اعليٰ پاڪائي واري سلڪون ڪاربائيڊ سيرامڪ تيار ڪرڻ جي ٽيڪنالاجي ۾ ترقي

اعليٰ پاڪيزگي واري سلڪون ڪاربائيڊ (SiC) سيرامڪس سيمي ڪنڊڪٽر، ايرو اسپيس ۽ ڪيميائي صنعتن ۾ نازڪ حصن لاءِ مثالي مواد طور اڀري آيا آهن ڇاڪاڻ ته انهن جي غير معمولي حرارتي چالکائي، ڪيميائي استحڪام، ۽ ميڪيڪل طاقت آهي. اعليٰ ڪارڪردگي، گهٽ آلودگي واري سيرامڪ ڊوائيسز جي وڌندڙ مطالبن سان، اعليٰ پاڪيزگي واري SiC سيرامڪس لاءِ ڪارآمد ۽ اسڪيلبل تياري ٽيڪنالاجي جي ترقي عالمي تحقيق جو مرڪز بڻجي وئي آهي. هي پيپر منظم طور تي اعليٰ پاڪيزگي واري SiC سيرامڪس لاءِ موجوده مکيه تياري جي طريقن جو جائزو وٺندو آهي، جنهن ۾ ري ڪرسٽلائيزيشن سنٽرنگ، پريشر ليس سنٽرنگ (PS)، هاٽ پريسنگ (HP)، اسپارڪ پلازما سنٽرنگ (SPS)، ۽ ايڊٽيو مينوفيڪچرنگ (AM) شامل آهن، جنهن ۾ سنٽرنگ ميڪانيزم، اهم پيرا ميٽرز، مادي ملڪيت، ۽ هر عمل جي موجوده چئلينجن تي بحث ڪرڻ تي زور ڏنو ويو آهي.

فوجي ۽ انجنيئرنگ جي شعبن ۾ SiC سيرامڪس جو استعمال

في الحال، اعليٰ پاڪائي وارا SiC سيرامڪ جزا سلڪون ويفر ٺاهڻ واري سامان ۾ وڏي پيماني تي استعمال ڪيا وڃن ٿا، جيڪي آڪسائيڊيشن، ليٿوگرافي، ايچنگ، ۽ آئن امپلانٽيشن جهڙن بنيادي عملن ۾ حصو وٺندا آهن. ويفر ٽيڪنالاجي جي ترقي سان، ويفر جي سائيز ۾ واڌ هڪ اهم رجحان بڻجي چڪو آهي. موجوده مکيه وهڪرو ويفر سائيز 300 ملي ميٽر آهي، قيمت ۽ پيداوار جي صلاحيت جي وچ ۾ سٺو توازن حاصل ڪري ٿو. بهرحال، مور جي قانون جي ذريعي، 450 ملي ميٽر ويفر جي وڏي پيماني تي پيداوار اڳ ۾ ئي ايجنڊا تي آهي. وڏن ويفرز کي عام طور تي وارپنگ ۽ ڊيفارميشن جي مزاحمت لاءِ وڌيڪ ساختي طاقت جي ضرورت هوندي آهي، جيڪا وڏي سائيز، اعليٰ طاقت، اعليٰ پاڪائي وارا SiC سيرامڪ حصن جي وڌندڙ طلب کي وڌيڪ هلائيندي آهي. تازن سالن ۾، اضافي پيداوار (3D پرنٽنگ)، هڪ تيز پروٽوٽائپنگ ٽيڪنالاجي جي طور تي جنهن کي ڪنهن به مولڊ جي ضرورت ناهي، پيچيده ساختي SiC سيرامڪ حصن جي ٺهڻ ۾ زبردست صلاحيت جو مظاهرو ڪيو آهي ڇاڪاڻ ته ان جي پرت-به-پرت تعمير ۽ لچڪدار ڊيزائن صلاحيتن جي ڪري، وڏي پيماني تي ڌيان ڇڪايو آهي.

هي پيپر اعليٰ پاڪائي واري SiC سيرامڪس لاءِ پنج نمائندگي ڪندڙ تياري جي طريقن جو منظم طريقي سان تجزيو ڪندو - ري ڪرسٽلائيزيشن سنٽرنگ، پريشر ليس سنٽرنگ، هاٽ پريسنگ، اسپارڪ پلازما سنٽرنگ، ۽ اضافي پيداوار - انهن جي سنٽرنگ ميڪانيزم، پروسيس آپٽمائيزيشن حڪمت عملين، مواد جي ڪارڪردگي جي خاصيتن، ۽ صنعتي ايپليڪيشن جي امڪانن تي ڌيان ڏيندو.

اعليٰ پاڪائي واري سلڪون ڪاربائيڊ خام مال جون گهرجون

I. ٻيهر ڪرسٽلائيزيشن سنٽرنگ

ري ڪرسٽلائيزڊ سلڪون ڪاربائيڊ (RSiC) هڪ اعليٰ پاڪائي وارو SiC مواد آهي جيڪو 2100-2500 °C جي اعليٰ گرمي پد تي سنٽرنگ ايڊز کان سواءِ تيار ڪيو ويندو آهي. جڏهن کان فريڊرڪسن پهريون ڀيرو 19 صدي جي آخر ۾ ٻيهر ڪرسٽلائيزيشن جي رجحان کي دريافت ڪيو، RSiC پنهنجي صاف اناج جي حدن ۽ شيشي جي مرحلن ۽ نجاست جي غير موجودگي جي ڪري اهم ڌيان حاصل ڪيو آهي. تيز گرمي پد تي، SiC نسبتاً وڌيڪ بخارات جو دٻاءُ ڏيکاري ٿو، ۽ ان جي سنٽرنگ ميڪانيزم ۾ بنيادي طور تي هڪ بخارات-ڪنڊينسيشن عمل شامل آهي: سٺا اناج بخارات بڻجي ويندا آهن ۽ وڏن اناج جي مٿاڇري تي ٻيهر جمع ٿيندا آهن، ڳچيءَ جي واڌ ۽ اناج جي وچ ۾ سڌو سنئون تعلق کي فروغ ڏيندا آهن، ان ڪري مواد جي طاقت کي وڌائيندا آهن.

1990 ۾، ڪريگيسمن 2200 °C تي سلپ ڪاسٽنگ استعمال ڪندي 79.1٪ جي نسبتي کثافت سان RSiC تيار ڪيو، جنهن جو ڪراس سيڪشن ٿلهي اناج ۽ سوراخن تي مشتمل هڪ مائڪرو اسٽرڪچر ڏيکاري ٿو. بعد ۾، Yi ۽ ٻين گرين باڊيز تيار ڪرڻ لاءِ جيل ڪاسٽنگ استعمال ڪيو ۽ انهن کي 2450 °C تي سينٽر ڪيو، 2.53 g/cm³ جي بلڪ کثافت ۽ 55.4 MPa جي لچڪدار طاقت سان RSiC سيرامڪس حاصل ڪيا.

RSiC جي SEM فريڪچر مٿاڇري

گھڻ SiC جي مقابلي ۾، RSiC ۾ گھٽ کثافت (تقريبن 2.5 g/cm³) ۽ لڳ ڀڳ 20٪ کليل پورسيٽي آهي، جيڪا اعليٰ طاقت واري ايپليڪيشنن ۾ ان جي ڪارڪردگي کي محدود ڪري ٿي. تنهن ڪري، RSiC جي کثافت ۽ ميڪيڪل ملڪيت کي بهتر بڻائڻ هڪ اهم تحقيق جو مرڪز بڻجي چڪو آهي. سنگ ۽ ٻين پگھريل سلڪون کي ڪاربن/β-SiC مخلوط ڪمپيڪٽس ۾ داخل ڪرڻ ۽ 2200 ° C تي ٻيهر ڪرسٽل ڪرڻ جي تجويز پيش ڪئي، ڪاميابي سان α-SiC ٿلهي اناج مان ٺهيل هڪ نيٽ ورڪ structure تعمير ڪيو. نتيجي ۾ RSiC 2.7 g/cm³ جي کثافت ۽ 134 MPa جي لچڪدار طاقت حاصل ڪئي، اعلي گرمي پد تي بهترين ميڪيڪل استحڪام برقرار رکندي.

کثافت کي وڌيڪ وڌائڻ لاءِ، گو ۽ ٻين RSiC جي ڪيترن ئي علاجن لاءِ پوليمر انفلٽريشن ۽ پائروليسس (PIP) ٽيڪنالاجي استعمال ڪئي. PCS/xylene محلول ۽ SiC/PCS/xylene slurries کي انفلٽرنٽ طور استعمال ڪندي، 3-6 PIP چڪرن کان پوءِ، RSiC جي کثافت ۾ خاص طور تي بهتري آئي (2.90 g/cm³ تائين)، ان جي لچڪدار طاقت سان گڏ. اضافي طور تي، انهن PIP ۽ ري ڪرسٽلائيزيشن کي گڏ ڪندي هڪ چڪر واري حڪمت عملي پيش ڪئي: 1400 ° C تي پائروليسس ۽ ان کان پوءِ 2400 ° C تي ري ڪرسٽلائيزيشن، مؤثر طريقي سان ذرات جي رڪاوٽن کي صاف ڪندي ۽ پورسٽي کي گهٽائيندي. آخري RSiC مواد 2.99 g/cm³ جي کثافت ۽ 162.3 MPa جي لچڪدار طاقت حاصل ڪئي، شاندار جامع ڪارڪردگي جو مظاهرو ڪندي.

پوليمر امپريگنيشن ۽ پائروليسس (PIP)-ري ڪرسٽلائيزيشن چڪر کان پوءِ پالش ٿيل RSiC جي مائڪرو اسٽرڪچر ارتقا جون SEM تصويرون: شروعاتي RSiC (A)، پهرين PIP-ري ڪرسٽلائيزيشن چڪر (B) کان پوءِ، ۽ ٽئين چڪر (C) کان پوءِ.

II. دٻاءُ کان سواءِ سنٽرنگ

پريشر ليس سينٽرڊ سلڪون ڪاربائيڊ (SiC) سيرامڪس عام طور تي اعليٰ پاڪائي، الٽرا فائن SiC پائوڊر کي خام مال طور استعمال ڪندي تيار ڪيا ويندا آهن، جنهن ۾ ٿوري مقدار ۾ سينٽرنگ ايڊز شامل ڪيا ويندا آهن، ۽ 1800-2150 °C تي هڪ غير فعال ماحول يا ويڪيوم ۾ سينٽر ڪيا ويندا آهن. هي طريقو وڏي سائيز ۽ پيچيده ساخت واري سيرامڪ اجزاء پيدا ڪرڻ لاءِ موزون آهي. جڏهن ته، جيئن ته SiC بنيادي طور تي هم آهنگي سان ڳنڍيل آهي، ان جو خود-ڊفيوژن ڪوفيشينٽ انتهائي گهٽ آهي، جيڪو سينٽرنگ ايڊز کان سواءِ کثافت کي ڏکيو بڻائي ٿو.

سنٽرنگ ميڪانيزم جي بنياد تي، پريشر ليس سنٽرنگ کي ٻن ڀاڱن ۾ ورهائي سگهجي ٿو: پريشر ليس مائع-فيز سنٽرنگ (PLS-SiC) ۽ پريشر ليس سولڊ اسٽيٽ سنٽرنگ (PSS-SiC).

1.1 PLS-SiC (مائع-مرحلي سنٽرنگ)

PLS-SiC کي عام طور تي 2000°C کان هيٺ سينٽر ڪيو ويندو آهي، تقريبن 10 wt.% يوٽيڪٽڪ سينٽرنگ ايڊز (جهڙوڪ Al₂O₃، CaO، MgO، TiO₂، ۽ نادر زميني آڪسائيڊ RE₂O₃) کي مائع مرحلو ٺاهڻ لاءِ شامل ڪيو ويندو آهي، جيڪو کثافت حاصل ڪرڻ لاءِ ذرات جي ٻيهر ترتيب ۽ ماس منتقلي کي فروغ ڏيندو آهي. هي عمل صنعتي-گريڊ SiC سيرامڪس لاءِ موزون آهي، پر مائع-مرحلي سينٽرنگ ذريعي حاصل ڪيل اعليٰ پاڪيزگي SiC جي ڪا به رپورٽ نه ملي آهي.

1.2 پي ايس ايس-سي آءِ سي (سالڊ اسٽيٽ سينٽرنگ)

PSS-SiC ۾ 2000°C کان مٿي گرمي پد تي سولڊ اسٽيٽ ڊينسيفڪيشن شامل آهي جنهن ۾ لڳ ڀڳ 1 wt.% اضافو شامل آهي. هي عمل بنيادي طور تي ايٽمي ڊفيوژن ۽ اناج جي ٻيهر ترتيب تي ڀاڙي ٿو جيڪو مٿاڇري جي توانائي کي گهٽائڻ ۽ کثافت حاصل ڪرڻ لاءِ اعليٰ درجه حرارت ذريعي هلائي ٿو. BC (بوران-ڪاربن) سسٽم هڪ عام ايڊيٽيوٽ ميلاپ آهي، جيڪو اناج جي حد جي توانائي کي گهٽائي سگهي ٿو ۽ SiC مٿاڇري تان SiO₂ کي هٽائي سگهي ٿو. جڏهن ته، روايتي BC ايڊيٽيوٽ اڪثر ڪري باقي بچيل نجاست متعارف ڪرائيندا آهن، SiC پاڪائي کي گهٽائيندا آهن.

اضافي مواد (B 0.4 wt.%، C 1.8 wt.%) کي ڪنٽرول ڪرڻ ۽ 2150°C تي 0.5 ڪلاڪن لاءِ سينٽرنگ ڪرڻ سان، 99.6 wt.% جي پاڪائي ۽ 98.4% جي نسبتي کثافت سان اعليٰ پاڪائي واري SiC سيرامڪس حاصل ڪيا ويا. مائڪرو اسٽرڪچر ڪالمنر اناج (ڪجهه ڊيگهه ۾ 450 µm کان وڌيڪ) ڏيکاريا، اناج جي حدن تي معمولي سوراخن ۽ اناج جي اندر گريفائٽ ذرات سان. سيرامڪس 443 ± 27 MPa جي لچڪدار طاقت، 420 ± 1 GPa جو هڪ لچڪدار ماڊيولس، ۽ ڪمري جي گرمي پد 600°C جي حد ۾ 3.84 × 10⁻⁶ K⁻¹ جي حرارتي توسيع جي کوٽائي ڏيکاري، شاندار مجموعي ڪارڪردگي جو مظاهرو ڪيو.

PSS-SiC جو مائڪرو اسٽرڪچر: (الف) پالش ڪرڻ ۽ NaOH ايچنگ کان پوءِ SEM تصوير؛ (BD) پالش ڪرڻ ۽ ايچنگ کان پوءِ BSD تصويرون.

III. گرم دٻائڻ وارو سنٽرنگ

گرم دٻاءُ (HP) سنٽرنگ هڪ کثافت واري ٽيڪنڪ آهي جيڪا هڪ ئي وقت پائوڊر مواد تي تيز گرمي پد ۽ تيز دٻاءُ واري حالتن ۾ گرمي ۽ غير محوري دٻاءُ لاڳو ڪري ٿي. تيز دٻاءُ خاص طور تي سوراخن جي ٺهڻ کي روڪي ٿو ۽ اناج جي واڌ کي محدود ڪري ٿو، جڏهن ته تيز گرمي پد اناج جي فيوزن ۽ گهاٽي جوڙجڪ جي ٺهڻ کي فروغ ڏئي ٿو، آخرڪار اعليٰ کثافت، اعليٰ پاڪائي واري SiC سيرامڪس پيدا ڪري ٿو. دٻائڻ جي هدايتي نوعيت جي ڪري، هي عمل اناج جي اينيسوٽروپي کي متاثر ڪري ٿو، جيڪو ميڪيڪل ۽ لباس جي خاصيتن کي متاثر ڪري ٿو.

خالص SiC سيرامڪس کي اضافي شين کان سواءِ کثافت ڏيڻ ڏکيو آهي، جنهن لاءِ الٽرا هاءِ پريشر سنٽرنگ جي ضرورت آهي. ناديو ۽ ٻين 2500°C ۽ 5000 MPa تي اضافي شين کان سواءِ مڪمل طور تي کثافت وارو SiC ڪاميابي سان تيار ڪيو؛ سن ۽ ٻين 25 GPa ۽ 1400°C تي 41.5 GPa تائين وِڪرز جي سختي سان β-SiC بلڪ مواد حاصل ڪيو. 4 GPa پريشر استعمال ڪندي، تقريبن 98% ۽ 99% جي نسبتي کثافت، 35 GPa جي سختي، ۽ 450 GPa جي لچڪدار ماڊيولس سان SiC سيرامڪس ترتيب وار 1500°C ۽ 1900°C تي تيار ڪيا ويا. 5 GPa ۽ 1500°C تي سينٽرنگ مائڪرون سائيز جي SiC پائوڊر سان 31.3 GPa جي سختي ۽ 98.4% جي نسبتي کثافت سان سيرامڪس حاصل ڪيا.

جيتوڻيڪ اهي نتيجا ظاهر ڪن ٿا ته الٽرا هاءِ پريشر اضافي کان پاڪ کثافت حاصل ڪري سگهي ٿو، گهربل سامان جي پيچيدگي ۽ اعليٰ قيمت صنعتي ايپليڪيشنن کي محدود ڪري ٿي. تنهن ڪري، عملي تياري ۾، ٽريس اضافو يا پائوڊر گرينوليشن اڪثر ڪري سنٽرنگ ڊرائيونگ فورس کي وڌائڻ لاءِ استعمال ڪيا ويندا آهن.

4 wt.% فينولڪ رال کي هڪ اضافي طور شامل ڪرڻ ۽ 2350°C ۽ 50 MPa تي سينٽرنگ ڪرڻ سان، 92% جي کثافت جي شرح ۽ 99.998% جي پاڪائي سان SiC سيرامڪس حاصل ڪيا ويا. گهٽ اضافي مقدار (بوريڪ ايسڊ ۽ ڊي-فروڪٽوز) استعمال ڪندي ۽ 2050°C ۽ 40 MPa تي سينٽرنگ ڪندي، اعلي پاڪائي SiC هڪ نسبتي کثافت >99.5% ۽ صرف 556 ppm جي باقي B مواد سان تيار ڪئي وئي. SEM تصويرن مان ظاهر ٿيو ته، دٻاءُ کان سواءِ سينٽر ٿيل نمونن جي مقابلي ۾، گرم دٻايل نمونن ۾ ننڍا اناج، گهٽ سوراخ، ۽ وڌيڪ کثافت هئي. لچڪدار طاقت 453.7 ± 44.9 MPa هئي، ۽ لچڪدار ماڊيولس 444.3 ± 1.1 GPa تائين پهچي ويو.

1900°C تي هولڊنگ ٽائيم وڌائڻ سان، اناج جو سائز 1.5 μm کان 1.8 μm تائين وڌي ويو، ۽ حرارتي چالکائي 155 کان 167 W·m⁻¹·K⁻¹ تائين بهتر ٿي، جڏهن ته پلازما سنکنرن جي مزاحمت کي پڻ وڌايو.

1850°C ۽ 30 MPa جي حالتن ۾، داڻا ۽ اينيل ٿيل SiC پائوڊر جي گرم دٻائڻ ۽ تيز گرم دٻائڻ سان بغير ڪنهن به اضافي جي مڪمل طور تي گهاٽو β-SiC سيرامڪس حاصل ٿيو، جنهن جي کثافت 3.2 g/cm³ ۽ سنٽرنگ گرمي پد روايتي عملن کان 150-200°C گهٽ هئي. سيرامڪس ۾ 2729 GPa جي سختي، 5.25–5.30 MPa·m^1/2 جي فريڪچر سختي، ۽ بهترين ڪرپ مزاحمت (1400°C/1450°C ۽ 100 MPa تي 9.9 × 10⁻⁹ s⁻¹ جي ڪرپ ريٽ ۽ 3.8 × 10⁻⁹ s⁻¹ جي ڪرپ ريٽ) ڏيکاري وئي.

(الف) پالش ٿيل مٿاڇري جي SEM تصوير؛ (ب) فريڪچر جي مٿاڇري جي SEM تصوير؛ (سي، ڊي) پالش ٿيل مٿاڇري جي BSD تصوير.

پائيزو اليڪٽرڪ سيرامڪس لاءِ 3D پرنٽنگ ريسرچ ۾، سيرامڪ سلري، بنيادي عنصر جي طور تي جيڪو ٺهڻ ۽ ڪارڪردگي کي متاثر ڪري ٿو، ملڪي ۽ بين الاقوامي سطح تي هڪ اهم ڌيان بڻجي چڪو آهي. موجوده مطالعي عام طور تي ظاهر ڪن ٿا ته پيٽرولر جهڙوڪ پائوڊر پارٽيڪل سائيز، سلري ويسڪوسيٽي، ۽ مضبوط مواد خاص طور تي آخري پيداوار جي ٺهڻ جي معيار ۽ پائيزو اليڪٽرڪ خاصيتن کي متاثر ڪن ٿا.

تحقيق مان معلوم ٿيو آهي ته مائڪرون-، سب مائڪرون-، ۽ نانو-سائيز بيريم ٽائيٽينيٽ پائوڊر استعمال ڪندي تيار ڪيل سيرامڪ سلري اسٽيريوليٿوگرافي (مثال طور، LCD-SLA) جي عملن ۾ اهم فرق ڏيکارين ٿا. جيئن ذرڙن جي سائيز گهٽجي ٿي، سلري ويسڪوسٽي واضح طور تي وڌي ٿي، نانو-سائيز پائوڊر اربين mPa·s تائين ويسڪوسٽي سان سلري پيدا ڪن ٿا. مائڪرون-سائيز پائوڊر سان سلري پرنٽنگ دوران ڊيليمينيشن ۽ ڇلڻ جو شڪار هوندا آهن، جڏهن ته سب مائڪرون ۽ نانو-سائيز پائوڊر وڌيڪ مستحڪم ٺهڻ واري رويي جو مظاهرو ڪندا آهن. اعليٰ درجه حرارت جي سنٽرنگ کان پوءِ، نتيجي ۾ سيرامڪ نمونن 5.44 g/cm³ جي کثافت حاصل ڪئي، هڪ پائيزو اليڪٽرڪ ڪوئفيشينٽ (d₃₃) تقريبن 200 pC/N، ۽ گهٽ نقصان جا عنصر، بهترين اليڪٽروميڪيڪل جوابي خاصيتن جي نمائش ڪن ٿا.

ان کان علاوه، مائڪرو اسٽيريوليٿوگرافي جي عملن ۾، PZT-قسم جي سلري (مثال طور، 75 wt.٪) جي مضبوط مواد کي ترتيب ڏيڻ سان 7.35 g/cm³ جي کثافت سان سنٽرڊ جسم پيدا ٿيا، پولنگ اليڪٽرڪ فيلڊز جي تحت 600 pC/N تائين پائيزو اليڪٽرڪ مستقل حاصل ڪيو. مائڪرو اسڪيل ڊيفارميشن معاوضي تي تحقيق خاص طور تي فارمنگ جي درستگي کي بهتر بڻايو، جاميٽري درستگي کي 80٪ تائين وڌايو.

PMN-PT پائيزو اليڪٽرڪ سيرامڪس تي هڪ ٻي مطالعي مان ظاهر ٿيو ته ٺوس مواد سيرامڪ جي بناوت ۽ بجلي جي خاصيتن تي تنقيدي اثر وجهندو آهي. 80 wt.% ٺوس مواد تي، ضمني پراڊڪٽس آساني سان سيرامڪس ۾ ظاهر ٿيا؛ جيئن ٺوس مواد 82 wt.% ۽ ان کان مٿي تائين وڌي ويو، ضمني پراڊڪٽس بتدريج غائب ٿي ويا، ۽ سيرامڪ جي بناوت وڌيڪ صاف ٿي وئي، جنهن ۾ ڪارڪردگي ۾ نمايان بهتري آئي. 82 wt.% تي، سيرامڪس بهترين برقي خاصيتون ڏيکاريون: 730 pC/N جو هڪ پائيزو اليڪٽرڪ مستقل، 7226 جي نسبتي اجازت، ۽ صرف 0.07 جو ڊائي اليڪٽرڪ نقصان.

خلاصو، سيرامڪ سلري جي ذرڙن جي سائيز، مضبوط مواد، ۽ ريولوجيڪل خاصيتون نه رڳو ڇپائي جي عمل جي استحڪام ۽ درستگي کي متاثر ڪن ٿيون پر سنٽرڊ جسمن جي کثافت ۽ پيزو اليڪٽرڪ ردعمل کي سڌو سنئون طئي ڪن ٿيون، انهن کي اعليٰ ڪارڪردگي واري 3D-پرنٽ ٿيل پيزو اليڪٽرڪ سيرامڪس حاصل ڪرڻ لاءِ اهم پيرا ميٽر بڻائين ٿيون.

BT/UV نمونن جي LCD-SLA 3D پرنٽنگ جو مکيه عمل

مختلف مضبوط مواد سان PMN-PT سيرامڪس جون خاصيتون

IV. اسپارڪ پلازما سينٽرنگ

اسپارڪ پلازما سنٽرنگ (ايس پي ايس) هڪ جديد سنٽرنگ ٽيڪنالاجي آهي جيڪا تيز کثافت حاصل ڪرڻ لاءِ پائوڊر تي لاڳو ڪيل نبض واري ڪرنٽ ۽ ميڪيڪل پريشر کي هڪ ئي وقت استعمال ڪري ٿي. هن عمل ۾، ڪرنٽ سڌو سنئون مولڊ ۽ پائوڊر کي گرم ڪري ٿو، جول گرمي ۽ پلازما پيدا ڪري ٿو، ٿوري وقت ۾ موثر سنٽرنگ کي فعال بڻائي ٿو (عام طور تي 10 منٽن اندر). تيز گرم ڪرڻ مٿاڇري جي پکيڙ کي فروغ ڏئي ٿو، جڏهن ته اسپارڪ ڊسچارج پائوڊر جي مٿاڇري تان جذب ٿيل گيسن ۽ آڪسائيڊ پرتن کي هٽائڻ ۾ مدد ڪري ٿو، سنٽرنگ جي ڪارڪردگي کي بهتر بڻائي ٿو. برقي مقناطيسي شعبن جي ذريعي پيدا ٿيندڙ اليڪٽرومائيگريشن اثر پڻ ايٽمي پکيڙ کي وڌائي ٿو.

روايتي گرم دٻاءُ جي مقابلي ۾، ايس پي ايس وڌيڪ سڌي گرمي استعمال ڪري ٿو، گهٽ درجه حرارت تي کثافت کي فعال بڻائي ٿو جڏهن ته اناج جي واڌ کي مؤثر طريقي سان روڪي ٿو ته جيئن نفيس ۽ هڪجهڙا مائڪرو اسٽرڪچر حاصل ڪري سگهجن. مثال طور:

• بغير ڪنهن اضافي جي، گرائونڊ SiC پائوڊر کي خام مال طور استعمال ڪندي، 2100 ° C ۽ 70 MPa تي 30 منٽن لاءِ سينٽرنگ ڪرڻ سان 98٪ نسبتي کثافت سان نمونا مليا.
• 1700°C ۽ 40 MPa تي 10 منٽن لاءِ سينٽرنگ ڪرڻ سان 98٪ کثافت ۽ صرف 30-50 nm جي اناج جي سائيز سان ڪيوبڪ SiC پيدا ٿيو.
• 80 µm گرينولر SiC پائوڊر استعمال ڪرڻ ۽ 1860°C ۽ 50 MPa تي 5 منٽن لاءِ سينٽرنگ ڪرڻ جي نتيجي ۾ 98.5٪ نسبتي کثافت سان اعليٰ ڪارڪردگي وارا SiC سيرامڪس، 28.5 GPa جي وِڪرز مائڪرو هارڊنيس، 395 MPa جي لچڪدار طاقت، ۽ 4.5 MPa·m^1/2 جي فريڪچر سختي پيدا ٿي.

مائڪرو اسٽرڪچرل تجزيي مان ظاهر ٿيو ته جيئن سنٽرنگ جو گرمي پد 1600 °C کان 1860 °C تائين وڌيو، مادي پورسيٽي خاص طور تي گهٽجي وئي، جيڪا اعليٰ درجه حرارت تي مڪمل کثافت جي ويجهو پهتي.

SiC سيرامڪس جي مائڪرو اسٽرڪچر مختلف گرمي پد تي سنٽر ٿيل هئي: (A) 1600°C، (B) 1700°C، (C) 1790°C ۽ (D) 1860°C

وي. اضافي پيداوار

اضافي پيداوار (AM) تازو ئي پيچيده سيرامڪ حصن کي ٺاهڻ ۾ زبردست صلاحيت جو مظاهرو ڪيو آهي ڇاڪاڻ ته ان جي پرت-به-پرت تعمير جي عمل جي ڪري. SiC سيرامڪس لاءِ، ڪيتريون ئي AM ٽيڪنالاجيون ترقي ڪيون ويون آهن، جن ۾ بائنڊر جيٽنگ (BJ)، 3DP، چونڊيل ليزر سنٽرنگ (SLS)، سڌو انڪ رائٽنگ (DIW)، ۽ اسٽيريو ليٿوگرافي (SL، DLP) شامل آهن. تاهم، 3DP ۽ DIW ۾ گهٽ درستگي آهي، جڏهن ته SLS حرارتي دٻاءُ ۽ دراڙ پيدا ڪرڻ جو رجحان رکي ٿو. ان جي ابتڙ، BJ ۽ SL اعليٰ پاڪائي، اعليٰ درستگي واري پيچيده سيرامڪس پيدا ڪرڻ ۾ وڌيڪ فائدا پيش ڪن ٿا.

1. بائنڊر جيٽنگ (بي جي)

بي جي ٽيڪنالاجي ۾ بائنڊر کي بانڊ پائوڊر تائين پرت-بائي-پرت اسپري ڪرڻ شامل آهي، جنهن کان پوءِ آخري سيرامڪ پراڊڪٽ حاصل ڪرڻ لاءِ ڊي بائنڊنگ ۽ سينٽرنگ ڪئي ويندي آهي. بي جي کي ڪيميائي وانپ انفلٽريشن (CVI) سان ملائي، اعليٰ پاڪائي، مڪمل طور تي ڪرسٽل لائن سي سي سيرامڪس ڪاميابي سان تيار ڪيا ويا. عمل ۾ شامل آهن:

① BJ استعمال ڪندي SiC سيرامڪ گرين باڊيز ٺاهڻ.
② 1000°C ۽ 200 Torr تي CVI ذريعي کثافت ڏيڻ.
③ آخري SiC سيرامڪ جي کثافت 2.95 g/cm³، حرارتي چالکائي 37 W/m·K، ۽ لچڪدار طاقت 297 MPa هئي.

چپڪندڙ جيٽ (BJ) پرنٽنگ جو اسڪيميٽڪ ڊاگرام. (الف) ڪمپيوٽر جي مدد سان ٺهيل ڊيزائن (CAD) ماڊل، (ب) BJ اصول جو اسڪيميٽڪ ڊاگرام، (ج) BJ ذريعي SiC جي پرنٽنگ، (د) ڪيميائي وانپ انفلٽريشن (CVI) ذريعي SiC جي کثافت.

2. اسٽيريو ليٿوگرافي (SL)

SL هڪ UV-ڪيورنگ تي ٻڌل سيرامڪ فارمنگ ٽيڪنالاجي آهي جنهن ۾ انتهائي اعليٰ درستگي ۽ پيچيده ڍانچي جي ٺهڻ جي صلاحيت آهي. هي طريقو فوٽوپوليمرائيزيشن ذريعي 3D سيرامڪ گرين باڊيز ٺاهڻ لاءِ اعليٰ مضبوط مواد ۽ گهٽ ويسڪوسيٽي سان فوٽو حساس سيرامڪ سلري استعمال ڪري ٿو، جنهن کان پوءِ آخري پيداوار حاصل ڪرڻ لاءِ ڊيبائنڊنگ ۽ اعليٰ درجه حرارت جي سنٽرنگ ڪئي ويندي آهي.

35 وولٽ٪ SiC سلري استعمال ڪندي، اعليٰ معيار جا 3D گرين باڊيز 405 nm UV شعاع هيٺ تيار ڪيا ويا ۽ 800 ° C تي پوليمر برن آئوٽ ۽ PIP علاج ذريعي وڌيڪ کثافت ڏني وئي. نتيجن مان ظاهر ٿيو ته 35 وولٽ٪ سلري سان تيار ڪيل نمونن 84.8٪ جي نسبتي کثافت حاصل ڪئي، 30٪ ۽ 40٪ ڪنٽرول گروپن کان بهتر ڪارڪردگي ڏيکاري.

سلري کي تبديل ڪرڻ لاءِ لپوفيلڪ SiO₂ ۽ فينولڪ ايپوڪسي رال (PEA) متعارف ڪرائڻ سان، فوٽوپوليمرائيزيشن ڪارڪردگي کي مؤثر طريقي سان بهتر بڻايو ويو. 1600 ° C تي 4 ڪلاڪن لاءِ سينٽرنگ ڪرڻ کان پوءِ، SiC ۾ تقريبن مڪمل تبديلي حاصل ڪئي وئي، صرف 0.12٪ جي آخري آڪسيجن مواد سان، پري آڪسائيڊشن يا پري انفلٽريشن مرحلن کان سواءِ اعليٰ پاڪائي، پيچيده ساخت واري SiC سيرامڪس جي هڪ قدم جي ٺاھڻ کي فعال ڪيو ويو.

ڇپائيءَ جي جوڙجڪ ۽ ان جي سنٽرنگ جي عمل جو مثال. (A) 25°C تي سڪي وڃڻ کان پوءِ نموني جو ظهور، (B) 1000°C تي پائروليسس، ۽ (C) 1600°C تي سنٽرنگ.

اسٽيريوليٿوگرافي 3D پرنٽنگ لاءِ فوٽوسينسيٽو Si₃N₄ سيرامڪ سلريز کي ڊزائين ڪندي ۽ ڊيبائنڊنگ-پريسينٽرنگ ۽ اعليٰ درجه حرارت جي عمر جي عملن کي استعمال ڪندي، 93.3٪ نظرياتي کثافت، 279.8 MPa جي ٽينسل طاقت، ۽ 308.5–333.2 MPa جي لچڪدار طاقت سان Si₃N₄ سيرامڪس تيار ڪيا ويا. مطالعي مان معلوم ٿيو ته 45 وولٽ٪ سالڊ مواد ۽ 10 سيڪنڊن جي نمائش واري وقت جي حالتن ۾، IT77-سطح جي علاج جي درستگي سان سنگل-پرت گرين باڊيز حاصل ڪري سگهجن ٿيون. 0.1 °C/min جي گرمي جي شرح سان گهٽ درجه حرارت ڊيبائنڊنگ عمل دراڙ کان پاڪ گرين باڊيز پيدا ڪرڻ ۾ مدد ڪئي.

اسٽيريوليٿوگرافي ۾ آخري ڪارڪردگي کي متاثر ڪندڙ هڪ اهم قدم سنٽرنگ آهي. تحقيق ڏيکاري ٿي ته سنٽرنگ ايڊز شامل ڪرڻ سان سيرامڪ کثافت ۽ ميڪيڪل ملڪيتن کي مؤثر طريقي سان بهتر بڻائي سگهجي ٿو. اعليٰ کثافت واري Si₃N₄ سيرامڪس تيار ڪرڻ لاءِ CeO₂ کي سنٽرنگ ايڊ ۽ اليڪٽرڪ فيلڊ اسسٽڊ سنٽرنگ ٽيڪنالاجي طور استعمال ڪندي، CeO₂ اناج جي حدن تي الڳ ٿيڻ لاءِ مليو، اناج جي حد سلائيڊنگ ۽ کثافت کي فروغ ڏنو. نتيجي ۾ سيرامڪس HV10/10 (1347.9 ± 2.4) جي وِڪرز جي سختي ۽ (6.57 ± 0.07) MPa·m¹/² جي فريڪچر سختي جو مظاهرو ڪيو. MgO–Y₂O₃ کي اضافي طور تي شامل ڪرڻ سان، سيرامڪ مائڪرو اسٽرڪچر هڪجهڙائي بهتر ڪئي وئي، ڪارڪردگي کي خاص طور تي وڌايو. 8 wt.% جي ڪل ڊوپنگ سطح تي، لچڪدار طاقت ۽ حرارتي چالکائي ترتيب وار 915.54 MPa ۽ 59.58 W·m⁻¹·K⁻¹ تائين پهچي وئي.

VI. نتيجو

خلاصو، اعليٰ پاڪيزگي واري سلڪون ڪاربائيڊ (SiC) سيرامڪس، هڪ شاندار انجنيئرنگ سيرامڪ مواد جي طور تي، سيمي ڪنڊڪٽرز، ايرو اسپيس، ۽ انتهائي حالت واري سامان ۾ وسيع ايپليڪيشن امڪانن جو مظاهرو ڪيو آهي. هن پيپر ۾ اعليٰ پاڪيزگي واري SiC سيرامڪس لاءِ پنج عام تياري جي رستن جو منظم طريقي سان تجزيو ڪيو ويو آهي - ري ڪرسٽلائيزيشن سنٽرنگ، پريشر ليس سنٽرنگ، گرم پريسنگ، اسپارڪ پلازما سنٽرنگ، ۽ اضافي پيداوار - انهن جي کثافت واري ميڪانيزم، اهم پيرا ميٽر آپٽمائيزيشن، مواد جي ڪارڪردگي، ۽ لاڳاپيل فائدن ۽ حدن تي تفصيلي بحثن سان.

اهو واضح آهي ته مختلف عملن ۾ هر هڪ ۾ اعليٰ پاڪائي، اعليٰ کثافت، پيچيده جوڙجڪ، ۽ صنعتي ممڪنيت حاصل ڪرڻ جي لحاظ کان منفرد خاصيتون آهن. خاص طور تي، اضافي پيداوار واري ٽيڪنالاجي پيچيده شڪل ۽ ڪسٽمائيز حصن کي ٺاهڻ ۾ مضبوط صلاحيت ڏيکاري آهي، اسٽيريوليٿوگرافي ۽ بائنڊر جيٽنگ جهڙن ذيلي شعبن ۾ ڪاميابين سان، ان کي اعليٰ پاڪائي واري SiC سيرامڪ تياري لاءِ هڪ اهم ترقي جي هدايت بڻائي ٿي.

اعليٰ پاڪائي واري SiC سيرامڪ تياري تي مستقبل جي تحقيق کي وڌيڪ گہرائي سان جاچڻ جي ضرورت آهي، ليبارٽري پيماني کان وڏي پيماني تي، انتهائي قابل اعتماد انجنيئرنگ ايپليڪيشنن ڏانهن منتقلي کي فروغ ڏيڻ، انهي ڪري اعليٰ درجي جي سامان جي پيداوار ۽ ايندڙ نسل جي معلوماتي ٽيڪنالاجي لاءِ اهم مواد جي مدد فراهم ڪندي.

XKH هڪ اعليٰ ٽيڪنالاجي ڪمپني آهي جيڪا اعليٰ ڪارڪردگي واري سيرامڪ مواد جي تحقيق ۽ پيداوار ۾ ماهر آهي. اهو گراهڪن لاءِ اعليٰ پاڪيزگي واري سلڪون ڪاربائيڊ (SiC) سيرامڪس جي صورت ۾ ڪسٽمائيز حل فراهم ڪرڻ لاءِ وقف آهي. ڪمپني وٽ جديد مواد جي تياري جون ٽيڪنالاجيون ۽ صحيح پروسيسنگ صلاحيتون آهن. ان جو ڪاروبار اعليٰ پاڪيزگي واري SiC سيرامڪس جي تحقيق، پيداوار، صحيح پروسيسنگ، ۽ مٿاڇري جي علاج کي شامل ڪري ٿو، سيمي ڪنڊڪٽر، نئين توانائي، ايرو اسپيس ۽ اعليٰ ڪارڪردگي واري سيرامڪ اجزاء لاءِ ٻين شعبن جي سخت ضرورتن کي پورو ڪري ٿو. پختو سنٽرنگ عملن ۽ اضافي پيداوار ٽيڪنالاجي کي استعمال ڪندي، اسان گراهڪن کي مادي فارمولا جي اصلاح، پيچيده ڍانچي جي ٺهڻ کان وٺي صحيح پروسيسنگ تائين هڪ اسٽاپ سروس پيش ڪري سگهون ٿا، يقيني بڻائين ته مصنوعات ۾ بهترين ميڪيڪل خاصيتون، حرارتي استحڪام ۽ سنکنرن جي مزاحمت آهي.