උෂ්ණත්වවලදී, SiC සාපේක්ෂව ඉහළ වාෂ්ප පීඩනයක් පෙන්නුම් කරන අතර, එහි සින්ටර් කිරීමේ යාන්ත්‍රණයට ප්‍රධාන වශයෙන් වාෂ්පීකරණ-ඝනීභවනය කිරීමේ ක්‍රියාවලියක් ඇතුළත් වේ: සියුම් ධාන්‍ය වාෂ්ප වී විශාල ධාන්‍යවල මතුපිට නැවත තැන්පත් වන අතර, බෙල්ලේ වර්ධනය සහ ධාන්‍ය අතර සෘජු බන්ධනය ප්‍රවර්ධනය කරයි, එමඟින් ද්‍රව්‍ය ශක්තිය වැඩි දියුණු කරයි.
1990 දී, ක්‍රීගස්මන් විසින් 2200°C දී ස්ලිප් වාත්තු කිරීම භාවිතයෙන් 79.1% ක සාපේක්ෂ ඝනත්වයක් සහිත RSiC සකස් කරන ලද අතර, හරස්කඩ රළු ධාන්‍ය සහ සිදුරු වලින් සමන්විත ක්ෂුද්‍ර ව්‍යුහයක් පෙන්වයි. පසුව, Yi et al. හරිත සිරුරු සකස් කිරීම සඳහා ජෙල් වාත්තු කිරීම භාවිතා කළ අතර ඒවා 2450°C දී සින්ටර් කරන ලද අතර, 2.53 g/cm³ තොග ඝනත්වයක් සහ 55.4 MPa නම්‍යශීලී ශක්තියක් සහිත RSiC සෙරමික් ලබා ගත්තේය.
RSiC හි SEM අස්ථි බිඳීමේ මතුපිට
ඝන SiC හා සසඳන විට, RSiC අඩු ඝනත්වයක් (ආසන්න වශයෙන් 2.5 g/cm³) සහ විවෘත සිදුරු 20% ක් පමණ ඇති අතර, එය ඉහළ ශක්තියක් සහිත යෙදුම්වල එහි ක්‍රියාකාරිත්වය සීමා කරයි. එබැවින්, RSiC හි ඝනත්වය සහ යාන්ත්‍රික ගුණාංග වැඩිදියුණු කිරීම ප්‍රධාන පර්යේෂණ අවධානයක් බවට පත්ව ඇත. සුන්ග් සහ වෙනත් අය යෝජනා කළේ කාබන්/β-SiC මිශ්‍ර සංයුක්ත ද්‍රව්‍යවලට උණු කළ සිලිකන් විනිවිද යාම සහ 2200°C දී නැවත ස්ඵටිකීකරණය කිරීම, α-SiC රළු ධාන්‍ය වලින් සමන්විත ජාල ව්‍යුහයක් සාර්ථකව ගොඩනඟා ගැනීමයි. ප්‍රතිඵලයක් ලෙස RSiC 2.7 g/cm³ ඝනත්වයක් සහ 134 MPa නම්‍යශීලී ශක්තියක් ලබා ගත් අතර, ඉහළ උෂ්ණත්වවලදී විශිෂ්ට යාන්ත්‍රික ස්ථාවරත්වයක් පවත්වා ගෙන ගියේය.
ඝනත්වය තවදුරටත් වැඩි දියුණු කිරීම සඳහා, ගුඕ සහ තවත් අය RSiC හි බහු ප්‍රතිකාර සඳහා පොලිමර් ආක්‍රමණය සහ පයිරොලිසිස් (PIP) තාක්ෂණය භාවිතා කළහ. PCS/xylene ද්‍රාවණ සහ SiC/PCS/xylene slurry ආක්‍රමණ ලෙස භාවිතා කරමින්, PIP චක්‍ර 3–6 කට පසු, RSiC හි ඝනත්වය සැලකිය යුතු ලෙස වැඩිදියුණු විය (2.90 g/cm³ දක්වා), එහි නම්‍යශීලී ශක්තිය සමඟ. ඊට අමතරව, ඔවුන් PIP සහ නැවත ස්ඵටිකීකරණය ඒකාබද්ධ කරන චක්‍රීය උපාය මාර්ගයක් යෝජනා කළහ: 1400°C දී පයිරොලිසිස් සහ පසුව 2400°C දී නැවත ස්ඵටිකීකරණය, අංශු අවහිරතා ඵලදායී ලෙස ඉවත් කිරීම සහ සිදුරු අඩු කිරීම. අවසාන RSiC ද්‍රව්‍යය 2.99 g/cm³ ඝනත්වයක් සහ 162.3 MPa නම්‍යශීලී ශක්තියක් ලබා ගත් අතර, කැපී පෙනෙන පුළුල් කාර්ය සාධනයක් පෙන්නුම් කළේය.
පොලිමර් කාවැද්දීම සහ පයිරොලිසිස් (PIP)-ප්‍රතිස්ඵටිකීකරණ චක්‍රවලින් පසු ඔප දැමූ RSiC හි ක්ෂුද්‍ර ව්‍යුහ පරිණාමයේ SEM රූප: ආරම්භක RSiC (A), පළමු PIP-ප්‍රතිස්ඵටිකීකරණ චක්‍රයෙන් (B) පසුව සහ තුන්වන චක්‍රයෙන් (C) පසුව.
II. පීඩන රහිත සින්ටර් කිරීම
පීඩන රහිත සිලිකන් කාබයිඩ් (SiC) පිඟන් මැටි සාමාන්‍යයෙන් සකස් කරනු ලබන්නේ ඉහළ සංශුද්ධතාවයකින් යුත්, අතිශය සියුම් SiC කුඩු අමුද්‍රව්‍ය ලෙස භාවිතා කර, කුඩා ප්‍රමාණයේ සින්ටර් කිරීමේ ආධාරක එකතු කර, 1800–2150°C දී නිෂ්ක්‍රීය වායුගෝලයක හෝ රික්තයක සින්ටර් කරමිනි. මෙම ක්‍රමය විශාල ප්‍රමාණයේ සහ සංකීර්ණ ව්‍යුහගත සෙරමික් සංරචක නිෂ්පාදනය සඳහා සුදුසු වේ. කෙසේ වෙතත්, SiC ප්‍රධාන වශයෙන් සහසංයුජව බන්ධනය වී ඇති බැවින්, එහි ස්වයං-විසරණ සංගුණකය අතිශයින් අඩු බැවින්, සින්ටර් කිරීමේ ආධාරක නොමැතිව ඝනත්වය දුෂ්කර වේ.
සින්ටර් කිරීමේ යාන්ත්‍රණය මත පදනම්ව, පීඩන රහිත සින්ටර් කිරීම කාණ්ඩ දෙකකට බෙදිය හැකිය: පීඩන රහිත ද්‍රව-අදියර සින්ටර් කිරීම (PLS-SiC) සහ පීඩන රහිත ඝන-තත්ව සින්ටර් කිරීම (PSS-SiC).
1.1 PLS-SiC (ද්‍රව-අදියර සින්ටරින්)
PLS-SiC සාමාන්‍යයෙන් 2000°C ට අඩු උෂ්ණත්වයකදී සින්ටර් කරනු ලබන්නේ යුටෙක්ටික් සින්ටර් කිරීමේ ආධාරක වලින් ආසන්න වශයෙන් 10 wt.% ක් (Al₂O₃, CaO, MgO, TiO₂, සහ දුර්ලභ-පෘථිවි ඔක්සයිඩ RE₂O₃ වැනි) එකතු කිරීමෙන් ද්‍රව අවධියක් සෑදීමෙනි, එමඟින් ඝනත්වය ලබා ගැනීම සඳහා අංශු ප්‍රතිසංවිධානය සහ ස්කන්ධ හුවමාරුව ප්‍රවර්ධනය කරයි. මෙම ක්‍රියාවලිය කාර්මික ශ්‍රේණියේ SiC පිඟන් මැටි සඳහා සුදුසු වේ, නමුත් ද්‍රව-අදියර සින්ටර් කිරීම හරහා ලබා ගන්නා ලද ඉහළ සංශුද්ධතාවයකින් යුත් SiC පිළිබඳ වාර්තා නොමැත.
1.2 PSS-SiC (ඝන-තත්ව සින්ටරින්)
PSS-SiC 2000°C ට වැඩි උෂ්ණත්වවලදී ආසන්න වශයෙන් 1 wt.% ක ආකලන සමඟ ඝන-තත්ව ඝනත්වයට සම්බන්ධ වේ. මෙම ක්‍රියාවලිය ප්‍රධාන වශයෙන් රඳා පවතින්නේ මතුපිට ශක්තිය අඩු කර ඝනත්වය ලබා ගැනීම සඳහා ඉහළ උෂ්ණත්වයන් මගින් මෙහෙයවනු ලබන පරමාණුක විසරණය සහ ධාන්‍ය නැවත සකස් කිරීම මත ය. BC (බෝරෝන්-කාබන්) පද්ධතිය පොදු ආකලන සංයෝජනයක් වන අතර එමඟින් ධාන්‍ය මායිම් ශක්තිය අඩු කර SiC මතුපිටින් SiO₂ ඉවත් කළ හැකිය. කෙසේ වෙතත්, සාම්ප්‍රදායික BC ආකලන බොහෝ විට අවශේෂ අපද්‍රව්‍ය හඳුන්වා දෙන අතර එමඟින් SiC සංශුද්ධතාවය අඩු කරයි.
ආකලන අන්තර්ගතය (B 0.4 wt.%, C 1.8 wt.%) පාලනය කිරීමෙන් සහ පැය 0.5 ක් සඳහා 2150°C දී සින්ටර් කිරීමෙන්, 99.6 wt.% ක සංශුද්ධතාවයක් සහ 98.4% ක සාපේක්ෂ ඝනත්වයක් සහිත ඉහළ සංශුද්ධතාවයකින් යුත් SiC සෙරමික් ලබා ගන්නා ලදී. ක්ෂුද්‍ර ව්‍යුහය තීරු ධාන්‍ය (සමහරක් දිග 450 µm ඉක්මවන) පෙන්නුම් කළ අතර, ධාන්‍ය මායිම්වල කුඩා සිදුරු සහ ධාන්‍ය තුළ මිනිරන් අංශු ඇත. පිඟන් මැටි 443 ± 27 MPa නම්‍යශීලී ශක්තියක්, 420 ± 1 GPa ප්‍රත්‍යාස්ථතා මාපාංකයක් සහ කාමර උෂ්ණත්වයේ සිට 600°C දක්වා පරාසයක 3.84 × 10⁻⁶ K⁻¹ තාප ප්‍රසාරණ සංගුණකයක් පෙන්නුම් කළ අතර එය විශිෂ්ට සමස්ත කාර්ය සාධනයක් පෙන්නුම් කළේය.
PSS-SiC හි ක්ෂුද්‍ර ව්‍යුහය: (A) ඔප දැමීමෙන් සහ NaOH කැටයම් කිරීමෙන් පසු SEM රූපය; (BD) ඔප දැමීමෙන් සහ කැටයම් කිරීමෙන් පසු BSD රූප
III. උණුසුම් පීඩන සින්ටර් කිරීම
උණුසුම් පීඩන (HP) සින්ටර් කිරීම යනු අධි උෂ්ණත්ව සහ අධි පීඩන තත්වයන් යටතේ කුඩු ද්‍රව්‍යවලට තාපය සහ ඒක අක්ෂීය පීඩනය එකවර යොදන ඝනත්ව තාක්ෂණයකි. අධි පීඩනය සිදුරු සෑදීම සැලකිය යුතු ලෙස වළක්වන අතර ධාන්‍ය වර්ධනය සීමා කරයි, ඉහළ උෂ්ණත්වය ධාන්‍ය විලයනය සහ ඝන ව්‍යුහයන් ගොඩනැගීම ප්‍රවර්ධනය කරයි, අවසානයේ ඉහළ ඝනත්ව, අධි සංශුද්ධතාවයකින් යුත් SiC පිඟන් මැටි නිපදවයි. එබීමේ දිශානුගත ස්වභාවය නිසා, මෙම ක්‍රියාවලිය ධාන්‍ය ඇනිසොට්‍රොපි ඇති කිරීමට නැඹුරු වන අතර එය යාන්ත්‍රික සහ ගෙවී යාමේ ගුණාංගවලට බලපායි.
පිරිසිදු SiC සෙරමික් ආකලන නොමැතිව ඝනීකරණය කිරීමට අපහසු වන අතර, අතිශය අධි පීඩන සින්ටර් කිරීම අවශ්‍ය වේ. නඩෝ සහ අනෙකුත් අය 2500°C සහ 5000 MPa දී ආකලන නොමැතිව සම්පූර්ණයෙන්ම ඝන SiC සාර්ථකව සකස් කළහ; සන් සහ අනෙකුත් අය 25 GPa සහ 1400°C දී 41.5 GPa දක්වා Vickers දෘඪතාවක් සහිත β-SiC තොග ද්‍රව්‍ය ලබා ගත්හ. 4 GPa පීඩනයක් භාවිතා කරමින්, ආසන්න වශයෙන් 98% සහ 99% ක සාපේක්ෂ ඝනත්වයක්, 35 GPa ක දෘඪතාවක් සහ 450 GPa ක ප්‍රත්‍යාස්ථතා මාපාංකයක් සහිත SiC සෙරමික් පිළිවෙලින් 1500°C සහ 1900°C දී සකස් කරන ලදී. 5 GPa සහ 1500°C දී සින්ටර් කිරීමෙන් මයික්‍රෝන ප්‍රමාණයේ SiC කුඩු 31.3 GPa ක දෘඪතාවක් සහ 98.4% ක සාපේක්ෂ ඝනත්වයක් සහිත සෙරමික් ලබා දෙන ලදී.
මෙම ප්‍රතිඵලවලින් පෙන්නුම් කරන්නේ අතිශය ඉහළ පීඩනය ආකලන-නිදහස් ඝනත්වය ලබා ගත හැකි බවයි, නමුත් අවශ්‍ය උපකරණවල සංකීර්ණත්වය සහ අධික පිරිවැය කාර්මික යෙදුම් සීමා කරයි. එබැවින්, ප්‍රායෝගික සූදානමේදී, සින්ටර් කිරීමේ ගාමක බලය වැඩි දියුණු කිරීම සඳහා අංශු මාත්‍ර ආකලන හෝ කුඩු කැටිති බොහෝ විට භාවිතා වේ.
ආකලන ද්‍රව්‍යයක් ලෙස 4 wt.% ෆීනෝලික් ෙරසින් එකතු කිරීමෙන් සහ 2350°C සහ 50 MPa දී සින්ටර් කිරීමෙන්, 92% ක ඝනත්ව අනුපාතයක් සහ 99.998% ක සංශුද්ධතාවයක් සහිත SiC සෙරමික් ලබා ගන්නා ලදී. අඩු ආකලන ප්‍රමාණ (බෝරික් අම්ලය සහ D-ෆෲක්ටෝස්) සහ 2050°C සහ 40 MPa දී සින්ටර් කිරීම භාවිතා කරමින්, සාපේක්ෂ ඝනත්වය >99.5% සහ අවශේෂ B අන්තර්ගතය 556 ppm පමණක් සහිත ඉහළ සංශුද්ධතාවයක් සහිත SiC සකස් කරන ලදී. පීඩන රහිත-සින්ටර් කරන ලද සාම්පල හා සසඳන විට, උණුසුම්-පීඩිත සාම්පලවල කුඩා ධාන්‍ය, අඩු සිදුරු සහ ඉහළ ඝනත්වයක් ඇති බව SEM රූපවලින් පෙන්නුම් කෙරිණි. නම්‍යශීලී ශක්තිය 453.7 ± 44.9 MPa වූ අතර ප්‍රත්‍යාස්ථතා මාපාංකය 444.3 ± 1.1 GPa කරා ළඟා විය.
1900°C දී රඳවා ගැනීමේ කාලය දීර්ඝ කිරීමෙන්, ධාන්‍ය ප්‍රමාණය 1.5 μm සිට 1.8 μm දක්වා වැඩි වූ අතර, තාප සන්නායකතාවය 155 සිට 167 W·m⁻¹·K⁻¹ දක්වා වැඩි දියුණු වූ අතර, ප්ලාස්මා විඛාදන ප්‍රතිරෝධය ද වැඩි දියුණු කළේය.
1850°C සහ 30 MPa තත්ත්ව යටතේ, කැටිති සහ ඇනීල් කරන ලද SiC කුඩු උණුසුම් සම්පීඩනය සහ වේගවත් උණුසුම් සම්පීඩනය මගින් කිසිදු ආකලන නොමැතිව සම්පූර්ණයෙන්ම ඝන β-SiC සෙරමික් ලබා දෙන ලදී, ඝනත්වය 3.2 g/cm³ සහ සින්ටර් කිරීමේ උෂ්ණත්වය 150-200°C සාම්ප්‍රදායික ක්‍රියාවලීන්ට වඩා අඩුය. පිඟන් මැටි 2729 GPa දෘඪතාව, 5.25–5.30 MPa·m^1/2 අස්ථි බිඳීමේ දෘඪතාව සහ විශිෂ්ට ක්‍රිප් ප්‍රතිරෝධය (1400°C/1450°C සහ 100 MPa හි ක්‍රිප් අනුපාත 9.9 × 10⁻¹⁰ s⁻¹ සහ 3.8 × 10⁻⁹ s⁻¹) පෙන්නුම් කළේය.
(A) ඔප දැමූ පෘෂ්ඨයේ SEM රූපය; (B) අස්ථි බිඳීමේ පෘෂ්ඨයේ SEM රූපය; (C, D) ඔප දැමූ පෘෂ්ඨයේ BSD රූපය
පීසෝ ඉලෙක්ට්‍රික් සෙරමික් සඳහා වන ත්‍රිමාණ මුද්‍රණ පර්යේෂණයේදී, සැකසීමට සහ ක්‍රියාකාරිත්වයට බලපාන මූලික සාධකය ලෙස සෙරමික් පොහොර, දේශීයව සහ ජාත්‍යන්තරව ප්‍රධාන අවධානයක් යොමු කර ඇත.වත්මන් අධ්‍යයනයන් සාමාන්‍යයෙන් පෙන්නුම් කරන්නේ කුඩු අංශු ප්‍රමාණය, පොහොර දුස්ස්රාවිතතාවය සහ ඝන අන්තර්ගතය වැනි පරාමිතීන් අවසාන නිෂ්පාදනයේ සෑදීමේ ගුණාත්මකභාවය සහ පීසෝ ඉලෙක්ට්‍රික් ගුණාංග කෙරෙහි සැලකිය යුතු ලෙස බලපාන බවයි.
පර්යේෂණවලින් සොයාගෙන ඇත්තේ මයික්‍රෝන-, උපමයික්‍රෝන- සහ නැනෝ ප්‍රමාණයේ බේරියම් ටයිටනේට් කුඩු භාවිතයෙන් සකස් කරන ලද සෙරමික් පොහොර, ස්ටීරියෝලිතෝග්‍රැෆි (උදා: LCD-SLA) ක්‍රියාවලීන්හි සැලකිය යුතු වෙනස්කම් පෙන්නුම් කරන බවයි. අංශු ප්‍රමාණය අඩු වන විට, පොහොර දුස්ස්රාවිතතාවය සැලකිය යුතු ලෙස වැඩි වන අතර, නැනෝ ප්‍රමාණයේ කුඩු දුස්ස්රාවීතාවයන් සහිත පොහොර නිපදවන අතර බිලියන ගණනක් mPa·s කරා ළඟා වේ. මයික්‍රෝන ප්‍රමාණයේ කුඩු සහිත පොහොර මුද්‍රණය කිරීමේදී දිරාපත් වීමට සහ පීල් වීමට ඉඩ ඇති අතර, උපමයික්‍රෝන සහ නැනෝ ප්‍රමාණයේ කුඩු වඩාත් ස්ථායී සෑදීමේ හැසිරීමක් පෙන්නුම් කරයි. ඉහළ-උෂ්ණත්ව සින්ටර් කිරීමෙන් පසු, ප්‍රතිඵලයක් ලෙස සෙරමික් සාම්පල 5.44 g/cm³ ඝනත්වයක්, ආසන්න වශයෙන් 200 pC/N ක පීසෝ ඉලෙක්ට්‍රික් සංගුණකයක් (d₃₃) සහ අඩු පාඩු සාධක ලබා ගත් අතර, විශිෂ්ට විද්‍යුත් යාන්ත්‍රික ප්‍රතිචාර ගුණාංග ප්‍රදර්ශනය කරයි.
මීට අමතරව, ක්ෂුද්‍ර-ස්ටීරියෝලිතෝග්‍රැෆි ක්‍රියාවලීන්හිදී, PZT වර්ගයේ පොහොරවල ඝන අන්තර්ගතය සකස් කිරීමෙන් (උදා: 75 wt.%) 7.35 g/cm³ ඝනත්වයක් සහිත සින්ටර් කරන ලද සිරුරු ලබා දුන් අතර, පොලිං විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍ර යටතේ 600 pC/N දක්වා පීසෝ විද්‍යුත් නියතයක් ලබා ගත්තේය. ක්ෂුද්‍ර පරිමාණ විරූපණ වන්දි පිළිබඳ පර්යේෂණ මගින් ආකෘතිකරණ නිරවද්‍යතාවය සැලකිය යුතු ලෙස වැඩිදියුණු කළ අතර, ජ්‍යාමිතික නිරවද්‍යතාවය 80% දක්වා වැඩි දියුණු කරන ලදී.
PMN-PT පීසෝ ඉලෙක්ට්‍රික් සෙරමික් පිළිබඳ තවත් අධ්‍යයනයකින් හෙළි වූයේ ඝන අන්තර්ගතය සෙරමික් ව්‍යුහයට සහ විද්‍යුත් ගුණාංගවලට තීරණාත්මක ලෙස බලපාන බවයි. 80 wt.% ඝන අන්තර්ගතයේදී, අතුරු නිෂ්පාදන පහසුවෙන් සෙරමික් තුළ දිස් විය; ඝන අන්තර්ගතය 82 wt.% සහ ඊට වැඩි වන විට, අතුරු නිෂ්පාදන ක්‍රමයෙන් අතුරුදහන් වූ අතර, සැලකිය යුතු ලෙස වැඩිදියුණු කළ කාර්ය සාධනයක් සහිතව සෙරමික් ව්‍යුහය පිරිසිදු විය. 82 wt.% දී, සෙරමික් ප්‍රශස්ත විද්‍යුත් ගුණාංග ප්‍රදර්ශනය කළේය: 730 pC/N හි පීසෝ ඉලෙක්ට්‍රික් නියතය, 7226 හි සාපේක්ෂ අවසරය සහ 0.07 පමණක් වන පාර විද්‍යුත් අලාභය.
සාරාංශයක් ලෙස, සෙරමික් පොහොරවල අංශු ප්‍රමාණය, ඝන අන්තර්ගතය සහ භූ විද්‍යාත්මක ගුණාංග මුද්‍රණ ක්‍රියාවලියේ ස්ථායිතාව සහ නිරවද්‍යතාවයට බලපානවා පමණක් නොව, සින්ටර් කරන ලද සිරුරුවල ඝනත්වය සහ පීසෝ ඉලෙක්ට්‍රික් ප්‍රතිචාරය සෘජුවම තීරණය කරයි, එමඟින් ඉහළ කාර්ය සාධනයක් සහිත ත්‍රිමාණ මුද්‍රිත පීසෝ ඉලෙක්ට්‍රික් සෙරමික් ලබා ගැනීම සඳහා ඒවා ප්‍රධාන පරාමිතීන් බවට පත් කරයි.
BT/UV සාම්පල LCD-SLA 3D මුද්‍රණය කිරීමේ ප්‍රධාන ක්‍රියාවලිය
විවිධ ඝන අන්තර්ගතයන් සහිත PMN-PT සෙරමික් වල ගුණාංග
IV. ස්පාර්ක් ප්ලාස්මා සින්ටර් කිරීම
ස්පාර්ක් ප්ලාස්මා සින්ටර් කිරීම (SPS) යනු වේගවත් ඝනත්වයක් ලබා ගැනීම සඳහා කුඩු වලට එකවර යොදන ස්පන්දන ධාරාව සහ යාන්ත්‍රික පීඩනය භාවිතා කරන දියුණු සින්ටර් කිරීමේ තාක්ෂණයකි. මෙම ක්‍රියාවලියේදී, ධාරාව අච්චුව සහ කුඩු සෘජුවම රත් කර, ජූල් තාපය සහ ප්ලාස්මා ජනනය කරයි, කෙටි කාලයක් තුළ (සාමාන්‍යයෙන් මිනිත්තු 10 ක් ඇතුළත) කාර්යක්ෂම සින්ටර් කිරීම සක්‍රීය කරයි. වේගවත් උණුසුම මතුපිට විසරණය ප්‍රවර්ධනය කරන අතර, ස්පාර්ක් විසර්ජනය කුඩු මතුපිටින් අවශෝෂණය කරන ලද වායූන් සහ ඔක්සයිඩ් ස්ථර ඉවත් කිරීමට උපකාරී වන අතර, සින්ටර් කිරීමේ ක්‍රියාකාරිත්වය වැඩි දියුණු කරයි. විද්‍යුත් චුම්භක ක්ෂේත්‍ර මගින් ඇති කරන විද්‍යුත් සංක්‍රමණ බලපෑම පරමාණුක විසරණය ද වැඩි දියුණු කරයි.
සාම්ප්‍රදායික උණුසුම් සම්පීඩනය හා සසඳන විට, SPS වැඩි සෘජු උණුසුමක් භාවිතා කරයි, අඩු උෂ්ණත්වවලදී ඝනත්වයට ඉඩ සලසන අතර සියුම් හා ඒකාකාර ක්ෂුද්‍ර ව්‍යුහයන් ලබා ගැනීම සඳහා ධාන්‍ය වර්ධනය ඵලදායී ලෙස වළක්වයි. උදාහරණයක් ලෙස:
- ආකලන නොමැතිව, බිම් SiC කුඩු අමුද්‍රව්‍ය ලෙස භාවිතා කර, 2100°C සහ 70 MPa උෂ්ණත්වයකදී මිනිත්තු 30ක් සින්ටර් කිරීමෙන් 98% සාපේක්ෂ ඝනත්වය සහිත සාම්පල ලබා ගන්නා ලදී.
- 1700°C සහ 40 MPa උෂ්ණත්වයකදී මිනිත්තු 10ක් සින්ටර් කිරීමෙන් 98% ඝනත්වයක් සහ 30-50 nm පමණක් ඇති ධාන්‍ය ප්‍රමාණයෙන් යුත් ඝන SiC නිපදවන ලදී.
- 80 µm කැටිති SiC කුඩු භාවිතා කර 1860°C සහ 50 MPa උෂ්ණත්වයකදී මිනිත්තු 5ක් සින්ටර් කිරීමෙන් 98.5% සාපේක්ෂ ඝනත්වය, 28.5 GPa හි Vickers ක්ෂුද්‍ර දෘඪතාව, 395 MPa හි නම්‍යශීලී ශක්තිය සහ 4.5 MPa·m^1/2 හි අස්ථි බිඳීමේ දෘඪතාව සහිත ඉහළ කාර්යසාධනයක් සහිත SiC සෙරමික් ලබා ගන්නා ලදී.
ක්ෂුද්‍ර ව්‍යුහාත්මක විශ්ලේෂණයෙන් පෙන්නුම් කළේ සින්ටර් කිරීමේ උෂ්ණත්වය 1600°C සිට 1860°C දක්වා වැඩි වන විට, ද්‍රව්‍ය සිදුරු සැලකිය යුතු ලෙස අඩු වී ඉහළ උෂ්ණත්වවලදී සම්පූර්ණ ඝනත්වයට ළඟා වන බවයි.
විවිධ උෂ්ණත්වවලදී සින්ටර් කරන ලද SiC සෙරමික් වල ක්ෂුද්‍ර ව්‍යුහය: (A) 1600°C, (B) 1700°C, (C) 1790°C සහ (D) 1860°C
V. ආකලන නිෂ්පාදනය
සංකීර්ණ සෙරමික් සංරචක නිෂ්පාදනය කිරීමේදී ආකලන නිෂ්පාදනය (AM) මෑතකදී එහි ස්ථරයෙන් ස්ථරයට ඉදිකිරීම් ක්‍රියාවලිය හේතුවෙන් දැවැන්ත විභවයක් පෙන්නුම් කර ඇත. SiC සෙරමික් සඳහා, බයින්ඩර් ජෙටින් (BJ), 3DP, තෝරාගත් ලේසර් සින්ටර් කිරීම (SLS), සෘජු තීන්ත ලිවීම (DIW) සහ ස්ටීරියෝලිතෝග්‍රැෆි (SL, DLP) ඇතුළු බහු AM තාක්ෂණයන් සංවර්ධනය කර ඇත. කෙසේ වෙතත්, 3DP සහ DIW අඩු නිරවද්‍යතාවයක් ඇති අතර, SLS තාප ආතතිය සහ ඉරිතැලීම් ඇති කරයි. ඊට වෙනස්ව, ඉහළ සංශුද්ධතාවයකින් යුත්, ඉහළ නිරවද්‍යතාවයකින් යුත් සංකීර්ණ සෙරමික් නිෂ්පාදනය කිරීමේදී BJ සහ SL වැඩි වාසි ලබා දෙයි.
- බයින්ඩර් ජෙටින් (BJ)
BJ තාක්ෂණයට බන්ධන කුඩු වලට බන්ධකය ස්ථරයෙන් ස්ථරයට ඉසීම, ඉන්පසු අවසාන සෙරමික් නිෂ්පාදනය ලබා ගැනීම සඳහා බන්ධනය ඉවත් කිරීම සහ සින්ටර් කිරීම ඇතුළත් වේ. රසායනික වාෂ්ප ආක්‍රමණය (CVI) සමඟ BJ ඒකාබද්ධ කිරීමෙන්, ඉහළ සංශුද්ධතාවයකින් යුත්, සම්පූර්ණයෙන්ම ස්ඵටිකරූපී SiC සෙරමික් සාර්ථකව සකස් කරන ලදී. ක්‍රියාවලියට ඇතුළත් වන්නේ:
① BJ භාවිතයෙන් SiC සෙරමික් හරිත සිරුරු සෑදීම.
② 1000°C සහ 200 Torr දී CVI හරහා ඝනීකරණය.
③ අවසාන SiC සෙරමික් වල ඝනත්වය 2.95 g/cm³, තාප සන්නායකතාවය 37 W/m·K සහ නම්‍යශීලී ශක්තිය 297 MPa විය.
ඇලවුම් ජෙට් (BJ) මුද්‍රණයේ ක්‍රමානුරූප සටහන. (A) පරිගණක ආධාරක සැලසුම් (CAD) ආකෘතිය, (B) BJ මූලධර්මයේ ක්‍රමානුරූප සටහන, (C) BJ මගින් SiC මුද්‍රණය කිරීම, (D) රසායනික වාෂ්ප ආක්‍රමණය (CVI) මගින් SiC ඝනත්වය.
- ස්ටීරියෝලිතෝග්‍රැෆි (SL)
SL යනු අතිශය ඉහළ නිරවද්‍යතාවයක් සහ සංකීර්ණ ව්‍යුහ නිෂ්පාදන හැකියාවන් සහිත UV-සුව කිරීම මත පදනම් වූ සෙරමික් සැකසුම් තාක්ෂණයකි. මෙම ක්‍රමය ඉහළ ඝන අන්තර්ගතයක් සහ අඩු දුස්ස්‍රාවීතාවයක් සහිත ප්‍රභාසංවේදී සෙරමික් පොහොර භාවිතා කරමින්, ප්‍රකාශ පොලිමරීකරණය හරහා ත්‍රිමාණ සෙරමික් හරිත ශරීර සාදයි, ඉන්පසු අවසාන නිෂ්පාදනය ලබා ගැනීම සඳහා විසංයෝජනය සහ ඉහළ-උෂ්ණත්ව සින්ටර් කිරීම සිදු කරයි.
35 vol.% SiC පොහොර මිශ්‍රණයක් භාවිතා කරමින්, උසස් තත්ත්වයේ 3D හරිත සිරුරු 405 nm UV විකිරණය යටතේ සකස් කරන ලද අතර 800°C දී පොලිමර් පිළිස්සීම සහ PIP ප්‍රතිකාරය හරහා තවදුරටත් ඝනත්වයට පත් කරන ලදී. ප්‍රතිඵලවලින් පෙනී ගියේ 35 vol.% පොහොර මිශ්‍රණයකින් සකස් කරන ලද සාම්පල 84.8% ක සාපේක්ෂ ඝනත්වයක් ලබා ගත් බවත්, 30% සහ 40% පාලන කණ්ඩායම් අභිබවා ගිය බවත්ය.
පොහොරමය කොටස වෙනස් කිරීම සඳහා ලිපොෆිලික් SiO₂ සහ ෆීනොලික් ඉෙපොක්සි ෙරසින් (PEA) හඳුන්වා දීමෙන්, ප්‍රකාශ පොලිමරීකරණ කාර්ය සාධනය ඵලදායී ලෙස වැඩිදියුණු විය. පැය 4 ක් සඳහා 1600°C දී සින්ටර් කිරීමෙන් පසු, SiC බවට ආසන්න වශයෙන් සම්පූර්ණ පරිවර්තනයක් ලබා ගන්නා ලදී, අවසාන ඔක්සිජන් අන්තර්ගතය 0.12% ක් පමණි, පූර්ව ඔක්සිකරණය හෝ පූර්ව ආක්‍රමණ පියවර නොමැතිව ඉහළ සංශුද්ධතාවයකින් යුත්, සංකීර්ණ-ව්‍යුහගත SiC සෙරමික් එක්-පියවරක් නිෂ්පාදනය කිරීමට හැකි විය.
මුද්‍රණ ව්‍යුහය සහ එහි සින්ටර් කිරීමේ ක්‍රියාවලිය පිළිබඳ නිදර්ශනය. (A) 25°C දී වියළීමෙන් පසු, (B) 1000°C දී පයිරොලයිසිස් සහ (C) 1600°C දී සින්ටර් කිරීමෙන් පසු සාම්පලයේ පෙනුම.
ස්ටීරියෝලිතෝග්‍රැෆි ත්‍රිමාණ මුද්‍රණය සඳහා ප්‍රභාසංවේදී Si₃N₄ සෙරමික් පොහොර නිර්මාණය කිරීමෙන් සහ බන්ධන-ප්‍රෙසින්ටරින් සහ ඉහළ-උෂ්ණත්ව වයස්ගත කිරීමේ ක්‍රියාවලීන් භාවිතා කරමින්, 93.3% න්‍යායික ඝනත්වය, 279.8 MPa ආතන්ය ශක්තිය සහ 308.5–333.2 MPa නම්‍යශීලී ශක්තිය සහිත Si₃N₄ සෙරමික් සකස් කරන ලදී. 45 vol.% ඝන අන්තර්ගතයක් සහ තත්පර 10 ක නිරාවරණ කාලයක කොන්දේසි යටතේ, IT77 මට්ටමේ සුව කිරීමේ නිරවද්‍යතාවයක් සහිත තනි ස්ථර හරිත ශරීර ලබා ගත හැකි බව අධ්‍යයනවලින් හෙළි විය. 0.1 °C/min තාපන අනුපාතයක් සහිත අඩු-උෂ්ණත්ව විබන්ධන ක්‍රියාවලියක් ඉරිතැලීම්-නිදහස් හරිත ශරීර නිපදවීමට උපකාරී විය.
ස්ටීරියෝලිතෝග්‍රැෆි වල අවසාන කාර්ය සාධනයට බලපාන ප්‍රධාන පියවරක් වන්නේ සින්ටර් කිරීම ය. පර්යේෂණවලින් පෙනී යන්නේ සින්ටර් කිරීමේ ආධාරක එකතු කිරීමෙන් සෙරමික් ඝනත්වය සහ යාන්ත්‍රික ගුණාංග ඵලදායී ලෙස වැඩිදියුණු කළ හැකි බවයි. ඉහළ ඝනත්ව Si₃N₄ සෙරමික් සකස් කිරීම සඳහා සින්ටර් කිරීමේ ආධාරකයක් සහ විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍ර ආධාරක සින්ටර් කිරීමේ තාක්ෂණයක් ලෙස CeO₂ භාවිතා කරමින්, CeO₂ ධාන්‍ය මායිම්වල වෙන් කිරීම, ධාන්‍ය මායිම් ලිස්සා යාම සහ ඝනත්වය ප්‍රවර්ධනය කිරීම සඳහා සොයා ගන්නා ලදී. ප්‍රතිඵලයක් ලෙස සෙරමික් HV10/10 (1347.9 ± 2.4) හි විකර්ස් දෘඪතාව සහ (6.57 ± 0.07) MPa·m¹/² හි අස්ථි බිඳීමේ දෘඪතාව පෙන්නුම් කළේය. MgO–Y₂O₃ ආකලන ලෙස භාවිතා කිරීමෙන්, සෙරමික් ක්ෂුද්‍ර ව්‍යුහ සමජාතීයතාවය වැඩිදියුණු වූ අතර, කාර්ය සාධනය සැලකිය යුතු ලෙස වැඩි දියුණු විය. 8 wt.% ක මුළු මාත්‍රණ මට්ටමක දී, නම්‍යශීලී ශක්තිය සහ තාප සන්නායකතාවය පිළිවෙලින් 915.54 MPa සහ 59.58 W·m⁻¹·K⁻¹ දක්වා ළඟා විය.
VI. නිගමනය
සාරාංශයක් ලෙස, කැපී පෙනෙන ඉංජිනේරු සෙරමික් ද්‍රව්‍යයක් ලෙස අධි-සංශුද්ධතා සිලිකන් කාබයිඩ් (SiC) පිඟන් මැටි, අර්ධ සන්නායක, අභ්‍යවකාශ සහ ආන්තික තත්ව උපකරණවල පුළුල් යෙදුම් අපේක්ෂාවන් පෙන්නුම් කර ඇත. මෙම පත්‍රිකාව මඟින් අධි-සංශුද්ධතා SiC පිඟන් මැටි සඳහා සාමාන්‍ය සූදානම් කිරීමේ මාර්ග පහක් - නැවත ස්ඵටිකීකරණ සින්ටර් කිරීම, පීඩන රහිත සින්ටර් කිරීම, උණුසුම් පීඩනය, ස්පාර්ක් ප්ලාස්මා සින්ටර් කිරීම සහ ආකලන නිෂ්පාදනය - ඒවායේ ඝනත්ව යාන්ත්‍රණයන්, ප්‍රධාන පරාමිති ප්‍රශස්තිකරණය, ද්‍රව්‍ය ක්‍රියාකාරිත්වය සහ අදාළ වාසි සහ සීමාවන් පිළිබඳ සවිස්තරාත්මක සාකච්ඡා සමඟින් ක්‍රමානුකූලව විශ්ලේෂණය කරන ලදී.
ඉහළ සංශුද්ධතාවය, ඉහළ ඝනත්වය, සංකීර්ණ ව්‍යුහයන් සහ කාර්මික ශක්‍යතාව සාක්ෂාත් කර ගැනීම සම්බන්ධයෙන් විවිධ ක්‍රියාවලීන් එකිනෙකට අනන්‍ය ලක්ෂණ ඇති බව පැහැදිලිය. විශේෂයෙන් ආකලන නිෂ්පාදන තාක්ෂණය, ස්ටීරියෝලිතෝග්‍රැෆි සහ බයින්ඩර් ජෙටින් වැනි උප ක්ෂේත්‍රවල ඉදිරි ගමනක් සමඟින්, සංකීර්ණ හැඩැති සහ අභිරුචිකරණය කළ සංරචක නිෂ්පාදනය කිරීමේදී ප්‍රබල විභවයක් පෙන්නුම් කර ඇති අතර, එය ඉහළ සංශුද්ධතාවයකින් යුත් SiC සෙරමික් සකස් කිරීම සඳහා වැදගත් සංවර්ධන දිශාවක් බවට පත් කරයි.
අධි-සංශුද්ධතාවයෙන් යුත් SiC සෙරමික් සකස් කිරීම පිළිබඳ අනාගත පර්යේෂණ ගැඹුරින් සොයා බැලිය යුතු අතර, රසායනාගාර පරිමාණයෙන් මහා පරිමාණ, ඉතා විශ්වාසදායක ඉංජිනේරු යෙදුම් වෙත සංක්‍රමණය ප්‍රවර්ධනය කිරීම, එමඟින් ඉහළ මට්ටමේ උපකරණ නිෂ්පාදනය සහ ඊළඟ පරම්පරාවේ තොරතුරු තාක්ෂණයන් සඳහා තීරණාත්මක ද්‍රව්‍යමය සහාය ලබා දීම අවශ්‍ය වේ.
XKH යනු ඉහළ කාර්යසාධනයක් සහිත සෙරමික් ද්‍රව්‍ය පර්යේෂණ සහ නිෂ්පාදනය සඳහා විශේෂිත වූ අධි තාක්‍ෂණික ව්‍යවසායකි. එය ඉහළ සංශුද්ධතාවයකින් යුත් සිලිකන් කාබයිඩ් (SiC) සෙරමික් ආකාරයෙන් පාරිභෝගිකයින් සඳහා අභිරුචිකරණය කළ විසඳුම් ලබා දීමට කැපවී සිටී. සමාගම සතුව උසස් ද්‍රව්‍ය සැකසීමේ තාක්ෂණයන් සහ නිරවද්‍ය සැකසුම් හැකියාවන් ඇත. එහි ව්‍යාපාරයට ඉහළ කාර්යසාධනයක් සහිත සෙරමික් සංරචක සඳහා අර්ධ සන්නායක, නව ශක්තිය, අභ්‍යවකාශ සහ අනෙකුත් ක්ෂේත්‍රවල දැඩි අවශ්‍යතා සපුරාලමින් ඉහළ සංශුද්ධතාවයකින් යුත් SiC සෙරමික් පර්යේෂණ, නිෂ්පාදනය, නිරවද්‍ය සැකසුම් සහ මතුපිට ප්‍රතිකාර ඇතුළත් වේ. පරිණත සින්ටර් කිරීමේ ක්‍රියාවලීන් සහ ආකලන නිෂ්පාදන තාක්ෂණයන් උපයෝගී කරගනිමින්, අපට පාරිභෝගිකයින්ට ද්‍රව්‍ය සූත්‍ර ප්‍රශස්තිකරණය, සංකීර්ණ ව්‍යුහ ගොඩනැගීමේ සිට නිරවද්‍ය සැකසුම් දක්වා එක්-නැවතුම් සේවාවක් ලබා දිය හැකිය, නිෂ්පාදනවල විශිෂ්ට යාන්ත්‍රික ගුණාංග, තාප ස්ථායිතාව සහ විඛාදන ප්‍රතිරෝධය ඇති බව සහතික කරයි.
පළ කිරීමේ කාලය: ජූලි-30-2025