உயர்-தூய்மை சிலிக்கான் கார்பைடு (SiC) மட்பாண்டங்கள், அவற்றின் விதிவிலக்கான வெப்ப கடத்துத்திறன், வேதியியல் நிலைத்தன்மை மற்றும் இயந்திர வலிமை காரணமாக குறைக்கடத்தி, விண்வெளி மற்றும் வேதியியல் தொழில்களில் முக்கியமான கூறுகளுக்கு சிறந்த பொருட்களாக உருவெடுத்துள்ளன. உயர் செயல்திறன், குறைந்த மாசுபாடு கொண்ட மட்பாண்ட சாதனங்களுக்கான அதிகரித்து வரும் தேவைகளுடன், உயர்-தூய்மை SiC மட்பாண்டங்களுக்கான திறமையான மற்றும் அளவிடக்கூடிய தயாரிப்பு தொழில்நுட்பங்களின் வளர்ச்சி உலகளாவிய ஆராய்ச்சி மையமாக மாறியுள்ளது. இந்த ஆய்வறிக்கை உயர்-தூய்மை SiC மட்பாண்டங்களுக்கான தற்போதைய முக்கிய தயாரிப்பு முறைகளை முறையாக மதிப்பாய்வு செய்கிறது, இதில் மறுபடிகமாக்கல் சின்டரிங், அழுத்தமற்ற சின்டரிங் (PS), சூடான அழுத்துதல் (HP), தீப்பொறி பிளாஸ்மா சின்டரிங் (SPS) மற்றும் சேர்க்கை உற்பத்தி (AM) ஆகியவை அடங்கும், இதில் சின்டரிங் வழிமுறைகள், முக்கிய அளவுருக்கள், பொருள் பண்புகள் மற்றும் ஒவ்வொரு செயல்முறையின் தற்போதைய சவால்கள் ஆகியவற்றைப் பற்றி விவாதிப்பதில் முக்கியத்துவம் கொடுக்கப்பட்டுள்ளது.
இராணுவ மற்றும் பொறியியல் துறைகளில் SiC மட்பாண்டங்களின் பயன்பாடு
தற்போது, உயர்-தூய்மை SiC பீங்கான் கூறுகள் சிலிக்கான் வேஃபர் உற்பத்தி உபகரணங்களில் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன, ஆக்சிஜனேற்றம், லித்தோகிராஃபி, எட்சிங் மற்றும் அயன் பொருத்துதல் போன்ற முக்கிய செயல்முறைகளில் பங்கேற்கின்றன. வேஃபர் தொழில்நுட்பத்தின் முன்னேற்றத்துடன், வேஃபர் அளவுகளை அதிகரிப்பது ஒரு குறிப்பிடத்தக்க போக்காக மாறியுள்ளது. தற்போதைய முக்கிய வேஃபர் அளவு 300 மிமீ ஆகும், இது செலவுக்கும் உற்பத்தி திறனுக்கும் இடையில் ஒரு நல்ல சமநிலையை அடைகிறது. இருப்பினும், மூரின் சட்டத்தின்படி, 450 மிமீ வேஃபர்களின் பெருமளவிலான உற்பத்தி ஏற்கனவே நிகழ்ச்சி நிரலில் உள்ளது. பெரிய வேஃபர்களுக்கு பொதுவாக வார்ப்பிங் மற்றும் சிதைவை எதிர்க்க அதிக கட்டமைப்பு வலிமை தேவைப்படுகிறது, இது பெரிய அளவு, அதிக வலிமை, அதிக தூய்மை SiC பீங்கான் கூறுகளுக்கான வளர்ந்து வரும் தேவையை மேலும் அதிகரிக்கிறது. சமீபத்திய ஆண்டுகளில், அச்சுகள் தேவையில்லாத விரைவான முன்மாதிரி தொழில்நுட்பமாக சேர்க்கை உற்பத்தி (3D பிரிண்டிங்), அதன் அடுக்கு-க்கு-அடுக்கு கட்டுமானம் மற்றும் நெகிழ்வான வடிவமைப்பு திறன்கள் காரணமாக சிக்கலான-கட்டமைக்கப்பட்ட SiC பீங்கான் பாகங்களை உருவாக்குவதில் மிகப்பெரிய ஆற்றலை நிரூபித்துள்ளது, இது பரவலான கவனத்தை ஈர்க்கிறது.
இந்த ஆய்வறிக்கை உயர்-தூய்மை SiC மட்பாண்டங்களுக்கான ஐந்து பிரதிநிதித்துவ தயாரிப்பு முறைகளை முறையாக பகுப்பாய்வு செய்யும் - மறுபடிகமாக்கல் சின்டரிங், அழுத்தமில்லாத சின்டரிங், சூடான அழுத்துதல், தீப்பொறி பிளாஸ்மா சின்டரிங் மற்றும் சேர்க்கை உற்பத்தி - அவற்றின் சின்டரிங் வழிமுறைகள், செயல்முறை உகப்பாக்க உத்திகள், பொருள் செயல்திறன் பண்புகள் மற்றும் தொழில்துறை பயன்பாட்டு வாய்ப்புகள் ஆகியவற்றில் கவனம் செலுத்துகிறது.
உயர் தூய்மை சிலிக்கான் கார்பைடு மூலப்பொருள் தேவைகள்
I. மறுபடிகமாக்கல் சின்டரிங்
மறுபடிகமாக்கப்பட்ட சிலிக்கான் கார்பைடு (RSiC) என்பது 2100–2500°C அதிக வெப்பநிலையில் சின்டரிங் எய்ட்ஸ் இல்லாமல் தயாரிக்கப்பட்ட உயர்-தூய்மை SiC பொருளாகும். 19 ஆம் நூற்றாண்டின் பிற்பகுதியில் ஃப்ரெட்ரிக்சன் முதன்முதலில் மறுபடிகமாக்கல் நிகழ்வைக் கண்டுபிடித்ததிலிருந்து, RSiC அதன் சுத்தமான தானிய எல்லைகள் மற்றும் கண்ணாடி கட்டங்கள் மற்றும் அசுத்தங்கள் இல்லாததால் குறிப்பிடத்தக்க கவனத்தைப் பெற்றுள்ளது. அதிக வெப்பநிலையில், SiC ஒப்பீட்டளவில் அதிக நீராவி அழுத்தத்தை வெளிப்படுத்துகிறது, மேலும் அதன் சின்டரிங் பொறிமுறையானது முதன்மையாக ஒரு ஆவியாதல்-ஒடுக்க செயல்முறையை உள்ளடக்கியது: நுண்ணிய தானியங்கள் ஆவியாகி பெரிய தானியங்களின் மேற்பரப்பில் மீண்டும் படிகின்றன, கழுத்து வளர்ச்சியையும் தானியங்களுக்கு இடையில் நேரடி பிணைப்பையும் ஊக்குவிக்கின்றன, இதன் மூலம் பொருள் வலிமையை மேம்படுத்துகின்றன.
1990 ஆம் ஆண்டில், க்ரீகெஸ்மேன் 2200°C இல் ஸ்லிப் வார்ப்பைப் பயன்படுத்தி 79.1% ஒப்பீட்டு அடர்த்தியுடன் RSiC ஐத் தயாரித்தார், குறுக்குவெட்டு கரடுமுரடான தானியங்கள் மற்றும் துளைகளால் ஆன நுண் அமைப்பைக் காட்டுகிறது. பின்னர், யி மற்றும் பலர் பச்சை உடல்களைத் தயாரிக்க ஜெல் வார்ப்பைப் பயன்படுத்தி 2450°C இல் அவற்றை சின்டர் செய்து, 2.53 g/cm³ மொத்த அடர்த்தி மற்றும் 55.4 MPa நெகிழ்வு வலிமை கொண்ட RSiC மட்பாண்டங்களைப் பெற்றனர்.
RSiC இன் SEM எலும்பு முறிவு மேற்பரப்பு
அடர்த்தியான SiC உடன் ஒப்பிடும்போது, RSiC குறைந்த அடர்த்தி (தோராயமாக 2.5 g/cm³) மற்றும் சுமார் 20% திறந்த போரோசிட்டியைக் கொண்டுள்ளது, இது அதிக வலிமை கொண்ட பயன்பாடுகளில் அதன் செயல்திறனைக் கட்டுப்படுத்துகிறது. எனவே, RSiC இன் அடர்த்தி மற்றும் இயந்திர பண்புகளை மேம்படுத்துவது ஒரு முக்கிய ஆராய்ச்சி மையமாக மாறியுள்ளது. உருகிய சிலிக்கானை கார்பன்/β-SiC கலப்பு காம்பாக்ட்களில் ஊடுருவி 2200°C இல் மறுபடிகமாக்குவதை சங் மற்றும் பலர் முன்மொழிந்தனர், இது α-SiC கரடுமுரடான தானியங்களால் ஆன பிணைய கட்டமைப்பை வெற்றிகரமாக உருவாக்குகிறது. இதன் விளைவாக RSiC 2.7 g/cm³ அடர்த்தியையும் 134 MPa நெகிழ்வு வலிமையையும் அடைந்தது, அதிக வெப்பநிலையில் சிறந்த இயந்திர நிலைத்தன்மையைப் பேணுகிறது.
அடர்த்தியை மேலும் அதிகரிக்க, குவோ மற்றும் பலர் பாலிமர் ஊடுருவல் மற்றும் பைரோலிசிஸ் (PIP) தொழில்நுட்பத்தை RSiC இன் பல சிகிச்சைகளுக்குப் பயன்படுத்தினர். PCS/xylene கரைசல்கள் மற்றும் SiC/PCS/xylene குழம்புகளை ஊடுருவல்களாகப் பயன்படுத்தி, 3–6 PIP சுழற்சிகளுக்குப் பிறகு, RSiC இன் அடர்த்தி கணிசமாக மேம்படுத்தப்பட்டது (2.90 g/cm³ வரை), அதன் நெகிழ்வு வலிமையுடன். கூடுதலாக, அவர்கள் PIP மற்றும் மறுபடிகமயமாக்கலை இணைக்கும் ஒரு சுழற்சி உத்தியை முன்மொழிந்தனர்: 1400°C இல் பைரோலிசிஸ் மற்றும் 2400°C இல் மறுபடிகமாக்கல், துகள் அடைப்புகளை திறம்பட நீக்கி, போரோசிட்டியைக் குறைக்கிறது. இறுதி RSiC பொருள் 2.99 g/cm³ அடர்த்தியையும் 162.3 MPa நெகிழ்வு வலிமையையும் அடைந்தது, இது சிறந்த விரிவான செயல்திறனைக் காட்டுகிறது.
பாலிமர் செறிவூட்டல் மற்றும் பைரோலிசிஸ் (PIP)-மறுபடிகமயமாக்கல் சுழற்சிகளுக்குப் பிறகு பளபளப்பான RSiC இன் நுண் கட்டமைப்பு பரிணாம வளர்ச்சியின் SEM படங்கள்: ஆரம்ப RSiC (A), முதல் PIP-மறுபடிகமயமாக்கல் சுழற்சிக்குப் பிறகு (B), மற்றும் மூன்றாவது சுழற்சிக்குப் பிறகு (C)
II. அழுத்தமற்ற சின்டரிங்
அழுத்தம் இல்லாத சிலிக்கான் கார்பைடு (SiC) மட்பாண்டங்கள் பொதுவாக உயர்-தூய்மை, அல்ட்ராஃபைன் SiC பொடியை மூலப்பொருளாகப் பயன்படுத்தி தயாரிக்கப்படுகின்றன, சிறிய அளவிலான சின்டரிங் எய்டுகள் சேர்க்கப்பட்டு, 1800–2150°C வெப்பநிலையில் ஒரு மந்தமான வளிமண்டலத்தில் அல்லது வெற்றிடத்தில் சின்டர் செய்யப்படுகின்றன. இந்த முறை பெரிய அளவிலான மற்றும் சிக்கலான-கட்டமைக்கப்பட்ட பீங்கான் கூறுகளை உற்பத்தி செய்வதற்கு ஏற்றது. இருப்பினும், SiC முதன்மையாக கோவலன்ட் முறையில் பிணைக்கப்பட்டுள்ளதால், அதன் சுய-பரவல் குணகம் மிகவும் குறைவாக உள்ளது, இது சின்டரிங் எய்டுகள் இல்லாமல் அடர்த்தியை கடினமாக்குகிறது.
சின்டரிங் பொறிமுறையின் அடிப்படையில், அழுத்தமற்ற சின்டரிங் இரண்டு வகைகளாகப் பிரிக்கப்படலாம்: அழுத்தமற்ற திரவ-கட்ட சின்டரிங் (PLS-SiC) மற்றும் அழுத்தமற்ற திட-நிலை சின்டரிங் (PSS-SiC).
1.1 PLS-SiC (திரவ-கட்ட சின்டரிங்)
PLS-SiC பொதுவாக 2000°C க்குக் கீழே சின்டர் செய்யப்படுகிறது. இதில் தோராயமாக 10 wt.% யூடெக்டிக் சின்டரிங் எய்டுகளைச் (Al₂O₃, CaO, MgO, TiO₂, மற்றும் அரிய-பூமி ஆக்சைடுகள் RE₂O₃ போன்றவை) சேர்ப்பதன் மூலம் ஒரு திரவ கட்டத்தை உருவாக்குகிறது. இது அடர்த்தியை அடைய துகள் மறுசீரமைப்பு மற்றும் நிறை பரிமாற்றத்தை ஊக்குவிக்கிறது. இந்த செயல்முறை தொழில்துறை தர SiC மட்பாண்டங்களுக்கு ஏற்றது, ஆனால் திரவ-கட்ட சின்டரிங் மூலம் உயர்-தூய்மை SiC அடையப்பட்டதாக எந்த அறிக்கையும் இல்லை.
1.2 PSS-SiC (திட-நிலை சின்டரிங்)
PSS-SiC, 2000°C க்கும் அதிகமான வெப்பநிலையில் தோராயமாக 1 wt.% சேர்க்கைகளுடன் திட-நிலை அடர்த்தியை உள்ளடக்கியது. இந்த செயல்முறை முக்கியமாக அணு பரவல் மற்றும் தானிய மறுசீரமைப்பை அதிக வெப்பநிலையால் இயக்கப்படுகிறது, இது மேற்பரப்பு ஆற்றலைக் குறைத்து அடர்த்தியை அடைகிறது. BC (போரான்-கார்பன்) அமைப்பு ஒரு பொதுவான சேர்க்கை கலவையாகும், இது தானிய எல்லை ஆற்றலைக் குறைத்து SiC மேற்பரப்பில் இருந்து SiO₂ ஐ அகற்றும். இருப்பினும், பாரம்பரிய BC சேர்க்கைகள் பெரும்பாலும் எஞ்சிய அசுத்தங்களை அறிமுகப்படுத்துகின்றன, இதனால் SiC தூய்மை குறைகிறது.
சேர்க்கை உள்ளடக்கத்தை (B 0.4 wt.%, C 1.8 wt.%) கட்டுப்படுத்தி 2150°C வெப்பநிலையில் 0.5 மணி நேரம் சின்டரிங் செய்வதன் மூலம், 99.6 wt.% தூய்மை மற்றும் 98.4% ஒப்பீட்டு அடர்த்தி கொண்ட உயர்-தூய்மை SiC மட்பாண்டங்கள் பெறப்பட்டன. நுண் கட்டமைப்பு நெடுவரிசை தானியங்களைக் காட்டியது (சில நீளம் 450 µm க்கும் அதிகமாக), தானிய எல்லைகளில் சிறிய துளைகள் மற்றும் தானியங்களுக்குள் கிராஃபைட் துகள்கள் இருந்தன. மட்பாண்டங்கள் 443 ± 27 MPa நெகிழ்வு வலிமையையும், 420 ± 1 GPa மீள் மாடுலஸையும், அறை வெப்பநிலை முதல் 600°C வரையிலான வரம்பில் 3.84 × 10⁻⁶ K⁻¹ வெப்ப விரிவாக்க குணகத்தையும் வெளிப்படுத்தின, இது சிறந்த ஒட்டுமொத்த செயல்திறனைக் காட்டியது.
PSS-SiC இன் நுண் கட்டமைப்பு: (A) மெருகூட்டல் மற்றும் NaOH பொறித்தலுக்குப் பிறகு SEM படம்; (BD) மெருகூட்டல் மற்றும் பொறித்தலுக்குப் பிறகு BSD படங்கள்
III. சூடான அழுத்துதல் சின்டரிங்
சூடான அழுத்துதல் (HP) சின்டரிங் என்பது ஒரு அடர்த்தியாக்கும் நுட்பமாகும், இது உயர் வெப்பநிலை மற்றும் உயர் அழுத்த நிலைமைகளின் கீழ் தூள் பொருட்களுக்கு வெப்பத்தையும் ஒற்றை அச்சு அழுத்தத்தையும் ஒரே நேரத்தில் பயன்படுத்துகிறது. உயர் அழுத்தம் துளை உருவாவதை கணிசமாகத் தடுக்கிறது மற்றும் தானிய வளர்ச்சியைக் கட்டுப்படுத்துகிறது, அதே நேரத்தில் அதிக வெப்பநிலை தானிய இணைவு மற்றும் அடர்த்தியான கட்டமைப்புகளை உருவாக்குவதை ஊக்குவிக்கிறது, இறுதியில் அதிக அடர்த்தி, உயர்-தூய்மை SiC மட்பாண்டங்களை உருவாக்குகிறது. அழுத்துவதன் திசை இயல்பு காரணமாக, இந்த செயல்முறை தானிய அனிசோட்ரோபியைத் தூண்டுகிறது, இது இயந்திர மற்றும் தேய்மான பண்புகளை பாதிக்கிறது.
தூய SiC மட்பாண்டங்களை சேர்க்கைகள் இல்லாமல் அடர்த்தியாக்குவது கடினம், இதற்கு மிக உயர்ந்த அழுத்த சின்டரிங் தேவைப்படுகிறது. நடேயு மற்றும் பலர் 2500°C மற்றும் 5000 MPa வெப்பநிலையில் சேர்க்கைகள் இல்லாமல் முழுமையாக அடர்த்தியான SiC ஐ வெற்றிகரமாக தயாரித்தனர்; சன் மற்றும் பலர் 25 GPa மற்றும் 1400°C வெப்பநிலையில் 41.5 GPa வரை விக்கர்ஸ் கடினத்தன்மை கொண்ட β-SiC மொத்தப் பொருட்களைப் பெற்றனர். 4 GPa அழுத்தத்தைப் பயன்படுத்தி, தோராயமாக 98% மற்றும் 99% ஒப்பீட்டு அடர்த்தி, 35 GPa கடினத்தன்மை மற்றும் 450 GPa மீள்தன்மை மாடுலஸ் கொண்ட SiC மட்பாண்டங்கள் முறையே 1500°C மற்றும் 1900°C வெப்பநிலையில் தயாரிக்கப்பட்டன. 5 GPa மற்றும் 1500°C வெப்பநிலையில் சின்டரிங் மைக்ரான் அளவிலான SiC தூள் 31.3 GPa கடினத்தன்மை மற்றும் 98.4% ஒப்பீட்டு அடர்த்தி கொண்ட மட்பாண்டங்களை விளைவித்தது.
இந்த முடிவுகள் மிகை உயர் அழுத்தம் சேர்க்கை இல்லாத அடர்த்தியை அடைய முடியும் என்பதைக் காட்டினாலும், தேவையான உபகரணங்களின் சிக்கலான தன்மை மற்றும் அதிக விலை தொழில்துறை பயன்பாடுகளைக் கட்டுப்படுத்துகிறது. எனவே, நடைமுறை தயாரிப்பில், சின்டரிங் உந்து சக்தியை அதிகரிக்க சுவடு சேர்க்கைகள் அல்லது தூள் கிரானுலேஷன் பெரும்பாலும் பயன்படுத்தப்படுகின்றன.
4 wt.% பீனாலிக் ரெசினை ஒரு சேர்க்கைப் பொருளாகச் சேர்த்து 2350°C மற்றும் 50 MPa வெப்பநிலையில் சிண்டரிங் செய்வதன் மூலம், 92% அடர்த்தி விகிதம் மற்றும் 99.998% தூய்மை கொண்ட SiC மட்பாண்டங்கள் பெறப்பட்டன. குறைந்த சேர்க்கை அளவுகள் (போரிக் அமிலம் மற்றும் D-பிரக்டோஸ்) மற்றும் 2050°C மற்றும் 40 MPa வெப்பநிலையில் சிண்டரிங் செய்வதன் மூலம், ஒப்பீட்டு அடர்த்தி >99.5% மற்றும் எஞ்சிய B உள்ளடக்கம் 556 ppm மட்டுமே கொண்ட உயர்-தூய்மை SiC தயாரிக்கப்பட்டது. SEM படங்கள், அழுத்தம் இல்லாத சிண்டரிங் செய்யப்பட்ட மாதிரிகளுடன் ஒப்பிடும்போது, சூடான-அழுத்தப்பட்ட மாதிரிகள் சிறிய தானியங்கள், குறைவான துளைகள் மற்றும் அதிக அடர்த்தியைக் கொண்டிருந்தன என்பதைக் காட்டின. நெகிழ்வு வலிமை 453.7 ± 44.9 MPa ஆகவும், மீள் மாடுலஸ் 444.3 ± 1.1 GPa ஐ எட்டியது.
1900°C இல் வைத்திருக்கும் நேரத்தை நீட்டிப்பதன் மூலம், தானிய அளவு 1.5 μm இலிருந்து 1.8 μm ஆக அதிகரித்தது, மேலும் வெப்ப கடத்துத்திறன் 155 இலிருந்து 167 W·m⁻¹·K⁻¹ ஆக மேம்பட்டது, அதே நேரத்தில் பிளாஸ்மா அரிப்பு எதிர்ப்பையும் மேம்படுத்தியது.
1850°C மற்றும் 30 MPa வெப்பநிலையில், கிரானுலேட்டட் மற்றும் அனீல் செய்யப்பட்ட SiC பொடியை சூடாக அழுத்துவதன் மூலமும் விரைவாக சூடாக அழுத்துவதன் மூலமும், எந்த சேர்க்கைகளும் இல்லாமல் முழுமையான அடர்த்தியான β-SiC மட்பாண்டங்கள் கிடைத்தன, இதன் அடர்த்தி 3.2 g/cm³ மற்றும் சின்டரிங் வெப்பநிலை 150–200°C பாரம்பரிய செயல்முறைகளை விட குறைவாக இருந்தது. மட்பாண்டங்கள் 2729 GPa கடினத்தன்மை, எலும்பு முறிவு கடினத்தன்மை 5.25–5.30 MPa·m^1/2 மற்றும் சிறந்த க்ரீப் எதிர்ப்பு (க்ரீப் விகிதங்கள் 9.9 × 10⁻¹⁰ s⁻¹ மற்றும் 3.8 × 10⁻⁹ s⁻¹ 1400°C/1450°C மற்றும் 100 MPa இல்) ஆகியவற்றை வெளிப்படுத்தின.
(A) மெருகூட்டப்பட்ட மேற்பரப்பின் SEM படம்; (B) எலும்பு முறிவு மேற்பரப்பின் SEM படம்; (C, D) மெருகூட்டப்பட்ட மேற்பரப்பின் BSD படம்
பைசோ எலக்ட்ரிக் மட்பாண்டங்களுக்கான 3D பிரிண்டிங் ஆராய்ச்சியில், உருவாக்கம் மற்றும் செயல்திறனை பாதிக்கும் முக்கிய காரணியாக பீங்கான் குழம்பு, உள்நாட்டிலும் சர்வதேச அளவிலும் முக்கிய கவனம் செலுத்துகிறது. தற்போதைய ஆய்வுகள் பொதுவாக தூள் துகள் அளவு, குழம்பு பாகுத்தன்மை மற்றும் திட உள்ளடக்கம் போன்ற அளவுருக்கள் இறுதி தயாரிப்பின் உருவாக்கும் தரம் மற்றும் பைசோ எலக்ட்ரிக் பண்புகளை கணிசமாக பாதிக்கின்றன என்பதைக் குறிக்கின்றன.
மைக்ரான்-, சப்மைக்ரான்- மற்றும் நானோ அளவிலான பேரியம் டைட்டனேட் பொடிகளைப் பயன்படுத்தி தயாரிக்கப்பட்ட பீங்கான் குழம்புகள் ஸ்டீரியோலிதோகிராஃபி (எ.கா., LCD-SLA) செயல்முறைகளில் குறிப்பிடத்தக்க வேறுபாடுகளைக் காட்டுகின்றன என்று ஆராய்ச்சி கண்டறிந்துள்ளது. துகள் அளவு குறையும்போது, குழம்பு பாகுத்தன்மை குறிப்பிடத்தக்க அளவில் அதிகரிக்கிறது, நானோ அளவிலான பொடிகள் பில்லியன் கணக்கான mPa·s ஐ அடையும் பாகுத்தன்மை கொண்ட குழம்புகளை உருவாக்குகின்றன. மைக்ரான் அளவிலான பொடிகளைக் கொண்ட குழம்புகள் அச்சிடும் போது சிதைவு மற்றும் உரிக்கப்படுவதற்கு வாய்ப்புள்ளது, அதே நேரத்தில் சப்மைக்ரான் மற்றும் நானோ அளவிலான பொடிகள் மிகவும் நிலையான உருவாக்கும் நடத்தையை நிரூபிக்கின்றன. உயர் வெப்பநிலை சின்டரிங் செய்த பிறகு, விளைந்த பீங்கான் மாதிரிகள் 5.44 g/cm³ அடர்த்தியை அடைந்தன, தோராயமாக 200 pC/N இன் பைசோ எலக்ட்ரிக் குணகம் (d₃₃) மற்றும் குறைந்த இழப்பு காரணிகள், சிறந்த மின் இயந்திர மறுமொழி பண்புகளை வெளிப்படுத்துகின்றன.
கூடுதலாக, மைக்ரோ-ஸ்டீரியோலிதோகிராஃபி செயல்முறைகளில், PZT-வகை குழம்புகளின் (எ.கா., 75 wt.%) திட உள்ளடக்கத்தை சரிசெய்வது 7.35 g/cm³ அடர்த்தி கொண்ட சின்டர்டு உடல்களை அளித்தது, இது போலிங் மின்சார புலங்களின் கீழ் 600 pC/N வரை பைசோ எலக்ட்ரிக் மாறிலியை அடைந்தது. மைக்ரோ-அளவிலான சிதைவு இழப்பீடு குறித்த ஆராய்ச்சி உருவாக்க துல்லியத்தை கணிசமாக மேம்படுத்தி, வடிவியல் துல்லியத்தை 80% வரை மேம்படுத்தியது.
PMN-PT பைசோ எலக்ட்ரிக் மட்பாண்டங்கள் பற்றிய மற்றொரு ஆய்வில், திடப்பொருள் பீங்கான் அமைப்பு மற்றும் மின் பண்புகளை மிகவும் பாதிக்கிறது என்பது தெரியவந்தது. 80 wt.% திட உள்ளடக்கத்தில், துணைப் பொருட்கள் மட்பாண்டங்களில் எளிதாகத் தோன்றின; திட உள்ளடக்கம் 82 wt.% மற்றும் அதற்கு மேல் அதிகரித்ததால், துணைப் பொருட்கள் படிப்படியாக மறைந்துவிட்டன, மேலும் பீங்கான் அமைப்பு தூய்மையானது, கணிசமாக மேம்பட்ட செயல்திறனுடன். 82 wt.% இல், மட்பாண்டங்கள் உகந்த மின் பண்புகளை வெளிப்படுத்தின: 730 pC/N இன் பைசோ எலக்ட்ரிக் மாறிலி, 7226 இன் ஒப்பீட்டு அனுமதி மற்றும் 0.07 மட்டுமே மின்கடத்தா இழப்பு.
சுருக்கமாக, பீங்கான் குழம்புகளின் துகள் அளவு, திடமான உள்ளடக்கம் மற்றும் வானியல் பண்புகள் அச்சிடும் செயல்முறையின் நிலைத்தன்மை மற்றும் துல்லியத்தை பாதிப்பது மட்டுமல்லாமல், சின்டர் செய்யப்பட்ட உடல்களின் அடர்த்தி மற்றும் பைசோ எலக்ட்ரிக் பதிலை நேரடியாக தீர்மானிக்கின்றன, இது உயர் செயல்திறன் கொண்ட 3D-அச்சிடப்பட்ட பைசோ எலக்ட்ரிக் மட்பாண்டங்களை அடைவதற்கான முக்கிய அளவுருக்களாக அமைகிறது.
BT/UV மாதிரிகளின் LCD-SLA 3D அச்சிடலின் முக்கிய செயல்முறை
வெவ்வேறு திட உள்ளடக்கங்களைக் கொண்ட PMN-PT மட்பாண்டங்களின் பண்புகள்
IV. தீப்பொறி பிளாஸ்மா சின்டரிங்
ஸ்பார்க் பிளாஸ்மா சின்டரிங் (SPS) என்பது ஒரு மேம்பட்ட சின்டரிங் தொழில்நுட்பமாகும், இது விரைவான அடர்த்தியை அடைய பொடிகளில் துடிப்பு மின்னோட்டத்தையும் இயந்திர அழுத்தத்தையும் ஒரே நேரத்தில் பயன்படுத்துகிறது. இந்த செயல்பாட்டில், மின்னோட்டம் அச்சு மற்றும் பொடியை நேரடியாக வெப்பப்படுத்துகிறது, ஜூல் வெப்பத்தையும் பிளாஸ்மாவையும் உருவாக்குகிறது, குறுகிய காலத்தில் (பொதுவாக 10 நிமிடங்களுக்குள்) திறமையான சின்டரிங் செய்ய உதவுகிறது. விரைவான வெப்பமாக்கல் மேற்பரப்பு பரவலை ஊக்குவிக்கிறது, அதே நேரத்தில் தீப்பொறி வெளியேற்றம் தூள் மேற்பரப்புகளில் இருந்து உறிஞ்சப்பட்ட வாயுக்கள் மற்றும் ஆக்சைடு அடுக்குகளை அகற்ற உதவுகிறது, சின்டரிங் செயல்திறனை மேம்படுத்துகிறது. மின்காந்த புலங்களால் தூண்டப்படும் மின் இடம்பெயர்வு விளைவு அணு பரவலையும் மேம்படுத்துகிறது.
பாரம்பரிய சூடான அழுத்தலுடன் ஒப்பிடும்போது, SPS அதிக நேரடி வெப்பமாக்கலைப் பயன்படுத்துகிறது, குறைந்த வெப்பநிலையில் அடர்த்தியை செயல்படுத்துகிறது, அதே நேரத்தில் நுண்ணிய மற்றும் சீரான நுண் கட்டமைப்புகளைப் பெற தானிய வளர்ச்சியைத் திறம்படத் தடுக்கிறது. எடுத்துக்காட்டாக:
- சேர்க்கைகள் இல்லாமல், அரைத்த SiC பொடியை மூலப்பொருளாகப் பயன்படுத்தி, 2100°C மற்றும் 70 MPa வெப்பநிலையில் 30 நிமிடங்கள் சின்டரிங் செய்ததன் மூலம் 98% ஒப்பீட்டு அடர்த்தி கொண்ட மாதிரிகள் கிடைத்தன.
- 1700°C மற்றும் 40 MPa வெப்பநிலையில் 10 நிமிடங்கள் சின்டரிங் செய்ததில் 98% அடர்த்தி மற்றும் 30-50 nm மட்டுமே கொண்ட தானிய அளவுகளுடன் கனசதுர SiC கிடைத்தது.
- 80 µm சிறுமணி SiC பொடியைப் பயன்படுத்தி 1860°C மற்றும் 50 MPa வெப்பநிலையில் 5 நிமிடங்களுக்கு சின்டரிங் செய்ததன் மூலம் 98.5% ஒப்பீட்டு அடர்த்தி, 28.5 GPa விக்கர்ஸ் மைக்ரோஹார்ட்னஸ், 395 MPa நெகிழ்வு வலிமை மற்றும் 4.5 MPa·m^1/2 எலும்பு முறிவு கடினத்தன்மை கொண்ட உயர் செயல்திறன் கொண்ட SiC மட்பாண்டங்கள் கிடைத்தன.
நுண் கட்டமைப்பு பகுப்பாய்வு, சின்டரிங் வெப்பநிலை 1600°C இலிருந்து 1860°C ஆக அதிகரித்ததால், பொருளின் போரோசிட்டி கணிசமாகக் குறைந்து, அதிக வெப்பநிலையில் முழு அடர்த்தியை நெருங்குகிறது என்பதைக் காட்டுகிறது.
வெவ்வேறு வெப்பநிலைகளில் வெப்பப்படுத்தப்படும் SiC மட்பாண்டங்களின் நுண் கட்டமைப்பு: (A) 1600°C, (B) 1700°C, (C) 1790°C மற்றும் (D) 1860°C
V. சேர்க்கை உற்பத்தி
அடுக்கு-க்கு-அடுக்கு கட்டுமான செயல்முறை காரணமாக சிக்கலான பீங்கான் கூறுகளை உருவாக்குவதில் சேர்க்கை உற்பத்தி (AM) சமீபத்தில் மிகப்பெரிய ஆற்றலை நிரூபித்துள்ளது. SiC பீங்கான்களுக்கு, பைண்டர் ஜெட்டிங் (BJ), 3DP, செலக்டிவ் லேசர் சின்டரிங் (SLS), நேரடி மை எழுத்து (DIW) மற்றும் ஸ்டீரியோலிதோகிராபி (SL, DLP) உள்ளிட்ட பல AM தொழில்நுட்பங்கள் உருவாக்கப்பட்டுள்ளன. இருப்பினும், 3DP மற்றும் DIW ஆகியவை குறைந்த துல்லியத்தைக் கொண்டுள்ளன, அதே நேரத்தில் SLS வெப்ப அழுத்தத்தையும் விரிசல்களையும் தூண்டும். இதற்கு நேர்மாறாக, உயர்-தூய்மை, உயர்-துல்லிய சிக்கலான பீங்கான்களை உற்பத்தி செய்வதில் BJ மற்றும் SL அதிக நன்மைகளை வழங்குகின்றன.
- பைண்டர் ஜெட்டிங் (BJ)
BJ தொழில்நுட்பம், பிணைப்புப் பொடியின் மீது பைண்டரை அடுக்கு-அடுக்காகத் தெளிப்பதை உள்ளடக்கியது, அதைத் தொடர்ந்து இறுதி பீங்கான் தயாரிப்பைப் பெற டிபைண்டிங் மற்றும் சின்டரிங் செய்யப்படுகிறது. BJ ஐ வேதியியல் நீராவி ஊடுருவலுடன் (CVI) இணைத்து, உயர்-தூய்மை, முழு படிக SiC மட்பாண்டங்கள் வெற்றிகரமாக தயாரிக்கப்பட்டன. செயல்முறையில் பின்வருவன அடங்கும்:
① BJ ஐப் பயன்படுத்தி SiC பீங்கான் பச்சை உடல்களை உருவாக்குதல்.
② 1000°C மற்றும் 200 டோரில் CVI வழியாக அடர்த்தியாக்குதல்.
③ இறுதி SiC பீங்கான் 2.95 g/cm³ அடர்த்தி, 37 W/m·K வெப்ப கடத்துத்திறன் மற்றும் 297 MPa நெகிழ்வு வலிமையைக் கொண்டிருந்தது.
ஒட்டும் ஜெட் (BJ) அச்சிடலின் திட்ட வரைபடம். (A) கணினி உதவி வடிவமைப்பு (CAD) மாதிரி, (B) BJ கொள்கையின் திட்ட வரைபடம், (C) BJ ஆல் SiC அச்சிடுதல், (D) வேதியியல் நீராவி ஊடுருவல் (CVI) மூலம் SiC இன் அடர்த்தியாக்கம்
- ஸ்டீரியோலித்தோகிராஃபி (SL)
SL என்பது மிக உயர்ந்த துல்லியம் மற்றும் சிக்கலான கட்டமைப்பு உருவாக்க திறன்களைக் கொண்ட UV-குணப்படுத்தும் அடிப்படையிலான பீங்கான் உருவாக்கும் தொழில்நுட்பமாகும். இந்த முறை அதிக திட உள்ளடக்கம் மற்றும் குறைந்த பாகுத்தன்மை கொண்ட ஒளி உணர்திறன் கொண்ட பீங்கான் குழம்புகளைப் பயன்படுத்தி ஃபோட்டோபாலிமரைசேஷன் மூலம் 3D பீங்கான் பச்சை உடல்களை உருவாக்குகிறது, அதைத் தொடர்ந்து இறுதி தயாரிப்பைப் பெற டிபைண்டிங் மற்றும் உயர்-வெப்பநிலை சின்டரிங் செய்யப்படுகிறது.
35 வால்.% SiC குழம்பைப் பயன்படுத்தி, உயர்தர 3D பச்சை உடல்கள் 405 nm UV கதிர்வீச்சின் கீழ் தயாரிக்கப்பட்டு, 800°C இல் பாலிமர் எரிதல் மற்றும் PIP சிகிச்சை மூலம் மேலும் அடர்த்தியாக்கப்பட்டன. 35 வால்.% குழம்புடன் தயாரிக்கப்பட்ட மாதிரிகள் 84.8% ஒப்பீட்டு அடர்த்தியை அடைந்து, 30% மற்றும் 40% கட்டுப்பாட்டு குழுக்களை விட சிறப்பாக செயல்பட்டதாக முடிவுகள் காட்டுகின்றன.
குழம்பை மாற்றியமைக்க லிப்போபிலிக் SiO₂ மற்றும் பீனாலிக் எபோக்சி ரெசின் (PEA) ஆகியவற்றை அறிமுகப்படுத்துவதன் மூலம், ஃபோட்டோபாலிமரைசேஷன் செயல்திறன் திறம்பட மேம்படுத்தப்பட்டது. 1600°C வெப்பநிலையில் 4 மணிநேரம் சின்டரிங் செய்த பிறகு, SiC ஆக கிட்டத்தட்ட முழுமையான மாற்றம் அடையப்பட்டது, இறுதி ஆக்ஸிஜன் உள்ளடக்கம் 0.12% மட்டுமே, முன்-ஆக்ஸிஜனேற்றம் அல்லது முன்-ஊடுருவல் படிகள் இல்லாமல் உயர்-தூய்மை, சிக்கலான-கட்டமைக்கப்பட்ட SiC மட்பாண்டங்களை ஒரு-படி உற்பத்தி செய்ய முடிந்தது.
அச்சிடும் அமைப்பு மற்றும் அதன் சின்டரிங் செயல்முறையின் விளக்கம். (A) 25°C இல் உலர்த்திய பிறகு மாதிரியின் தோற்றம், (B) 1000°C இல் பைரோலிசிஸ் மற்றும் (C) 1600°C இல் சின்டரிங்.
ஸ்டீரியோலிதோகிராஃபி 3D பிரிண்டிங்கிற்காக ஃபோட்டோசென்சிட்டிவ் Si₃N₄ பீங்கான் குழம்புகளை வடிவமைத்து, டிபைண்டிங்-ப்ரெசிண்டரிங் மற்றும் உயர்-வெப்பநிலை வயதான செயல்முறைகளைப் பயன்படுத்தி, 93.3% கோட்பாட்டு அடர்த்தி, 279.8 MPa இழுவிசை வலிமை மற்றும் 308.5–333.2 MPa நெகிழ்வு வலிமை கொண்ட Si₃N₄ பீங்கான்கள் தயாரிக்கப்பட்டன. 45 வால்.% திட உள்ளடக்கம் மற்றும் 10 வினாடி வெளிப்பாடு நேர நிலைமைகளின் கீழ், IT77-நிலை குணப்படுத்தும் துல்லியத்துடன் ஒற்றை-அடுக்கு பச்சை உடல்களைப் பெற முடியும் என்று ஆய்வுகள் கண்டறிந்துள்ளன. 0.1 °C/நிமிடம் வெப்பமாக்கல் விகிதத்துடன் குறைந்த-வெப்பநிலை டிபைண்டிங் செயல்முறை விரிசல் இல்லாத பச்சை உடல்களை உருவாக்க உதவியது.
ஸ்டீரியோலிதோகிராஃபியில் இறுதி செயல்திறனை பாதிக்கும் ஒரு முக்கிய படியாக சின்டரிங் உள்ளது. சின்டரிங் எய்ட்களைச் சேர்ப்பது பீங்கான் அடர்த்தி மற்றும் இயந்திர பண்புகளை திறம்பட மேம்படுத்தும் என்று ஆராய்ச்சி காட்டுகிறது. அதிக அடர்த்தி கொண்ட Si₃N₄ மட்பாண்டங்களைத் தயாரிக்க CeO₂ ஐ சின்டரிங் எய்டாகவும் மின்சார புலம்-உதவி சின்டரிங் தொழில்நுட்பமாகவும் பயன்படுத்துவதன் மூலம், தானிய எல்லைகளில் CeO₂ பிரிக்கப்பட்டு, தானிய எல்லை சறுக்கல் மற்றும் அடர்த்தியை ஊக்குவிக்கிறது. இதன் விளைவாக வரும் மட்பாண்டங்கள் விக்கர்ஸ் HV10/10 கடினத்தன்மையையும் (1347.9 ± 2.4) MPa·m¹/² எலும்பு முறிவு கடினத்தன்மையையும் வெளிப்படுத்தின. MgO–Y₂O₃ ஐ சேர்க்கைகளாகக் கொண்டு, பீங்கான் நுண் கட்டமைப்பு ஒருமைப்பாடு மேம்படுத்தப்பட்டது, இது செயல்திறனை கணிசமாக மேம்படுத்தியது. மொத்த ஊக்கமருந்து நிலை 8 wt.% இல், நெகிழ்வு வலிமை மற்றும் வெப்ப கடத்துத்திறன் முறையே 915.54 MPa மற்றும் 59.58 W·m⁻¹·K⁻¹ ஐ எட்டியது.
VI. முடிவுரை
சுருக்கமாக, உயர்-தூய்மை சிலிக்கான் கார்பைடு (SiC) மட்பாண்டங்கள், ஒரு சிறந்த பொறியியல் பீங்கான் பொருளாக, குறைக்கடத்திகள், விண்வெளி மற்றும் தீவிர-நிலை உபகரணங்களில் பரந்த பயன்பாட்டு வாய்ப்புகளை நிரூபித்துள்ளன. இந்த ஆய்வறிக்கை உயர்-தூய்மை SiC மட்பாண்டங்களுக்கான ஐந்து பொதுவான தயாரிப்பு வழிகளை முறையாக பகுப்பாய்வு செய்தது - மறுபடிகமாக்கல் சின்டரிங், அழுத்தமில்லாத சின்டரிங், சூடான அழுத்துதல், தீப்பொறி பிளாஸ்மா சின்டரிங் மற்றும் சேர்க்கை உற்பத்தி - அவற்றின் அடர்த்திமயமாக்கல் வழிமுறைகள், முக்கிய அளவுரு உகப்பாக்கம், பொருள் செயல்திறன் மற்றும் அந்தந்த நன்மைகள் மற்றும் வரம்புகள் பற்றிய விரிவான விவாதங்களுடன்.
உயர் தூய்மை, அதிக அடர்த்தி, சிக்கலான கட்டமைப்புகள் மற்றும் தொழில்துறை சாத்தியக்கூறுகளை அடைவதில் வெவ்வேறு செயல்முறைகள் ஒவ்வொன்றும் தனித்துவமான பண்புகளைக் கொண்டுள்ளன என்பது தெளிவாகிறது. குறிப்பாக, ஸ்டீரியோலித்தோகிராபி மற்றும் பைண்டர் ஜெட்டிங் போன்ற துணைத் துறைகளில் முன்னேற்றங்களுடன், சிக்கலான வடிவ மற்றும் தனிப்பயனாக்கப்பட்ட கூறுகளை உருவாக்குவதில் சேர்க்கை உற்பத்தி தொழில்நுட்பம் வலுவான ஆற்றலைக் காட்டியுள்ளது, இது உயர் தூய்மை SiC பீங்கான் தயாரிப்பிற்கான ஒரு முக்கியமான வளர்ச்சி திசையாக அமைகிறது.
உயர்-தூய்மை SiC பீங்கான் தயாரிப்பு குறித்த எதிர்கால ஆராய்ச்சி ஆழமாக ஆராயப்பட வேண்டும், ஆய்வக அளவிலிருந்து பெரிய அளவிலான, மிகவும் நம்பகமான பொறியியல் பயன்பாடுகளுக்கு மாறுவதை ஊக்குவிக்கிறது, இதன் மூலம் உயர்நிலை உபகரண உற்பத்தி மற்றும் அடுத்த தலைமுறை தகவல் தொழில்நுட்பங்களுக்கு முக்கியமான பொருள் ஆதரவை வழங்குகிறது.
XKH என்பது உயர் செயல்திறன் கொண்ட பீங்கான் பொருட்களின் ஆராய்ச்சி மற்றும் உற்பத்தியில் நிபுணத்துவம் பெற்ற ஒரு உயர் தொழில்நுட்ப நிறுவனமாகும். இது உயர்-தூய்மை சிலிக்கான் கார்பைடு (SiC) பீங்கான்கள் வடிவில் வாடிக்கையாளர்களுக்கு தனிப்பயனாக்கப்பட்ட தீர்வுகளை வழங்குவதற்கு அர்ப்பணிக்கப்பட்டுள்ளது. நிறுவனம் மேம்பட்ட பொருள் தயாரிப்பு தொழில்நுட்பங்கள் மற்றும் துல்லியமான செயலாக்க திறன்களைக் கொண்டுள்ளது. அதன் வணிகம் உயர்-தூய்மை SiC பீங்கான்களின் ஆராய்ச்சி, உற்பத்தி, துல்லியமான செயலாக்கம் மற்றும் மேற்பரப்பு சிகிச்சையை உள்ளடக்கியது, குறைக்கடத்தி, புதிய ஆற்றல், விண்வெளி மற்றும் உயர் செயல்திறன் கொண்ட பீங்கான் கூறுகளுக்கான பிற துறைகளின் கடுமையான தேவைகளைப் பூர்த்தி செய்கிறது. முதிர்ந்த சின்டரிங் செயல்முறைகள் மற்றும் சேர்க்கை உற்பத்தி தொழில்நுட்பங்களைப் பயன்படுத்தி, வாடிக்கையாளர்களுக்கு பொருள் சூத்திர உகப்பாக்கம், சிக்கலான கட்டமைப்பு உருவாக்கம் முதல் துல்லியமான செயலாக்கம் வரை ஒரே இடத்தில் சேவையை வழங்க முடியும், தயாரிப்புகள் சிறந்த இயந்திர பண்புகள், வெப்ப நிலைத்தன்மை மற்றும் அரிப்பு எதிர்ப்பு ஆகியவற்றைக் கொண்டிருப்பதை உறுதிசெய்கிறது.
இடுகை நேரம்: ஜூலை-30-2025