ሲሊኮን ናይትራይድ (Si₃N₄) ሴራሚክስ፣ እንደ የላቀ መዋቅራዊ ሴራሚክስ፣ እንደ ከፍተኛ ሙቀት መቋቋም፣ ከፍተኛ ጥንካሬ፣ ከፍተኛ ጥንካሬ፣ ከፍተኛ ጥንካሬ፣ ክሪፕ ተከላካይ፣ ኦክሳይድ መቋቋም እና የመልበስ መቋቋም ያሉ ምርጥ ባህሪያት አሏቸው። በተጨማሪም፣ ጥሩ የሙቀት ድንጋጤ የመቋቋም፣ የኤሌክትሮማግኔቲክ ባህሪያት፣ ከፍተኛ የሙቀት መቆጣጠሪያ እና እጅግ በጣም ጥሩ የኤሌክትሮማግኔቲክ ሞገድ ማስተላለፊያ አፈጻጸም ያቀርባሉ። እነዚህ አስደናቂ አጠቃላይ ባህሪያት ውስብስብ በሆኑ መዋቅራዊ ክፍሎች ውስጥ በተለይም በኤሮስፔስ እና በሌሎች ከፍተኛ የቴክኖሎጂ መስኮች በስፋት ጥቅም ላይ እንዲውሉ ያደርጋቸዋል።
ነገር ግን፣ ሲ₃N₄፣ ጠንካራ የኮቫለንት ቦንድ ያለው ውህድ በመሆኑ፣ በጠንካራ-ግዛት ስርጭት ብቻ ወደ ከፍተኛ ጥግግት መቀላቀልን አስቸጋሪ የሚያደርግ የተረጋጋ መዋቅር አለው። የማጣመም ሂደትን ለማስተዋወቅ እንደ ብረት ኦክሳይዶች (MgO፣ CaO፣ Al₂O₃) እና ብርቅዬ የምድር ኦክሳይድ (Yb₂O₃፣ Y₂O₃፣ ሉ₂O₃፣ CeO₂) በፈሳሽ-ደረጃ የመጥለቅለቅ ዘዴን ለማቀላጠፍ የማጣመጃ መርጃዎች ተጨምረዋል።
በአሁኑ ጊዜ የአለም ሴሚኮንዳክተር መሳሪያ ቴክኖሎጂ ወደ ከፍተኛ ቮልቴጅ፣ ትልቅ ጅረት እና ከፍተኛ የሃይል እፍጋቶች እየገሰገሰ ነው። የ Si₃N₄ ሴራሚክስ ለማምረት ዘዴዎች ምርምር ሰፊ ነው። ይህ ጽሑፍ የሲሊኮን ናይትራይድ ሴራሚክስ ጥንካሬን እና አጠቃላይ የሜካኒካል ባህሪዎችን ውጤታማ በሆነ መንገድ የሚያሻሽሉ የማሽኮርመም ሂደቶችን ያስተዋውቃል።
ለሲ₃N₄ ሴራሚክስ የተለመዱ የማጣመጃ ዘዴዎች
በተለያዩ የመጥመቂያ ዘዴዎች የሚዘጋጁ ሴራሚክስ ለሲ₃N₄ የአፈጻጸም ንጽጽር
1. ምላሽ ሰጪ ሲንተሪንግ (RS):ሲ₃N₄ ሴራሚክስ በኢንዱስትሪያዊ መንገድ ለማዘጋጀት ጥቅም ላይ የዋለ የመጀመሪያው ዘዴ ምላሽ ሰጪ ነው። ቀላል, ወጪ ቆጣቢ እና ውስብስብ ቅርጾችን መፍጠር የሚችል ነው. ይሁን እንጂ ለኢንዱስትሪ-ልኬት ምርት የማይመች ረጅም የምርት ዑደት አለው.
2. ጫና የሌለበት መገጣጠም (PLS)፦ይህ በጣም ቀላል እና መሠረታዊው የመገጣጠም ሂደት ነው። ነገር ግን ከፍተኛ ጥራት ያላቸውን የሲ₃N₄ ጥሬ ዕቃዎችን ይፈልጋል እና ብዙውን ጊዜ ሴራሚክስ ዝቅተኛ ጥግግት ፣ ጉልህ የሆነ የመቀነስ እና የመሰበር ወይም የመበላሸት ዝንባሌን ያስከትላል።
3. ሙቅ-ፕሬስ ሲንተሪንግ (HP)፡-የዩኒያክሲያል ሜካኒካል ግፊትን መተግበር የመንዳት ኃይልን ይጨምራል ፣ ይህም ጥቅጥቅ ያሉ ሴራሚክስ ከ100-200 ዲግሪ ሴንቲግሬድ ባለው የሙቀት መጠን ግፊት በሌለው መገጣጠም ውስጥ እንዲመረት ያስችላል። ይህ ዘዴ በተለምዶ በአንፃራዊነት ቀላል የማገጃ ቅርጽ ያላቸው ሴራሚክስ ለማምረት ያገለግላል ነገር ግን ለድብቅ ቁሳቁሶች ውፍረት እና የቅርጽ መስፈርቶችን ለማሟላት አስቸጋሪ ነው.
4. Spark Plasma Sintering (SPS):SPS በፍጥነት በማቀነባበር፣ በእህል ማጣሪያ እና በመቀነስ የሙቀት መጠን ይገለጻል። ነገር ግን SPS በመሳሪያዎች ላይ ከፍተኛ መዋዕለ ንዋይ ይፈልጋል፣ እና ከፍተኛ የሙቀት ማስተላለፊያ (thermal conductivity) Si₃N₄ ሴራሚክስ በ SPS በኩል ማዘጋጀት አሁንም በሙከራ ደረጃ ላይ ያለ እና ገና በኢንዱስትሪ አልተሻሻለም።
5. ጋዝ-ግፊት ማቃጠያ (ጂፒኤስ):የጋዝ ግፊትን በመተግበር ይህ ዘዴ በከፍተኛ ሙቀት ውስጥ የሴራሚክ መበስበስ እና የክብደት መቀነስን ይከላከላል. ከፍተኛ መጠን ያለው ሴራሚክስ ለማምረት ቀላል እና ባች ማምረት ያስችላል። ይሁን እንጂ ነጠላ-ደረጃ የጋዝ-ግፊት መጨፍጨፍ ሂደት አንድ ወጥ የሆነ ውስጣዊ እና ውጫዊ ቀለም እና መዋቅር ያላቸው መዋቅራዊ ክፍሎችን ለማምረት ይታገላል. ባለ ሁለት-ደረጃ ወይም ባለብዙ-እርምጃ የማቃጠያ ሂደትን በመጠቀም የ intergranular ኦክስጅን ይዘትን በእጅጉ ይቀንሳል, የሙቀት ምጣኔን ያሻሽላል እና አጠቃላይ ባህሪያትን ይጨምራል.
ነገር ግን፣ ባለ ሁለት ደረጃ ጋዝ-ግፊት መጨናነቅ ከፍተኛ የሙቀት መጠን መጨመር ቀደም ሲል የተደረገው ጥናት ከፍተኛ የሙቀት አማቂ ኮንዳክሽን እና የክፍል ሙቀት መታጠፍ ጥንካሬ ያለው ሲ₃N₄ ሴራሚክ substrates በማዘጋጀት ላይ እንዲያተኩር አድርጓል። አጠቃላይ የሜካኒካል ባህሪያት እና ከፍተኛ ሙቀት ያላቸው ሜካኒካል ባህሪያት በሲ₃N₄ ሴራሚክስ ላይ የሚደረግ ምርምር በአንጻራዊነት የተገደበ ነው።
ጋዝ-ግፊት ባለ ሁለት ደረጃ የማቃጠያ ዘዴ ለ Si₃N₄
ያንግ ዡ እና የቾንግቺንግ የቴክኖሎጂ ዩኒቨርሲቲ ባልደረቦች የሲ₃N₄ ሴራሚክስ ለማዘጋጀት 5 wt.% Yb₂O₃ + 5 wt.% Al₃ ሴራሚክስ በአንድ-ደረጃ እና ባለ ሁለት-ደረጃ የጋዝ-ግፊት ማቃጠያ ሂደቶችን በ 1800 ° ሴ. በሁለት-ደረጃ የማጣመም ሂደት የሚመረቱ የሲ₃N₄ ሴራሚክስ ከፍተኛ መጠጋጋት እና የተሻለ አጠቃላይ የሜካኒካል ባህሪያት ነበራቸው። የሚከተለው የአንድ-ደረጃ እና የሁለት-ደረጃ የጋዝ-ግፊት ማቃጠያ ሂደቶች በሲ₃N₄ የሴራሚክ ክፍሎች ጥቃቅን መዋቅር እና ሜካኒካል ባህሪያት ላይ ያለውን ተጽእኖ ያጠቃልላል።
ጥግግት የሲ₃N₄ የመጠን ሂደት በተለምዶ ሶስት ደረጃዎችን ያካትታል፣ በደረጃዎቹ መካከል መደራረብ አለበት። የመጀመሪያው ደረጃ, ቅንጣትን እንደገና ማስተካከል እና ሁለተኛው ደረጃ, መሟሟት-ዝናብ, ለመጥለቅ በጣም ወሳኝ ደረጃዎች ናቸው. በእነዚህ ደረጃዎች በቂ ምላሽ ጊዜ የናሙና እፍጋትን በእጅጉ ያሻሽላል። የሁለት-እርምጃ ማቃጠያ ሂደት ቅድመ-የመቀዘቀዝ የሙቀት መጠን ወደ 1600 ዲግሪ ሴንቲ ግሬድ ሲዘጋጅ, β-Si₃N₄ ጥራጥሬዎች ማዕቀፍ ይፈጥራሉ እና የተዘጉ ቀዳዳዎችን ይፈጥራሉ. ከቅድመ-መቀላቀል በኋላ በከፍተኛ ሙቀት እና በናይትሮጅን ግፊት ተጨማሪ ማሞቂያ ፈሳሽ-ደረጃ ፍሰት እና መሙላትን ያበረታታል, ይህም የተዘጉ ቀዳዳዎችን ለማስወገድ ይረዳል, የ Si₃N₄ ሴራሚክስ ጥንካሬን የበለጠ ያሻሽላል. ስለዚህ, በሁለት-እርምጃዎች የመገጣጠም ሂደት የሚመረቱ ናሙናዎች በአንድ-እርምጃ መጨፍጨፍ ከተፈጠሩት ይልቅ ከፍተኛ ጥንካሬ እና አንጻራዊ ጥንካሬ ያሳያሉ.
ደረጃ እና ጥቃቅን መዋቅር በአንድ-እርምጃ ውህድ ጊዜ፣ ቅንጣትን ለማስተካከል እና የእህል ወሰን ለማሰራጨት ያለው ጊዜ የተገደበ ነው። በሁለት-እርምጃዎች የማቀነባበር ሂደት ውስጥ, የመጀመሪያው ደረጃ በዝቅተኛ የሙቀት መጠን እና ዝቅተኛ የጋዝ ግፊት ይካሄዳል, ይህም የንጥረትን የመልሶ ማቋቋም ጊዜን ያራዝመዋል እና ትላልቅ ጥራጥሬዎችን ያመጣል. ከዚያም የሙቀት መጠኑ ወደ ከፍተኛ የሙቀት ደረጃ ይጨምራል, እህሎቹ በኦስትዋልድ የመብሰያ ሂደት ውስጥ ማደጉን ይቀጥላሉ, ይህም ከፍተኛ መጠን ያለው Si₃N₄ ሴራሚክስ ይሰጣል.
የሜካኒካል ባህሪያት በከፍተኛ ሙቀት ውስጥ የ intergranular ደረጃ ማለስለስ ጥንካሬን ለመቀነስ ዋናው ምክንያት ነው. በአንድ-ደረጃ ማሽቆልቆል, ያልተለመደ የእህል እድገት በእህል መካከል ትናንሽ ቀዳዳዎች ይፈጥራል, ይህም ከፍተኛ ሙቀት ባለው ጥንካሬ ላይ ከፍተኛ መሻሻልን ይከላከላል. ነገር ግን, ባለ ሁለት እርከኖች የእርከን ሂደት, የብርጭቆው ክፍል, በጥራጥሬ ድንበሮች ውስጥ አንድ ወጥ በሆነ መልኩ ተከፋፍሏል, እና ተመሳሳይ መጠን ያላቸው ጥራጥሬዎች የ intergranular ጥንካሬን ያጠናክራሉ, ይህም ከፍተኛ የሙቀት መጠን የመታጠፍ ጥንካሬን ያመጣል.
በማጠቃለያው፣ በአንድ ደረጃ በማጥለቅለቅ ጊዜ ረዘም ላለ ጊዜ መቆየቱ የውስጣዊ ብልትን (porosity) በውጤታማነት በመቀነስ አንድ አይነት የሆነ የውስጥ ቀለም እና መዋቅርን ሊያመጣ ይችላል ነገር ግን ያልተለመደ የእህል እድገትን ሊያስከትል ይችላል፣ ይህም የተወሰኑ የሜካኒካል ባህሪያትን ይቀንሳል። ባለ ሁለት እርከን የማቀነባበር ሂደትን በመቅጠር - አነስተኛ የሙቀት መጠን ቅድመ-ሲንተርን በመጠቀም የንጥል ማስተካከያ ጊዜን እና ከፍተኛ የሙቀት መጠንን በማቆየት አንድ ወጥ የሆነ የእህል እድገትን ለማሳደግ - 98.25% አንጻራዊ ጥግግት ያለው ሲ₃N₄ ሴራሚክ፣ ወጥ የሆነ ጥቃቅን መዋቅር እና እጅግ በጣም ጥሩ አጠቃላይ የሜካኒካል ባህሪዎች። በተሳካ ሁኔታ ሊዘጋጅ ይችላል.
| ስም | Substrate | ኤፒታክሲያል ንብርብር ቅንብር | ኤፒታክሲያል ሂደት | ኤፒታክሲያል መካከለኛ |
| ሲሊኮን ሆሞኢፒታክሲያል | Si | Si | የእንፋሎት ደረጃ ኤፒታክሲ (VPE) | ሲሲኤል4+H2 |
| ሲሊኮን heteroepitaxial | ሰንፔር ወይም ስፒል | Si | የእንፋሎት ደረጃ ኤፒታክሲ (VPE) | ሲኤች₄+H₂ |
| ጋአስ ሆሞኢፒታክሲያል | ጋአስ | ጋአስ ጋአስ | የእንፋሎት ደረጃ ኤፒታክሲ (VPE) | AsCl₃+Ga+H₂ (አር) |
| ጋአስ | ጋአስ ጋአስ | ሞለኪውላር ቢም ኤፒታክሲ (MBE) | ጋ+አስ | |
| GaAs heteroepitaxial | ጋአስ ጋአስ | GaAlAs/GaAs/GaAlAs | ፈሳሽ ደረጃ ኤፒታክሲ (LPE) የእንፋሎት ደረጃ (VPE) | ጋ+አል+ካአስ+ ኤች2 ጋ+አስኤች3+PH3+CHl+H2 |
| ጋፒ ሆሞኢፒታክሲያል | ጋፒ | ጋፒ(GaP;N) | ፈሳሽ ደረጃ ኤፒታክሲ (LPE) ፈሳሽ ደረጃ ኤፒታክሲ (LPE) | ጋ+ጋፕ+ኤች2+(ኤን.ኤች3) ጋ+ጋአስ+ጋፕ+ኤንኤች3 |
| ሱፐርላቲስ | ጋአስ | GaAlAs/GaAs (ዑደት) | ሞለኪውላር ቢም ኤፒታክሲ (MBE) MOCVD | ካ, አስ, አል ጋአር₃+አልአር3+አስህ3+H2 |
| ኢንፒ ሆሞኢፒታክሲያል | ኢንፒ | ኢንፒ | የእንፋሎት ደረጃ ኤፒታክሲ (VPE) ፈሳሽ ደረጃ ኤፒታክሲ (LPE) | PCl3+In+H2 በ+InAs+GaAs+InP+H₂ |
| ሲ/ጋአስ ኤፒታክሲ | Si | ጋአስ | ሞለኪውላር ቢም ኤፒታክሲ (MBE) MOGVD | ጋ, እንደ ጋአር₃+አስH₃+H₂ |
የልጥፍ ጊዜ፡- ዲሴምበር-24-2024