සිලිකන් නයිට්රයිඩ් (Si₃N₄) සෙරමික්, උසස් ව්‍යුහාත්මක පිඟන් මැටි ලෙස, ඉහළ උෂ්ණත්ව ප්රතිරෝධය, ඉහළ ශක්තිය, ඉහළ තද බව, ඉහළ දෘඪතාව, රිංගා ප්රතිරෝධය, ඔක්සිකරණ ප්රතිරෝධය සහ ඇඳුම් ප්රතිරෝධය වැනි විශිෂ්ට ගුණාංග ඇත. අතිරේකව, ඔවුන් හොඳ තාප කම්පන ප්රතිරෝධය, පාර විද්යුත් ගුණ, ඉහළ තාප සන්නායකතාව, සහ විශිෂ්ට අධි-සංඛ්යාත විද්යුත් චුම්භක තරංග සම්ප්රේෂණ කාර්ය සාධනය ලබා දෙයි. මෙම කැපී පෙනෙන විස්තීරණ ගුණාංග නිසා ඒවා සංකීර්ණ ව්‍යුහාත්මක සංරචකවල, විශේෂයෙන් අභ්‍යවකාශ සහ අනෙකුත් අධි තාක්‍ෂණික ක්ෂේත්‍රවල බහුලව භාවිතා වේ.
කෙසේ වෙතත්, Si₃N₄, ශක්තිමත් සහසංයුජ බන්ධන සහිත සංයෝගයක් වන අතර, ස්ථායී ව්‍යුහයක් ඇති අතර එය ඝණ-ස්ථිති විසරණය හරහා පමණක් අධික ඝනත්වයට සින්ටර් කිරීම අපහසු කරයි. සින්ටර් කිරීම ප්‍රවර්ධනය කිරීම සඳහා, ලෝහ ඔක්සයිඩ (MgO, CaO, Al₂O₃) සහ දුර්ලභ පෘථිවි ඔක්සයිඩ (Yb₂O₃, Y₂O₃, Lu₂O₃, CeO₂) වැනි සින්ටර් කිරීමේ ආධාරක ද්‍රව-අදියර sintering යාන්ත්‍රණයක් හරහා ඝනත්වයට පහසුකම් සැලසීම සඳහා එකතු කරනු ලැබේ.
වර්තමානයේ, ගෝලීය අර්ධ සන්නායක උපාංග තාක්‍ෂණය ඉහළ වෝල්ටීයතා, විශාල ධාරා සහ වැඩි බල ඝණත්වය කරා ඉදිරියට යමින් පවතී. Si₃N₄ සෙරමික් නිෂ්පාදනය කිරීමේ ක්‍රම පිළිබඳ පර්යේෂණ පුළුල් ය. මෙම ලිපිය මගින් සිලිකන් නයිට්රයිඩ් සෙරමික් වල ඝනත්වය සහ විස්තීරණ යාන්ත්රික ගුණයන් ඵලදායී ලෙස වැඩිදියුණු කරන සින්ටර් කිරීමේ ක්‍රියාවලි හඳුන්වා දෙයි.
Si₃N₄ සෙරමික් සඳහා පොදු සින්ටර් කිරීමේ ක්‍රම
විවිධ සින්ටර් කිරීමේ ක්‍රම මගින් සකස් කරන ලද Si₃N₄ සෙරමික් සඳහා කාර්ය සාධනය සංසන්දනය කිරීම
1. ප්රතික්රියාකාරක සින්ටර් කිරීම (RS):Si₃N₄ සෙරමික් කාර්මිකව සකස් කිරීම සඳහා භාවිතා කරන ලද පළමු ක්රමය ප්‍රතික්‍රියාශීලී සින්ටර් කිරීම විය. එය සරල, ලාභදායී සහ සංකීර්ණ හැඩයන් සෑදීමේ හැකියාව ඇත. කෙසේ වෙතත්, එය දිගු නිෂ්පාදන චක්රයක් ඇත, එය කාර්මික පරිමාණ නිෂ්පාදනයට හිතකර නොවේ.
2. පීඩන රහිත සින්ටර් කිරීම (PLS):මෙය වඩාත් මූලික හා සරල සින්ටර් කිරීමේ ක්රියාවලියයි. කෙසේ වෙතත්, එයට උසස් තත්ත්වයේ Si₃N₄ අමුද්‍රව්‍ය අවශ්‍ය වන අතර බොහෝ විට අඩු ඝනත්වය, සැලකිය යුතු හැකිලීම සහ ඉරිතැලීමට හෝ විකෘති කිරීමට ඇති ප්‍රවණතාවක් සහිත පිඟන් මැටි ඇති කරයි.
3. Hot-Press Sintering (HP):ඒකීය යාන්ත්රික පීඩනය යෙදීම මගින් සින්ටර් කිරීම සඳහා ගාමක බලය වැඩි කරයි, පීඩන රහිත සින්ටර් කිරීමේදී භාවිතා කරන ඒවාට වඩා 100-200 ° C අඩු උෂ්ණත්වවලදී ඝන සෙරමික් නිෂ්පාදනය කිරීමට ඉඩ සලසයි. මෙම ක්රමය සාමාන්යයෙන් සාපේක්ෂව සරල බ්ලොක් හැඩැති පිඟන් මැටි නිෂ්පාදනය සඳහා භාවිතා කරන නමුත් උපස්ථර ද්‍රව්‍ය සඳහා ඝනකම සහ හැඩය අවශ්‍යතා සපුරාලීම අපහසු වේ.
4. Spark Plasma Sintering (SPS):SPS වේගවත් සින්ටර් කිරීම, ධාන්ය පිරිපහදු කිරීම සහ අඩු සින්ටර් කිරීමේ උෂ්ණත්වය මගින් සංලක්ෂිත වේ. කෙසේ වෙතත්, SPS සඳහා උපකරණ සඳහා සැලකිය යුතු ආයෝජනයක් අවශ්‍ය වන අතර, SPS හරහා ඉහළ තාප සන්නායකතාවය Si₃N₄ සෙරමික් සකස් කිරීම තවමත් පර්යේෂණ මට්ටමේ පවතින අතර තවමත් කාර්මිකකරණය කර නොමැත.
5. ගෑස් පීඩන සින්ටර් කිරීම (GPS):වායු පීඩනය යෙදීමෙන්, මෙම ක්රමය ඉහළ උෂ්ණත්වවලදී සෙරමික් වියෝජනය සහ බර අඩු වීම වළක්වයි. ඉහළ ඝනත්ව පිඟන් මැටි නිෂ්පාදනය කිරීම පහසු වන අතර කාණ්ඩ නිෂ්පාදනය සක්රීය කරයි. කෙසේ වෙතත්, තනි-පියවර වායු-පීඩන සින්ටර් කිරීමේ ක්‍රියාවලියක් ඒකාකාර අභ්‍යන්තර සහ බාහිර වර්ණ සහ ව්‍යුහය සහිත ව්‍යුහාත්මක සංරචක නිෂ්පාදනය කිරීමට අරගල කරයි. ද්වි-පියවර හෝ බහු-පියවර සින්ටර් කිරීමේ ක්‍රියාවලියක් භාවිතා කිරීමෙන් අන්තර් කැටිති ඔක්සිජන් අන්තර්ගතය සැලකිය යුතු ලෙස අඩු කිරීමට, තාප සන්නායකතාවය වැඩි දියුණු කිරීමට සහ සමස්ත ගුණාංග වැඩි දියුණු කළ හැකිය.
කෙසේ වෙතත්, ද්වි-පියවර වායු-පීඩන සින්ටර් කිරීමේ ඉහළ සින්ටර් කිරීමේ උෂ්ණත්වය, ඉහළ තාප සන්නායකතාව සහ කාමර-උෂ්ණත්ව නැමීමේ ශක්තිය සහිත Si₃N₄ සෙරමික් උපස්ථර සකස් කිරීම කෙරෙහි ප්‍රධාන වශයෙන් අවධානය යොමු කිරීමට පෙර පර්යේෂණවලට හේතු වී ඇත. විස්තීරණ යාන්ත්රික ගුණ සහ අධි-උෂ්ණත්ව යාන්ත්රික ගුණ සහිත Si₃N₄ සෙරමික් පිළිබඳ පර්යේෂණ සාපේක්ෂව සීමිතය.
Si₃N₄ සඳහා ගෑස්-පීඩන ද්වි-පියවර සින්ටර් කිරීමේ ක්රමය
Chongqing තාක්ෂණ විශ්ව විද්‍යාලයේ Yang Zhou සහ සගයන් 5 wt.% Yb₂O₃ + 5 wt.% Al₂O₃ සින්ටර් කිරීමේ ආධාර පද්ධතියක් C.180 හි එක්-පියවර සහ ද්වි-පියවර ගෑස්-පීඩන සින්ටර් කිරීමේ ක්‍රියාවලීන් භාවිතා කරමින් Si₃N₄ සෙරමික් සකස් කිරීමට භාවිතා කළහ. ද්වි-පියවර සින්ටර් කිරීමේ ක්රියාවලිය මගින් නිෂ්පාදනය කරන ලද Si₃N₄ පිඟන් භාණ්ඩවල වැඩි ඝනත්වයක් සහ වඩා හොඳ විස්තීරණ යාන්ත්රික ගුණ ඇත. පහත දැක්වෙන්නේ Si₃N₄ සෙරමික් සංරචකවල ක්ෂුද්‍ර ව්‍යුහය සහ යාන්ත්රික ගුණාංග මත එක්-පියවර සහ ද්වි-පියවර වායු පීඩන සින්ටර් කිරීමේ ක්‍රියාවලීන්ගේ බලපෑම් සාරාංශ කරයි.
ඝනත්වය Si₃N₄ හි ඝනීකරණ ක්රියාවලිය සාමාන්යයෙන් අදියර අතර අතිච්ඡාදනය වන අදියර තුනක් ඇතුළත් වේ. පළමු අදියර, අංශු නැවත සකස් කිරීම සහ දෙවන අදියර, දියවීම-වර්ෂාපතනය, ඝනත්වය සඳහා වඩාත් තීරණාත්මක අදියර වේ. මෙම අදියරවල ප්රමාණවත් ප්රතික්රියා කාලය නියැදි ඝනත්වය සැලකිය යුතු ලෙස වැඩි දියුණු කරයි. ද්වි-පියවර සින්ටර් කිරීමේ ක්රියාවලිය සඳහා පෙර-සින්ටර් කිරීමේ උෂ්ණත්වය 1600 ° C ලෙස සකසා ඇති විට, β-Si₃N₄ ධාන්ය රාමුවක් සාදා සංවෘත සිදුරු සාදයි. පූර්ව සින්ටර් කිරීමෙන් පසුව, ඉහළ උෂ්ණත්වය සහ නයිට්‍රජන් පීඩනය යටතේ තවදුරටත් රත් කිරීම ද්‍රව-අදියර ප්‍රවාහය සහ පිරවීම ප්‍රවර්ධනය කරයි, එමඟින් සංවෘත සිදුරු ඉවත් කිරීමට උපකාරී වේ, Si₃N₄ සෙරමික් වල ඝනත්වය තවදුරටත් වැඩි දියුණු කරයි. එබැවින්, ද්වි-පියවර සින්ටර් කිරීමේ ක්රියාවලියෙන් නිපදවන සාම්පල එක්-පියවර සින්ටර් කිරීම මගින් නිපදවන ලද ඒවාට වඩා වැඩි ඝනත්වයක් සහ සාපේක්ෂ ඝනත්වයක් පෙන්නුම් කරයි.
අදියර සහ ක්ෂුද්‍ර ව්‍යුහය එක්-පියවර සින්ටර් කිරීම අතරතුර, අංශු ප්‍රතිසංවිධානය සහ ධාන්ය මායිම් විසරණය සඳහා ඇති කාලය සීමිතය. ද්වි-පියවර සින්ටර් කිරීමේ ක්‍රියාවලියේදී, පළමු පියවර අඩු උෂ්ණත්වයේ සහ අඩු වායු පීඩනයකදී සිදු කරනු ලබන අතර, එමඟින් අංශු ප්‍රතිසංවිධානය කිරීමේ කාලය දීර්ඝ කර විශාල ධාන්ය ඇතිවේ. එවිට උෂ්ණත්වය ඉහළ-උෂ්ණත්ව අවධිය දක්වා වැඩි කරනු ලබන අතර, එහිදී Ostwald ඉදීමේ ක්රියාවලිය හරහා ධාන්ය අඛණ්ඩව වර්ධනය වන අතර, ඉහළ ඝනත්ව Si₃N₄ සෙරමික් ලබා දෙයි.
යාන්ත්රික ගුණාංග ඉහළ උෂ්ණත්වවලදී අන්තර්ගෝලීය අදියර මෘදු කිරීම ශක්තිය අඩුවීමට මූලික හේතුවයි. එක්-පියවර සින්ටර් කිරීමේ දී, අසාමාන්ය ධාන්ය වර්ධනයක් ධාන්ය අතර කුඩා සිදුරු නිර්මාණය කරයි, එය ඉහළ උෂ්ණත්ව ශක්තියේ සැලකිය යුතු දියුණුවක් වළක්වයි. කෙසේ වෙතත්, ද්වි-පියවර සින්ටර් කිරීමේ ක්‍රියාවලියේදී, ධාන්ය මායිම්වල ඒකාකාරව බෙදා හරින ලද වීදුරු අදියර සහ ඒකාකාර ප්‍රමාණයේ ධාන්ය අන්තර් කැටිති ශක්තිය වැඩි කරයි, ප්‍රතිඵලයක් ලෙස ඉහළ-උෂ්ණත්ව නැමීමේ ශක්තිය වැඩි වේ.
අවසාන වශයෙන්, එක්-පියවර සින්ටර් කිරීමේදී දිගු කාලයක් රඳවා තබා ගැනීමෙන් අභ්‍යන්තර සිදුරු අඩු කර ඒකාකාර අභ්‍යන්තර වර්ණයක් සහ ව්‍යුහයක් ලබා ගත හැකි නමුත් අසාමාන්ය ධාන්ය වර්ධනයකට තුඩු දිය හැකි අතර එමඟින් ඇතැම් යාන්ත්රික ගුණාංග පිරිහී යයි. ඒකාකාර ධාන්ය වර්ධනය ප්‍රවර්ධනය කිරීම සඳහා අංශු ප්‍රතිසංවිධානය කිරීමේ කාලය දීර්ඝ කිරීම සඳහා අඩු-උෂ්ණත්ව පූර්ව-සින්ටර් කිරීම සහ ඉහළ-උෂ්ණත්වය රඳවා ගැනීම --Si₃N₄ සෙරමික් 98.25%ක සාපේක්ෂ ඝනත්වය, ඒකාකාරී ක්ෂුද්‍ර ව්‍යුහය සහ විශිෂ්ට යාන්ත්රික ගුණ සහිත ද්වි-පියවර සින්ටර් කිරීමේ ක්‍රියාවලියක් භාවිතා කිරීම. සාර්ථකව සකස් කළ හැක.
| නම | උපස්ථරය | එපිටාක්සියල් ස්ථරයේ සංයුතිය | එපිටාක්සීය ක්රියාවලිය | එපිටාක්සීය මාධ්යය |
| සිලිකන් homoepitaxial | Si | Si | වාෂ්ප අදියර Epitaxy (VPE) | SiCl4+H2 |
| සිලිකන් heteroepitaxial | නිල් මැණික් හෝ ස්පිනල් | Si | වාෂ්ප අදියර Epitaxy (VPE) | SiH₄+H₂ |
| GaAs homoepitaxial | GaAs | GaAs GaAs | වාෂ්ප අදියර Epitaxy (VPE) | AsCl₃+Ga+H₂ (Ar) |
| GaAs | GaAs GaAs | Molecular Beam Epitaxy (MBE) | Ga+As | |
| GaAs heteroepitaxial | GaAs GaAs | GaAlAs/GaAs/GaAlAs | දියර අවධි එපිටැක්සි (LPE) වාෂ්ප අදියර (VPE) | Ga+Al+CaAs+ H2 Ga+AsH3+PH3+CHl+H2 |
| GaP homoepitaxial | GaP | GaP(GaP;N) | දියර අවධි එපිටැක්සි (LPE) දියර අවධි එපිටැක්සි (LPE) | Ga+GaP+H2+(NH3) Ga+GaAs+GaP+NH3 |
| Superlattice | GaAs | GaAlAs/GaAs (චක්‍රය) | Molecular Beam Epitaxy (MBE) MOCVD | Ca,As,Al GaR₃+AlR3+AsH3+H2 |
| InP homoepitaxial | ඉන්පී | ඉන්පී | වාෂ්ප අදියර Epitaxy (VPE) දියර අවධි එපිටැක්සි (LPE) | PCl3+In+H2 In+InAs+GaAs+InP+H₂ |
| Si/GaAs Epitaxy | Si | GaAs | Molecular Beam Epitaxy (MBE) MOGVD | ගා, ලෙස GaR₃+AsH₃+H₂ |
පසු කාලය: දෙසැම්බර්-24-2024