Tha feartan sàr-mhath aig ceirmeag Silicon nitride (Si₃N₄), mar stuth ceirmeag structarail adhartach, leithid strì an aghaidh teòthachd àrd, neart àrd, cruas àrd, cruas àrd, strì an aghaidh èaladh, strì an aghaidh oxidation, agus caitheamh caitheamh. A bharrachd air an sin, tha iad a’ tabhann deagh sheasamh clisgeadh teirmeach, feartan dielectric, seoltachd teirmeach àrd, agus coileanadh tar-chuir tonn electromagnetic àrd-tricead. Tha na feartan coileanta sònraichte sin gan dèanamh air an cleachdadh gu farsaing ann am pàirtean structarail iom-fhillte, gu sònraichte ann an aerospace agus raointean àrdteicneòlais eile.
Ach, tha structar seasmhach aig Si₃N₄, leis gu bheil e na mheasgachadh le ceanglaichean làidir covalent, a tha ga dhèanamh duilich sintering gu dùmhlachd àrd tro sgaoileadh stàite cruaidh a-mhàin. Gus sintering a bhrosnachadh, tha goireasan sintering, leithid ocsaidean meatailt (MgO, CaO, Al₂O₃) agus ocsaidean talmhainn tearc (Yb₂O₃, Y₂O₃, Lu₂O₃, CeO₂), air an cur ris gus dùmhlachd a dhèanamh tro inneal sintering ìre leaghaidh.
An-dràsta, tha teicneòlas inneal semiconductor cruinne a’ gluasad air adhart gu bholtaids nas àirde, sruthan nas motha, agus dùmhlachd cumhachd nas motha. Tha rannsachadh farsaing air dòighean airson crèadhadaireachd Si₃N₄ a dhèanamh. Tha an artaigil seo a’ toirt a-steach pròiseasan sintering a leasaicheas gu h-èifeachdach dùmhlachd agus feartan meacanaigeach coileanta ceirmeag silicon nitride.
Modhan Sintering Coitcheann airson Si₃N₄ Ceramics
Coimeas air Coileanadh airson Ceramics Si₃N₄ air ullachadh le diofar dhòighean seinn
1. Reactive Sintering (RS):B’ e sintering reactive a’ chiad dòigh a chaidh a chleachdadh airson ceirmeag Si₃N₄ ullachadh gu gnìomhachasach. Tha e sìmplidh, cosg-èifeachdach, agus comasach air cumaidhean iom-fhillte a chruthachadh. Ach, tha cearcall cinneasachaidh fada aige, nach eil a’ toirt taic do chinneasachadh aig ìre gnìomhachais.
2. Sintering gun chuideam (PLS):Is e seo am pròiseas sintering as bunaitiche agus as sìmplidh. Ach, tha feum air stuthan amh Si₃N₄ àrd-inbhe agus gu tric bidh e a’ toirt a-steach ceirmeag le dùmhlachd nas ìsle, crìonadh mòr, agus buailteach a bhith a’ sgàineadh no a’ deformachadh.
3. Hot-Press Sintering (HP):Bidh cleachdadh cuideam meacanaigeach uniaxial a’ meudachadh an fheachd dràibhidh airson sintearachd, a’ leigeil le ceirmeag dùmhail a bhith air a thoirt a-mach aig teòthachd 100-200 ° C nas ìsle na an fheadhainn a thathas a’ cleachdadh ann an sintering gun chuideam. Tha an dòigh seo mar as trice air a chleachdadh airson a bhith a’ dèanamh ceirmeag ann an cumadh bloc a tha an ìre mhath sìmplidh ach tha e duilich coinneachadh ri riatanasan tighead is cumadh airson stuthan substrate.
4. Spark Plasma Sintering (SPS):Tha SPS air a chomharrachadh le sintering luath, ùrachadh gràin, agus teòthachd sintering nas ìsle. Ach, tha feum aig SPS air tasgadh mòr ann an uidheamachd, agus tha ullachadh ceirmeag Si₃N₄ àrd seoltachd tro SPS fhathast aig ìre deuchainneach agus cha deach a ghnìomhachasachadh fhathast.
5. Gas-Brùthadh Sintering (GPS):Le bhith a’ cleachdadh cuideam gas, tha an dòigh seo a’ cur bacadh air lobhadh ceirmeag agus call cuideim aig teòthachd àrd. Tha e nas fhasa ceirmeag àrd-dùmhlachd a thoirt gu buil agus a’ comasachadh cinneasachadh baidse. Ach, tha pròiseas sintering le cuideam gas aon-cheum a’ strì ri bhith a’ toirt a-mach co-phàirtean structarail le dath agus structar èideadh a-staigh agus a-muigh. Faodaidh cleachdadh pròiseas sintering dà-cheum no ioma-cheum lùghdachadh mòr a thoirt air susbaint ocsaidean eadar-roinneil, giùlan teirmeach adhartachadh, agus feartan iomlan àrdachadh.
Ach, tha an teòthachd sintering àrd de shineadh dà-cheum le cuideam gas air leantainn gu rannsachadh roimhe seo a bhith ag amas gu sònraichte air a bhith ag ullachadh fo-stratan ceirmeag Si₃N₄ le seoltachd teirmeach àrd agus neart cromadh aig teòthachd an t-seòmair. Tha rannsachadh air crèadhadaireachd Si₃N₄ le feartan meacanaigeach coileanta agus feartan meacanaigeach àrd-teòthachd gu ìre mhath cuingealaichte.
Dòigh sintering dà-cheum le cuideam gas airson Si₃N₄
Chleachd Yang Zhou agus co-obraichean bho Oilthigh Teicneòlais Chongqing siostam taic sintering de 5 wt.% Yb₂O₃ + 5 wt.% Al₂O₃ gus crèadhadaireachd Si₃N₃ ullachadh a’ cleachdadh an dà chuid pròiseasan sintering cuideam gas aon-cheum agus dà-cheum aig 1800 ° C. Bha dùmhlachd nas àirde agus feartan meacanaigeach coileanta nas fheàrr aig a’ chrèadhag Si₃N₄ a chaidh a thoirt a-mach leis a’ phròiseas sintering dà-cheum. Tha na leanas a’ toirt geàrr-chunntas air a’ bhuaidh a tha aig pròiseasan sintering gas-cuideam aon-cheum agus dà-cheum air microstructure agus feartan meacanaigeach co-phàirtean ceirmeag Si₃N₄.
Dùmhlachd Mar as trice bidh pròiseas dùnaidh Si₃N₄ a’ toirt a-steach trì ìrean, le tar-lùbadh eadar na h-ìrean. Is e a’ chiad ìre, ath-rèiteachadh ghràinean, agus an dàrna ìre, sileadh-sgaoilidh, na h-ìrean as deatamaiche airson dùmhlachd. Tha ùine freagairt gu leòr anns na h-ìrean sin gu mòr a’ leasachadh dùmhlachd sampall. Nuair a tha an teòthachd ro-shìneadh airson a 'phròiseas sintering dà-cheum air a shuidheachadh gu 1600 ° C, bidh gràinnean β-Si₃N₄ a' cruthachadh frèam agus a 'cruthachadh phòlaichean dùinte. Às deidh ro-sintering, bidh tuilleadh teasachaidh fo theòthachd àrd agus cuideam nitrogen a’ brosnachadh sruthadh agus lìonadh ìre leaghaidh, a chuidicheas le bhith a’ cuir às do phòlaichean dùinte, a’ toirt tuilleadh leasachaidh air dùmhlachd ceirmeag Si₃N₄. Mar sin, tha na sampallan a chaidh a thoirt a-mach leis a’ phròiseas sintering dà-cheum a’ nochdadh dùmhlachd nas àirde agus dùmhlachd coimeasach na an fheadhainn a chaidh a dhèanamh le sintering aon-cheum.
Ìre agus Microstructure Rè sintearachd aon-cheum, tha an ùine a tha ri fhaighinn airson ath-rèiteachadh ghràinean agus sgaoileadh crìochan gràin cuibhrichte. Anns a 'phròiseas sintering dà-cheum, tha a' chiad cheum air a dhèanamh aig teòthachd ìseal agus cuideam gas ìseal, a tha a 'leudachadh ùine ath-rèiteachaidh nam mìrean agus a' leantainn gu gràinean nas motha. Tha an teòthachd an uairsin air àrdachadh chun ìre àrd-teòthachd, far a bheil na gràinean a’ sìor fhàs tro phròiseas aibidh Ostwald, a’ toirt a-mach ceirmeag Si₃N₄ àrd-dùmhlachd.
Feartan meacanaigeach Is e lughdachadh na h-ìre eadar-roinneil aig teòthachd àrd am prìomh adhbhar airson neart nas lugha. Ann an sintering aon-cheum, bidh fàs gràin neo-àbhaisteach a’ cruthachadh pores beaga eadar na gràinean, a chuireas casg air leasachadh mòr ann an neart àrd-teòthachd. Ach, anns a 'phròiseas sintering dà-cheum, tha an ìre glainne, air a chuairteachadh gu co-ionnan anns na crìochan gràin, agus na gràinean de mheud co-ionnan a' neartachadh an neart eadar-roinneil, a 'ciallachadh gu bheil neart cromadh àrd-teòthachd nas àirde.
Ann an co-dhùnadh, faodaidh cumail fada rè sintearachd aon-cheum lùghdachadh èifeachdach a dhèanamh air porosity a-staigh agus dath agus structar èideadh a-staigh a choileanadh ach dh’ fhaodadh sin leantainn gu fàs gràin neo-àbhaisteach, a tha a’ lughdachadh cuid de fheartan meacanaigeach. Le bhith a’ cleachdadh pròiseas sintering dà-cheum - a’ cleachdadh ro-shìneadh aig teòthachd ìosal gus ùine ath-rèiteachaidh ghràinean agus cumail àrd-teòthachd a leudachadh gus fàs gràin èideadh a bhrosnachadh - ceirmeag Si₃N₄ le dùmhlachd coimeasach de 98.25%, meanbh-structar èideadh, agus feartan meacanaigeach coileanta sàr-mhath faodar ullachadh gu soirbheachail.
| Ainm | Fo-strat | Co-dhèanamh còmhdach epitaxial | Pròiseas epitaxial | Meadhan epitaxial |
| Silicon homoepitaxial | Si | Si | Epitaxy Ìre Vapor (VPE) | SiCl4+H2 |
| Silicon heteroepitaxial | Sapphire no spinel | Si | Epitaxy Ìre Vapor (VPE) | SiH₄+H₂ |
| GaAs homoepitaxial | GaAs | GaAs GaAs | Epitaxy Ìre Vapor (VPE) | AsCl₃+Ga+H₂ (Ar) |
| GaAs | GaAs GaAs | Epitaxy Beam Molecular (MBE) | Ga+as | |
| GaAs heteroepitaxial | GaAs GaAs | GaAlAs/GaAs/GaAlAs | Epitaxy ìre leaghan (LPE) Ìre vapor (VPE) | Ga+Al+CaAs+H2 Ga+AsH3+ PH3+CHl+h2 |
| GaP homoepitaxial | GaP | GaP(GaP;N) | Epitaxy ìre leaghan (LPE) Epitaxy ìre leaghan (LPE) | Ga+GaP+H2+(NH3) Ga+GaAs+GaP+NH3 |
| Superlattice | GaAs | GaAlAs/GaAs (cearcall) | Epitaxy Beam Molecular (MBE) MOCVD | Ca, As, Al GaR₃+AlR3+AsH3+H2 |
| InP homoepitaxial | Anns a' Ph | Anns a' Ph | Epitaxy Ìre Vapor (VPE) Epitaxy ìre leaghan (LPE) | PCl3+In+H2 Ann an+InAs+GaAs+InP+H₂ |
| Si/GaAs Epitaxy | Si | GaAs | Epitaxy Beam Molecular (MBE) MOGVD | Ga, As GaR₃+AsH₃+H₂ |
Ùine puist: Dùbhlachd-24-2024