Yüksək təmizlikli silikon karbid (SiC) keramika, müstəsna istilik keçiriciliyi, kimyəvi stabilliyi və mexaniki möhkəmliyi sayəsində yarımkeçirici, aerokosmik və kimya sənayesində vacib komponentlər üçün ideal material kimi ortaya çıxmışdır. Yüksək performanslı, aşağı çirklənməyə malik keramika cihazlarına artan tələbatla, yüksək təmizlikli SiC keramika üçün səmərəli və miqyaslı hazırlama texnologiyalarının inkişafı qlobal tədqiqat mərkəzinə çevrilmişdir. Bu məqalədə yenidən kristallaşma sinterləməsi, təzyiqsiz sinterləmə (PS), isti presləmə (HP), qığılcımlı plazma sinterləməsi (SPS) və aşqar istehsalı (AM) daxil olmaqla, yüksək təmizlikli SiC keramika üçün mövcud əsas hazırlama metodları sistematik şəkildə nəzərdən keçirilir və hər bir prosesin sinterləmə mexanizmləri, əsas parametrləri, material xüsusiyyətləri və mövcud çətinlikləri müzakirə olunur.
SiC keramikasının hərbi və mühəndislik sahələrində tətbiqi
Hazırda yüksək təmizlikli SiC keramika komponentləri oksidləşmə, litoqrafiya, aşındırma və ion implantasiyası kimi əsas proseslərdə iştirak edərək silikon lövhə istehsal avadanlıqlarında geniş istifadə olunur. Lövhə texnologiyasının inkişafı ilə lövhə ölçülərinin artırılması əhəmiyyətli bir tendensiyaya çevrilib. Hazırkı əsas lövhə ölçüsü 300 mm-dir və bu da xərc və istehsal gücü arasında yaxşı bir tarazlığa nail olmağa imkan verir. Lakin, Mur Qanunu ilə idarə olunan 450 mm lövhələrin kütləvi istehsalı artıq gündəmdədir. Daha böyük lövhələr adətən əyilməyə və deformasiyaya qarşı durmaq üçün daha yüksək struktur möhkəmliyi tələb edir ki, bu da böyük ölçülü, yüksək möhkəmlikli, yüksək təmizlikli SiC keramika komponentlərinə artan tələbatı daha da artırır. Son illərdə qəlib tələb etməyən sürətli prototip texnologiyası kimi əlavə istehsal (3D çap), təbəqə-təbəqə quruluşu və çevik dizayn imkanları sayəsində mürəkkəb strukturlu SiC keramika hissələrinin istehsalında böyük potensial nümayiş etdirib və geniş diqqəti cəlb edib.
Bu məqalədə yüksək təmizlikli SiC keramika üçün beş nümunəvi hazırlama üsulu - yenidən kristallaşma sinterləməsi, təzyiqsiz sinterləmə, isti presləmə, qığılcımlı plazma sinterləməsi və aşqar istehsalı - onların sinterləmə mexanizmlərinə, proses optimallaşdırma strategiyalarına, materialın performans xüsusiyyətlərinə və sənaye tətbiqi perspektivlərinə diqqət yetirərək sistematik şəkildə təhlil ediləcək.
Yüksək təmizlikli silikon karbid xammalı tələbləri
I. Yenidən Kristallaşma Sinterləməsi
Yenidən kristallaşdırılmış silikon karbid (RSiC), 2100–2500°C yüksək temperaturda sinterləmə vasitələri olmadan hazırlanmış yüksək təmizlikli SiC materialıdır. Fredriksson ilk dəfə 19-cu əsrin sonlarında yenidən kristallaşma fenomenini kəşf etdiyindən bəri, RSiC təmiz dənə sərhədləri və şüşə fazalarının və çirklərin olmaması səbəbindən əhəmiyyətli dərəcədə diqqət çəkmişdir. Yüksək temperaturda SiC nisbətən yüksək buxar təzyiqi nümayiş etdirir və onun sinterləmə mexanizmi əsasən buxarlanma-kondensasiya prosesini əhatə edir: incə dənəciklər buxarlanır və daha böyük dənəciklərin səthlərində yenidən çökür, boyun böyüməsini və dənəciklər arasında birbaşa əlaqəni təşviq edir və bununla da materialın möhkəmliyini artırır.
1990-cı ildə Kriegesmann, 2200°C-də sürüşmə tökmə üsulu ilə nisbi sıxlığı 79,1% olan RSiC hazırladı, en kəsiyi isə iri dənəciklərdən və məsamələrdən ibarət mikrostrukturu göstərdi. Daha sonra Yi və digərləri yaşıl cisimlər hazırlamaq üçün gel tökmə üsulundan istifadə etdilər və onları 2450°C-də sinterləşdirərək, 2,53 q/sm³ həcm sıxlığına və 55,4 MPa əyilmə möhkəmliyinə malik RSiC keramikaları əldə etdilər.
RSiC-nin SEM sınıq səthi
Sıx SiC ilə müqayisədə RSiC daha aşağı sıxlığa (təxminən 2,5 q/sm³) və təxminən 20% açıq məsaməyə malikdir ki, bu da onun yüksək möhkəmlikli tətbiqlərdəki performansını məhdudlaşdırır. Buna görə də, RSiC-nin sıxlığını və mexaniki xüsusiyyətlərini yaxşılaşdırmaq əsas tədqiqat mərkəzinə çevrilmişdir. Sung və digərləri əridilmiş silikonun karbon/β-SiC qarışıq kompaktlarına infiltrasiya edilməsini və 2200°C-də yenidən kristallaşdırılmasını təklif edərək, α-SiC qaba dənələrindən ibarət şəbəkə strukturunu uğurla qurdular. Nəticədə RSiC 2,7 q/sm³ sıxlığa və 134 MPa əyilmə gücünə nail oldu və yüksək temperaturda əla mexaniki sabitliyi qorudu.
Sıxlığı daha da artırmaq üçün Guo və digərləri RSiC-nin çoxsaylı emalı üçün polimer infiltrasiya və piroliz (PIP) texnologiyasından istifadə etdilər. PCS/ksilen məhlullarından və SiC/PCS/ksilen şlamlarından infiltrant kimi istifadə edərək, 3-6 PIP dövründən sonra RSiC-nin sıxlığı əyilmə möhkəmliyi ilə yanaşı əhəmiyyətli dərəcədə yaxşılaşdı (2,90 q/sm³-yə qədər). Bundan əlavə, onlar PIP və yenidən kristallaşmanı birləşdirən tsiklik strategiya təklif etdilər: 1400°C-də piroliz, ardınca 2400°C-də yenidən kristallaşma, hissəcik tıxanmalarını effektiv şəkildə təmizləyir və məsaməliyi azaldır. Son RSiC materialı 2,99 q/sm³ sıxlığa və 162,3 MPa əyilmə möhkəmliyinə nail oldu və bu da əla hərtərəfli performans nümayiş etdirdi.
Polimer hopdurulması və piroliz (PIP)-rekristallaşma dövrlərindən sonra cilalanmış RSiC-nin mikrostruktur təkamülünün SEM görüntüləri: İlkin RSiC (A), birinci PIP-rekristallaşma dövründən sonra (B) və üçüncü dövrdən sonra (C)
II. Təzyiqsiz Sinterləmə
Təzyiqsiz sinterlənmiş silikon karbid (SiC) keramikaları adətən xammal kimi yüksək təmizlikli, ultra incə SiC tozundan istifadə edilməklə, az miqdarda sinterləmə vasitələri əlavə edilməklə hazırlanır və 1800–2150°C-də inert atmosferdə və ya vakuumda sinterləşdirilir. Bu üsul böyük ölçülü və mürəkkəb strukturlu keramika komponentlərinin istehsalı üçün uyğundur. Lakin, SiC əsasən kovalent şəkildə bağlandığı üçün onun öz-özünə diffuziya əmsalı olduqca aşağıdır və bu da sinterləmə vasitələri olmadan sıxlaşmanı çətinləşdirir.
Sinterləşmə mexanizminə əsasən, təzyiqsiz sinterləşmə iki kateqoriyaya bölünə bilər: təzyiqsiz maye fazalı sinterləşmə (PLS-SiC) və təzyiqsiz bərk hallı sinterləşmə (PSS-SiC).
1.1 PLS-SiC (Maye Fazalı Sinterləmə)
PLS-SiC adətən 2000°C-dən aşağı temperaturda təxminən 10 çəki % evtektik sinterləmə vasitələri (məsələn, Al₂O₃, CaO, MgO, TiO₂ və nadir torpaq oksidləri RE₂O₃) əlavə edilərək maye faza əmələ gətirilir və bu da hissəciklərin yenidən düzülməsini və kütlə ötürülməsini təşviq edərək sıxlaşmaya nail olur. Bu proses sənaye dərəcəli SiC keramika üçün uyğundur, lakin maye fazalı sinterləmə yolu ilə yüksək təmizlikli SiC əldə edildiyi barədə heç bir məlumat yoxdur.
1.2 PSS-SiC (Bərk Vəziyyətli Sinterləmə)
PSS-SiC, təxminən 1 çəki % əlavələrlə 2000°C-dən yuxarı temperaturda bərk hal sıxlaşmasını əhatə edir. Bu proses əsasən səth enerjisini azaltmaq və sıxlaşmaya nail olmaq üçün yüksək temperaturların təsiri altında atom diffuziyasına və dənəciklərin yenidən düzülməsinə əsaslanır. BC (bor-karbon) sistemi, dənəcik sərhəd enerjisini azalda və SiO₂-nu SiC səthindən çıxara bilən ümumi bir aşqar kombinasiyasıdır. Lakin ənənəvi BC əlavələri tez-tez qalıq çirkləri daxil edir və SiC saflığını azaldır.
Aşqar tərkibini (B 0,4 çəki, C 1,8 çəki) idarə etmək və 2150°C-də 0,5 saat ərzində sinterləmə yolu ilə 99,6 çəki, nisbi sıxlığı isə 98,4% olan yüksək təmizlikli SiC keramika əldə edildi. Mikrostrukturda sütunlu dənəciklər (bəzilərinin uzunluğu 450 µm-dən çox), dənəcik sərhədlərində kiçik məsamələr və dənəciklərin içərisində qrafit hissəcikləri var idi. Keramika otaq temperaturundan 600°C-yə qədər olan diapazonda 443 ± 27 MPa əyilmə möhkəmliyi, 420 ± 1 GPa elastiklik modulu və 3,84 × 10⁻⁶ K⁻¹ istilik genişlənmə əmsalı nümayiş etdirərək əla ümumi performans nümayiş etdirdi.
PSS-SiC-nin mikrostrukturu: (A) Cilalama və NaOH aşındırmasından sonra SEM təsviri; (BD) Cilalama və aşındırmadan sonra BSD təsvirləri
III. İsti presləmə ilə sinterləmə
İsti presləmə (HP) sinterləmə, yüksək temperatur və yüksək təzyiq şəraitində toz materiallarına eyni vaxtda istilik və tək oxlu təzyiq tətbiq edən bir sıxlaşdırma texnikasıdır. Yüksək təzyiq məsamə əmələ gəlməsini əhəmiyyətli dərəcədə maneə törədir və dənələrin böyüməsini məhdudlaşdırır, yüksək temperatur isə dənələrin əriməsini və sıx strukturların əmələ gəlməsini təşviq edir və nəticədə yüksək sıxlıqlı, yüksək təmizlikli SiC keramika istehsal edir. Presləmənin istiqamətli təbiətinə görə, bu proses mexaniki və aşınma xüsusiyyətlərinə təsir edərək dənələrin anizotropiyasına səbəb olur.
Saf SiC keramikasının qatqılar olmadan sıxlaşdırılması çətindir və bu da ultra yüksək təzyiqli sinterləmə tələb edir. Nadeau və digərləri 2500°C və 5000 MPa-da qatqılar olmadan tam sıx SiC hazırlamışlar; Sun və digərləri 25 GPa və 1400°C-də 41,5 GPa-ya qədər Vickers sərtliyinə malik β-SiC toplu materiallar əldə etmişlər. 4 GPa təzyiqindən istifadə edərək, müvafiq olaraq 1500°C və 1900°C-də təxminən 98% və 99% nisbi sıxlığı, 35 GPa sərtliyi və 450 GPa elastiklik modulu olan SiC keramikaları hazırlanmışdır. Mikron ölçülü SiC tozunun 5 GPa və 1500°C-də sinterlənməsi 31,3 GPa sərtliyi və 98,4% nisbi sıxlığı olan keramika əldə etmişdir.
Bu nəticələr ultra yüksək təzyiqin qatqısız sıxlaşmaya nail ola biləcəyini göstərsə də, tələb olunan avadanlığın mürəkkəbliyi və yüksək qiyməti sənaye tətbiqlərini məhdudlaşdırır. Buna görə də, praktik hazırlıqda tez-tez sinterləmə hərəkətverici qüvvəsini artırmaq üçün iz əlavələri və ya toz qranulyasiyasından istifadə olunur.
4 çəki % fenol qətranının qatqı kimi əlavə edilməsi və 2350°C və 50 MPa-da sinterləmə yolu ilə 92% sıxlaşma dərəcəsi və 99.998% təmizlik dərəcəsinə malik SiC keramika əldə edilmişdir. Aşağı qatqı miqdarından (bor turşusu və D-fruktoza) istifadə edərək və 2050°C və 40 MPa-da sinterləmə yolu ilə nisbi sıxlığı >99.5% və qalıq B tərkibi yalnız 556 ppm olan yüksək təmizlikli SiC hazırlanmışdır. SEM görüntüləri göstərdi ki, təzyiqsiz sinterlənmiş nümunələrlə müqayisədə isti preslənmiş nümunələrdə daha kiçik dənəciklər, daha az məsamə və daha yüksək sıxlıq var idi. Əyilmə möhkəmliyi 453.7 ± 44.9 MPa, elastiklik modulu isə 444.3 ± 1.1 GPa-ya çatdı.
1900°C-də saxlama müddətini uzatmaqla, dənə ölçüsü 1,5 μm-dən 1,8 μm-ə qədər artmış və istilik keçiriciliyi 155-dən 167 W·m⁻¹·K⁻¹-ə qədər yaxşılaşmış, eyni zamanda plazma korroziyaya davamlılığını artırmışdır.
1850°C və 30 MPa temperatur şəraitində, dənəvərləşdirilmiş və tavlanmış SiC tozunun isti preslənməsi və sürətli isti preslənməsi nəticəsində heç bir qatqı olmadan, sıxlığı 3,2 q/sm³ və sinterləmə temperaturu ənənəvi proseslərdən 150-200°C aşağı olan tam sıx β-SiC keramika alınmışdır. Keramika 2729 GPa sərtlik, sınıq möhkəmliyi 5,25-5,30 MPa·m^1/2 və əla sürünməyə davamlılıq nümayiş etdirmişdir (1400°C/1450°C və 100 MPa-da sürünmə sürəti 9,9 × 10⁻¹⁰ s⁻¹ və 3,8 × 10⁻⁹ s⁻¹).
(A) Cilalanmış səthin SEM təsviri; (B) Sınıq səthinin SEM təsviri; (C, D) Cilalanmış səthin BSD təsviri
Pyezoelektrik keramika üçün 3D çap tədqiqatlarında keramika şlamı, formalaşma və performansa təsir edən əsas amil kimi, həm ölkə daxilində, həm də beynəlxalq səviyyədə əsas diqqət mərkəzinə çevrilmişdir. Hazırkı tədqiqatlar ümumiyyətlə toz hissəciklərinin ölçüsü, şlamın özlülüyü və bərk tərkibi kimi parametrlərin son məhsulun formalaşma keyfiyyətinə və pyezoelektrik xüsusiyyətlərinə əhəmiyyətli dərəcədə təsir etdiyini göstərir.
Tədqiqatlar göstərir ki, mikron, submikron və nano ölçülü barium titanat tozlarından istifadə etməklə hazırlanmış keramika şlamları stereolitoqrafiya (məsələn, LCD-SLA) proseslərində əhəmiyyətli fərqlər göstərir. Hissəcik ölçüsü azaldıqca şlamın özlülüyü nəzərəçarpacaq dərəcədə artır və nano ölçülü tozlar milyardlarla mPa·s-ə çatan özlülüklü şlamlar əmələ gətirir. Mikron ölçülü tozları olan şlamlar çap zamanı delaminasiyaya və soyulmaya meyllidir, submikron və nano ölçülü tozlar isə daha sabit əmələ gəlmə davranışı nümayiş etdirir. Yüksək temperaturda sinterləmədən sonra yaranan keramika nümunələri 5,44 q/sm³ sıxlığa, təxminən 200 pC/N pyezoelektrik əmsalı (d₃₃) və aşağı itki faktorlarına nail olmaqla əla elektromexaniki reaksiya xüsusiyyətləri nümayiş etdirir.
Bundan əlavə, mikrostereolitoqrafiya proseslərində PZT tipli şlamların bərk tərkibini (məsələn, 75 çəki) tənzimləməklə 7,35 q/sm³ sıxlığa malik sinterlənmiş cisimlər əldə edildi və polling elektrik sahələri altında 600 pC/N-ə qədər pyezoelektrik sabit əldə edildi. Mikromiqyaslı deformasiya kompensasiyası üzrə tədqiqatlar formalaşma dəqiqliyini əhəmiyyətli dərəcədə yaxşılaşdırdı və həndəsi dəqiqliyi 80%-ə qədər artırdı.
PMN-PT pyezoelektrik keramika üzərində aparılan başqa bir araşdırma, bərk tərkibli maddələrin keramika strukturuna və elektrik xüsusiyyətlərinə kritik təsir göstərdiyini ortaya qoydu. 80 çəki% bərk tərkibdə keramikada əlavə məhsullar asanlıqla əmələ gəlir; bərk tərkib 82 çəki% və daha yuxarı səviyyəyə yüksəldikcə əlavə məhsullar tədricən yox olur və keramika strukturu daha təmiz olur və performansı əhəmiyyətli dərəcədə yaxşılaşır. 82 çəki% -də keramika optimal elektrik xüsusiyyətləri nümayiş etdirirdi: pyezoelektrik sabit 730 pC/N, nisbi keçiricilik 7226 və dielektrik itkisi yalnız 0,07.
Xülasə, keramika şlamlarının hissəcik ölçüsü, bərk tərkibi və reoloji xüsusiyyətləri yalnız çap prosesinin sabitliyinə və dəqiqliyinə təsir etmir, həm də sinterlənmiş cisimlərin sıxlığını və pyezoelektrik reaksiyasını birbaşa müəyyən edir və bu da onları yüksək performanslı 3D çap pyezoelektrik keramika əldə etmək üçün əsas parametrlərə çevirir.
BT/UV nümunələrinin LCD-SLA 3D çapının əsas prosesi
Müxtəlif bərk tərkibli PMN-PT keramikalarının xüsusiyyətləri
IV. Qığılcım Plazma Sinterləmə
Qığılcım plazma sinterləməsi (QPS), sürətli sıxlaşmaya nail olmaq üçün tozlara eyni vaxtda tətbiq olunan impulslu cərəyan və mexaniki təzyiqdən istifadə edən inkişaf etmiş bir sinterləmə texnologiyasıdır. Bu prosesdə cərəyan qəlibi və tozu birbaşa qızdırır, Coul istiliyi və plazma yaradır və qısa müddətdə (adətən 10 dəqiqə ərzində) səmərəli sinterləməni təmin edir. Sürətli qızdırma səth diffuziyasını təşviq edir, qığılcım boşalması isə adsorbsiya olunmuş qazların və oksid təbəqələrinin toz səthlərindən çıxarılmasına kömək edir və sinterləmə performansını artırır. Elektromaqnit sahələrinin yaratdığı elektromiqrasiya effekti atom diffuziyasını da artırır.
Ənənəvi isti presləmə ilə müqayisədə, SPS daha çox birbaşa qızdırmadan istifadə edir və bu da aşağı temperaturda sıxlaşmanı təmin etməklə yanaşı, incə və vahid mikrostrukturlar əldə etmək üçün dənələrin böyüməsini effektiv şəkildə maneə törədir. Məsələn:
- Əlavələr olmadan, üyüdülmüş SiC tozundan xammal kimi istifadə edərək, 2100°C və 70 MPa-da 30 dəqiqə ərzində sinterləmə nəticəsində 98% nisbi sıxlığa malik nümunələr əldə edildi.
- 1700°C və 40 MPa-da 10 dəqiqə ərzində sinterləmə nəticəsində 98% sıxlığa və cəmi 30-50 nm dənəcik ölçülərinə malik kubik SiC əmələ gəldi.
- 80 µm dənəvər SiC tozundan istifadə və 1860°C və 50 MPa-da 5 dəqiqə ərzində sinterləmə nəticəsində 98,5% nisbi sıxlığa, 28,5 GPa Vickers mikrosərtliyinə, 395 MPa əyilmə möhkəmliyinə və 4,5 MPa·m^1/2 sınıq davamlılığına malik yüksək performanslı SiC keramikası əldə edilmişdir.
Mikrostruktur təhlili göstərdi ki, sinterləmə temperaturu 1600°C-dən 1860°C-yə yüksəldikcə materialın məsaməliliyi əhəmiyyətli dərəcədə azalaraq yüksək temperaturda tam sıxlığa yaxınlaşır.
Müxtəlif temperaturlarda sinterlənmiş SiC keramikasının mikrostrukturu: (A) 1600°C, (B) 1700°C, (C) 1790°C və (D) 1860°C
V. Əlavə İstehsalı
Əlavə istehsalı (AM), təbəqə-təbəqə tikinti prosesi sayəsində mürəkkəb keramika komponentlərinin istehsalında son zamanlar böyük potensial nümayiş etdirib. SiC keramikası üçün bir çox AM texnologiyaları, o cümlədən bağlayıcı jetləmə (BJ), 3DP, selektiv lazer sinterləmə (SLS), birbaşa mürəkkəblə yazma (DIW) və stereolitoqrafiya (SL, DLP) hazırlanmışdır. Bununla belə, 3DP və DIW daha aşağı dəqiqliyə malikdir, SLS isə termal gərginliyə və çatlara səbəb olmağa meyllidir. Bunun əksinə olaraq, BJ və SL yüksək təmizlikli, yüksək dəqiqlikli mürəkkəb keramika istehsalında daha böyük üstünlüklər təklif edir.
- Bağlayıcı Çıxıntı (BJ)
BJ texnologiyası bağlayıcı maddənin yapışdırıcı tozuna qat-qat püskürdülməsini, ardınca son keramika məhsulu əldə etmək üçün ayrılmasını və sinterlənməsini əhatə edir. BJ kimyəvi buxar infiltrasiyası (CVI) ilə birləşdirilərək yüksək təmizlikli, tam kristal SiC keramikaları uğurla hazırlanmışdır. Prosesə aşağıdakılar daxildir:
① BJ istifadə edərək SiC keramika yaşıl gövdələrinin formalaşdırılması.
② 1000°C və 200 Torr temperaturda CVI vasitəsilə sıxlaşma.
③ Son SiC keramikasının sıxlığı 2,95 q/sm³, istilik keçiriciliyi 37 Vt/m·K və əyilmə möhkəmliyi 297 MPa idi.
Yapışqanlı reaktiv (BJ) çapının sxematik diaqramı. (A) Kompüter dəstəkli dizayn (CAD) modeli, (B) BJ prinsipinin sxematik diaqramı, (C) SiC-nin BJ ilə çapı, (D) SiC-nin kimyəvi buxar infiltrasiyası (CVI) ilə sıxlaşdırılması
- Stereolitoqrafiya (SL)
SL, son dərəcə yüksək dəqiqliyə və mürəkkəb struktur istehsal imkanlarına malik UB şüaları ilə bərkitmə əsaslı keramika qəlibləmə texnologiyasıdır. Bu üsul, fotopolimerləşmə yolu ilə 3D keramika yaşıl cisimlər əmələ gətirmək üçün yüksək bərk tərkibli və aşağı özlülüyə malik fotohəssas keramika şlamlarından istifadə edir, ardınca son məhsulu əldə etmək üçün bərkitmə və yüksək temperaturda sinterləmə aparılır.
35 həcm % SiC məhlulundan istifadə edərək, yüksək keyfiyyətli 3D yaşıl cisimlər 405 nm UB şüalanması altında hazırlanmış və 800°C-də polimer yanması və PIP müalicəsi yolu ilə daha da sıxlaşdırılmışdır. Nəticələr göstərdi ki, 35 həcm % məhlul ilə hazırlanmış nümunələr 30% və 40% nəzarət qruplarından daha yaxşı nəticə göstərərək 84,8% nisbi sıxlığa nail olmuşdur.
Lipofil SiO₂ və fenol epoksi qatranının (PEA) məhlulu dəyişdirməklə fotopolimerləşmə performansı effektiv şəkildə yaxşılaşdırıldı. 1600°C-də 4 saat ərzində sinterləşdirildikdən sonra, son oksigen miqdarı cəmi 0,12% olmaqla, demək olar ki, tam SiC-yə çevrilmə əldə edildi və bu da əvvəlcədən oksidləşmə və ya infiltrasiya mərhələləri olmadan yüksək təmizlikli, mürəkkəb strukturlu SiC keramikasının bir mərhələli istehsalına imkan verdi.
Çap strukturunun və onun sinterləmə prosesinin illüstrasiyası. Nümunənin (A) 25°C-də qurudulduqdan, (B) 1000°C-də pirolizdən və (C) 1600°C-də sinterləmədən sonra görünüşü.
Stereolitoqrafiya 3D çapı üçün fotohəssas Si₃N₄ keramika şlamlarının dizaynı və bərkitmə-presinq və yüksək temperaturda yaşlanma proseslərindən istifadə etməklə, nəzəri sıxlığı 93,3%, dartılma möhkəmliyi 279,8 MPa və əyilmə möhkəmliyi 308,5–333,2 MPa olan Si₃N₄ keramikaları hazırlanmışdır. Tədqiqatlar göstərir ki, 45 həcm% bərk tərkib və 10 saniyəlik məruz qalma müddəti şəraitində IT77 səviyyəli bərkitmə dəqiqliyinə malik tək qatlı yaşıl cisimlər əldə edilə bilər. 0,1 °C/dəq qızdırma sürəti ilə aşağı temperaturda bərkitmə prosesi çatlamayan yaşıl cisimlərin istehsalına kömək etmişdir.
Sinterləmə stereolitoqrafiyada son performansa təsir edən əsas addımdır. Tədqiqatlar göstərir ki, sinterləmə vasitələrinin əlavə edilməsi keramika sıxlığını və mexaniki xüsusiyyətlərini effektiv şəkildə yaxşılaşdıra bilər. Yüksək sıxlıqlı Si₃N₄ keramika hazırlamaq üçün sinterləmə vasitəsi və elektrik sahəsində dəstəkli sinterləmə texnologiyası kimi CeO₂-dan istifadə edildikdə, CeO₂-un dənə sərhədlərində ayrıldığı və dənə sərhədlərinin sürüşməsini və sıxlaşmasını təşviq etdiyi aşkar edilmişdir. Nəticədə əldə edilən keramika HV10/10 Vickers sərtliyi (1347.9 ± 2.4) və sınıq möhkəmliyi (6.57 ± 0.07) MPa·m¹/² nümayiş etdirmişdir. MgO–Y₂O₃ əlavələri ilə keramika mikrostrukturunun homojenliyi yaxşılaşdırılmış və performansı əhəmiyyətli dərəcədə artırmışdır. Ümumi qatqı səviyyəsində 8 çəki% olduqda, əyilmə möhkəmliyi və istilik keçiriciliyi müvafiq olaraq 915.54 MPa və 59.58 W·m⁻¹·K⁻¹-ə çatmışdır.
VI. Nəticə
Xülasə, yüksək təmizlikli silikon karbid (SiC) keramikası, görkəmli mühəndislik keramika materialı kimi, yarımkeçiricilərdə, aerokosmik və ekstremal şəraitli avadanlıqlarda geniş tətbiq perspektivləri nümayiş etdirmişdir. Bu məqalədə yüksək təmizlikli SiC keramikası üçün beş tipik hazırlama yolu - yenidən kristallaşma sinterləməsi, təzyiqsiz sinterləmə, isti presləmə, qığılcımlı plazma sinterləməsi və aşqar istehsalı - onların sıxlaşdırma mexanizmləri, əsas parametr optimallaşdırması, material performansı və müvafiq üstünlükləri və məhdudiyyətləri barədə ətraflı müzakirələrlə sistematik şəkildə təhlil edilmişdir.
Aydındır ki, müxtəlif proseslərin hər biri yüksək təmizlik, yüksək sıxlıq, mürəkkəb strukturlar və sənaye məqsədəuyğunluğuna nail olmaq baxımından unikal xüsusiyyətlərə malikdir. Xüsusilə aşqar istehsal texnologiyası, stereolitoqrafiya və bağlayıcı jet kimi alt sahələrdə irəliləyişlərlə mürəkkəb formalı və xüsusi hazırlanmış komponentlərin istehsalında güclü potensial nümayiş etdirib və bu da onu yüksək təmizlikli SiC keramika hazırlanması üçün vacib bir inkişaf istiqamətinə çevirib.
Yüksək təmizlikli SiC keramika hazırlanması üzrə gələcək tədqiqatlar daha dərindən araşdırılmalı, laboratoriya miqyasından genişmiqyaslı, yüksək etibarlı mühəndislik tətbiqlərinə keçidi təşviq etməli və bununla da yüksək səviyyəli avadanlıq istehsalı və yeni nəsil informasiya texnologiyaları üçün vacib material dəstəyi təmin etməlidir.
XKH, yüksək performanslı keramika materiallarının tədqiqi və istehsalında ixtisaslaşmış yüksək texnologiyalı bir müəssisədir. Müştərilər üçün yüksək təmizlikli silikon karbid (SiC) keramika şəklində xüsusi həllər təqdim etməyə həsr olunmuşdur. Şirkət qabaqcıl material hazırlama texnologiyalarına və dəqiq emal imkanlarına malikdir. Onun biznesi yüksək performanslı keramika komponentləri üçün yarımkeçirici, yeni enerji, aerokosmik və digər sahələrin sərt tələblərinə cavab verən yüksək təmizlikli SiC keramikasının tədqiqi, istehsalı, dəqiq emalı və səthi emalını əhatə edir. Yetkin sinterləmə proseslərindən və əlavə istehsal texnologiyalarından istifadə edərək, müştərilərə material formulunun optimallaşdırılmasından, mürəkkəb struktur formalaşmasından dəqiq emala qədər vahid xidmət təklif edə bilərik və məhsulların əla mexaniki xüsusiyyətlərə, istilik sabitliyinə və korroziyaya davamlılığa malik olmasını təmin edə bilərik.
Yazı vaxtı: 30 iyul 2025