सिलिकन नाइट्राइड (Si₃N₄) सिरेमिकहरू, उन्नत संरचनात्मक सिरेमिकको रूपमा, उच्च तापक्रम प्रतिरोध, उच्च शक्ति, उच्च कठोरता, उच्च कठोरता, क्रिप प्रतिरोध, अक्सीकरण प्रतिरोध, र पहिरन प्रतिरोध जस्ता उत्कृष्ट गुणहरू छन्। थप रूपमा, तिनीहरूले राम्रो थर्मल झटका प्रतिरोध, डाइलेक्ट्रिक गुणहरू, उच्च थर्मल चालकता, र उत्कृष्ट उच्च आवृत्ति विद्युत चुम्बकीय तरंग प्रसारण प्रदर्शन प्रदान गर्दछ। यी उत्कृष्ट व्यापक गुणहरूले तिनीहरूलाई जटिल संरचनात्मक घटकहरूमा विशेष गरी एयरोस्पेस र अन्य उच्च-टेक क्षेत्रहरूमा व्यापक रूपमा प्रयोग गर्दछ।
यद्यपि, Si₃N₄, बलियो सहसंयोजक बन्धहरू भएको यौगिक भएकोले, एक स्थिर संरचना छ जसले ठोस-स्टेट प्रसारको माध्यमबाट उच्च घनत्वमा सिन्टरिङ गर्न गाह्रो बनाउँछ। सिन्टरिङलाई प्रवर्द्धन गर्न, मेटल अक्साइडहरू (MgO, CaO, Al₂O₃) र दुर्लभ अर्थ अक्साइडहरू (Yb₂O₃, Y₂O₃, Lu₂O₃, CeO₂) जस्ता सिन्टरिङ एड्सहरू थपिएका छन्।
हाल, ग्लोबल अर्धचालक उपकरण टेक्नोलोजी उच्च भोल्टेजहरू, ठूला धाराहरू, र अधिक पावर घनत्व तिर अगाडि बढिरहेको छ। Si₃N₄ सिरेमिक बनाउनका लागि विधिहरूमा अनुसन्धान व्यापक छ। यस लेखले sintering प्रक्रियाहरू प्रस्तुत गर्दछ जसले प्रभावकारी रूपमा सिलिकन नाइट्राइड सिरेमिकको घनत्व र व्यापक मेकानिकल गुणहरू सुधार गर्दछ।
Si₃N₄ सिरेमिकका लागि सामान्य सिंटरिङ विधिहरू
विभिन्न सिंटरिङ विधिहरूद्वारा तयार गरिएका Si₃N₄ सिरेमिकहरूको प्रदर्शनको तुलना
1. प्रतिक्रियात्मक सिंटरिङ (RS):Reactive sintering औद्योगिक रूपमा Si₃N₄ सिरेमिक तयार गर्न प्रयोग गरिने पहिलो विधि थियो। यो सरल, लागत-प्रभावी, र जटिल आकारहरू बनाउन सक्षम छ। यद्यपि, यसको लामो उत्पादन चक्र छ, जुन औद्योगिक स्तरको उत्पादनको लागि अनुकूल छैन।
2. दबाव रहित सिंटरिङ (PLS):यो सबैभन्दा आधारभूत र सरल sintering प्रक्रिया हो। यद्यपि, यसलाई उच्च-गुणस्तरको Si₃N₄ कच्चा माल चाहिन्छ र प्रायः कम घनत्व, महत्त्वपूर्ण संकुचन, र क्र्याक वा विकृत हुने प्रवृत्ति भएको सिरेमिकको परिणाम हुन्छ।
3. हट प्रेस सिन्टरिङ (HP):एकअक्षीय मेकानिकल दबाबको प्रयोगले सिन्टरिङको लागि ड्राइभिङ फोर्स बढाउँछ, घना सिरेमिकहरूलाई दबावरहित सिन्टरिङमा प्रयोग हुने तापमानभन्दा १००-२०० डिग्री सेल्सियस कम तापक्रममा उत्पादन गर्न अनुमति दिन्छ। यो विधि सामान्यतया अपेक्षाकृत साधारण ब्लक-आकारको सिरेमिक निर्माण गर्न प्रयोग गरिन्छ तर सब्सट्रेट सामग्रीहरूको लागि मोटाई र आकार आवश्यकताहरू पूरा गर्न गाह्रो छ।
4. स्पार्क प्लाज्मा सिंटरिङ (SPS):SPS छिटो sintering, अन्न परिष्करण, र कम sintering तापमान द्वारा विशेषता हो। यद्यपि, SPS लाई उपकरणहरूमा महत्त्वपूर्ण लगानी चाहिन्छ, र SPS मार्फत उच्च थर्मल चालकता Si₃N₄ सिरेमिकको तयारी अझै प्रयोगात्मक चरणमा छ र अझै औद्योगिकीकरण भएको छैन।
5. ग्यास-प्रेसर सिंटरिङ (GPS):ग्यासको दबाब लागू गरेर, यो विधिले उच्च तापमानमा सिरेमिक विघटन र वजन घटाउन रोक्छ। उच्च घनत्व सिरेमिक उत्पादन गर्न सजिलो छ र ब्याच उत्पादन सक्षम गर्दछ। यद्यपि, एकल-चरण ग्यास-दबाव सिंटरिङ प्रक्रियाले समान आन्तरिक र बाह्य रंग र संरचनाको साथ संरचनात्मक घटकहरू उत्पादन गर्न संघर्ष गर्दछ। दुई-चरण वा बहु-चरण sintering प्रक्रिया प्रयोग गरेर अन्तरग्रान्युलर अक्सिजन सामग्रीलाई उल्लेखनीय रूपमा कम गर्न, थर्मल चालकता सुधार गर्न, र समग्र गुणहरू बढाउन सक्छ।
यद्यपि, दुई-चरण ग्यास-दबाव सिंटरिङको उच्च सिंटरिङ तापक्रमले अघिल्लो अनुसन्धानलाई मुख्य रूपमा उच्च थर्मल चालकता र कोठा-तापमान झुकाउने शक्तिको साथ Si₃N₄ सिरेमिक सब्सट्रेटहरू तयार गर्नमा केन्द्रित गरेको छ। व्यापक मेकानिकल गुणहरू र उच्च-तापमान मेकानिकल गुणहरूको साथ Si₃N₄ सिरेमिकमा अनुसन्धान अपेक्षाकृत सीमित छ।
Si₃N₄ को लागि ग्यास-प्रेसर दुई-चरण सिंटरिंग विधि
याङ झोउ र चोङकिङ युनिभर्सिटी अफ टेक्नोलोजीका सहकर्मीहरूले 5 wt.% Yb₂O₃ + 5 wt.% Al₂O₃ को एक-चरण र दुई-चरण ग्यास-प्रेसर सिंटरिङ प्रक्रियाहरू 10°C मा प्रयोग गरी Si₃N₄ सिरेमिकहरू तयार गर्न सिंटरिङ सहायता प्रणाली प्रयोग गरे। दुई-चरण sintering प्रक्रिया द्वारा उत्पादित Si₃N₄ सिरेमिक उच्च घनत्व र राम्रो व्यापक मेकानिकल गुण थियो। निम्नले Si₃N₄ सिरेमिक कम्पोनेन्टहरूको माइक्रोस्ट्रक्चर र मेकानिकल गुणहरूमा एक-चरण र दुई-चरण ग्यास-दबाव सिंटरिङ प्रक्रियाहरूको प्रभावहरूको सारांश दिन्छ।
घनत्व Si₃N₄ को घनत्व प्रक्रियामा सामान्यतया तीन चरणहरू समावेश हुन्छन्, चरणहरू बीच ओभरल्यापको साथ। पहिलो चरण, कण पुनर्व्यवस्थित, र दोस्रो चरण, विघटन-वर्षा, घनत्वको लागि सबैभन्दा महत्त्वपूर्ण चरणहरू हुन्। यी चरणहरूमा पर्याप्त प्रतिक्रिया समयले नमूना घनत्वमा उल्लेखनीय सुधार गर्दछ। जब दुई-चरण सिंटरिङ प्रक्रियाको लागि पूर्व-सिन्टरिङ तापमान 1600 डिग्री सेल्सियसमा सेट गरिन्छ, β-Si₃N₄ दानाले फ्रेमवर्क बनाउँछ र बन्द छिद्रहरू सिर्जना गर्दछ। पूर्व-सिन्टरिङ पछि, उच्च तापक्रम र नाइट्रोजनको दबाबमा थप तताउँदा तरल-फेज प्रवाह र फिलिंगलाई बढावा दिन्छ, जसले बन्द छिद्रहरू हटाउन मद्दत गर्दछ, Si₃N₄ सिरेमिकको घनत्वमा थप सुधार गर्दछ। त्यसकारण, दुई-चरण सिंटरिंग प्रक्रिया द्वारा उत्पादित नमूनाहरूले एक-चरण सिंटरिंग द्वारा उत्पादित भन्दा उच्च घनत्व र सापेक्ष घनत्व देखाउँदछ।
चरण र माइक्रोस्ट्रक्चर एक-चरण sintering को समयमा, कण पुनर्व्यवस्था र अन्न सीमा प्रसार को लागी उपलब्ध समय सीमित छ। दुई-चरण sintering प्रक्रिया मा, पहिलो चरण कम तापमान र कम ग्यास दबाव मा आयोजित गरिन्छ, जो कण पुन: व्यवस्थित समय को विस्तार र ठूलो अन्न को परिणाम मा। त्यसपछि तापमान उच्च-तापमान चरणमा बढाइन्छ, जहाँ अनाजहरू ओस्टवाल्ड पकाउने प्रक्रिया मार्फत बढ्दै जान्छ, उच्च-घनत्व Si₃N₄ सिरेमिक उत्पादन गर्दछ।
मेकानिकल गुणहरू उच्च तापक्रममा इन्टरग्रेन्युलर चरणको नरमता कम शक्तिको मुख्य कारण हो। एक-चरण sintering मा, असामान्य अनाज वृद्धिले अन्नको बीचमा सानो छिद्रहरू सिर्जना गर्दछ, जसले उच्च-तापमान बलमा उल्लेखनीय सुधारलाई रोक्छ। यद्यपि, दुई-चरण sintering प्रक्रियामा, गिलास चरण, समान रूपमा अनाज सीमाहरूमा वितरित, र समान आकारको अन्नहरूले अन्तर-ग्रान्युलर बल बढाउँछ, उच्च उच्च-तापमान झुकाउने शक्तिको परिणामस्वरूप।
निष्कर्षमा, एक-चरण सिंटरिङको समयमा लामो समयसम्म होल्डिङले प्रभावकारी रूपमा आन्तरिक पोरोसिटी कम गर्न सक्छ र समान आन्तरिक रङ र संरचना प्राप्त गर्न सक्छ तर असामान्य अनाज वृद्धि हुन सक्छ, जसले निश्चित मेकानिकल गुणहरू घटाउँछ। दुई-चरण sintering प्रक्रिया प्रयोग गरेर - कण पुनर्व्यवस्था समय विस्तार गर्न कम-तापमान पूर्व-sintering को प्रयोग गरेर र समान अनाज वृद्धि प्रवर्द्धन गर्न उच्च-तापमान होल्डिङ - 98.25% को सापेक्ष घनत्व संग एक Si₃N₄ सिरेमिक, समान माइक्रोस्ट्रक्चर, र उत्कृष्ट व्यापक गुणहरू। सफलतापूर्वक तयार गर्न सकिन्छ।
| नाम | सब्सट्रेट | एपिटेक्सियल तह संरचना | एपिटेक्सियल प्रक्रिया | एपिटेक्सियल माध्यम |
| सिलिकन homoepitaxial | Si | Si | भाप फेज एपिटेक्सी (VPE) | SiCl4+H2 |
| सिलिकन हेटेरोएपिटेक्सियल | नीलमणि वा स्पिनल | Si | भाप फेज एपिटेक्सी (VPE) | SiH₄+H₂ |
| GaAs homoepitaxial | GaAs | GaAs GaAs | भाप फेज एपिटेक्सी (VPE) | AsCl₃+Ga+H₂ (Ar) |
| GaAs | GaAs GaAs | आणविक बीम एपिटेक्सी (MBE) | Ga+As | |
| GaAs heteroepitaxial | GaAs GaAs | GaAlAs/GaAs/GaAlAs | तरल चरण एपिटेक्सी (LPE) भाप चरण (VPE) | Ga+Al+CaAs+ H2 Ga+AsH3+PH3+CHl+H2 |
| GaP homoepitaxial | GaP | GaP(GaP;N) | तरल चरण एपिटेक्सी (LPE) तरल चरण एपिटेक्सी (LPE) | Ga+GaP+H2+(NH3) Ga+GaAs+GaP+NH3 |
| सुपरप्लेटिस | GaAs | GaAlAs/GaAs (चक्र) | आणविक बीम एपिटेक्सी (MBE) MOCVD | Ca, As, Al GaR₃+AlR3+AsH3+H2 |
| InP homoepitaxial | InP | InP | भाप फेज एपिटेक्सी (VPE) तरल चरण एपिटेक्सी (LPE) | PCl3+In+H2 In+InAs+GaAs+InP+H₂ |
| Si/GaAs Epitaxy | Si | GaAs | आणविक बीम एपिटेक्सी (MBE) MOGVD | गा, जस्तै GaR₃+AsH₃+H₂ |
पोस्ट समय: डिसेम्बर-24-2024