ഉയർന്ന ശുദ്ധതയുള്ള സിലിക്കൺ കാർബൈഡ് സെറാമിക് തയ്യാറെടുപ്പ് സാങ്കേതികവിദ്യകളിലെ പുരോഗതി

ഉയർന്ന ശുദ്ധതയുള്ള സിലിക്കൺ കാർബൈഡ് (SiC) സെറാമിക്സ്, അവയുടെ അസാധാരണമായ താപ ചാലകത, രാസ സ്ഥിരത, മെക്കാനിക്കൽ ശക്തി എന്നിവ കാരണം, സെമികണ്ടക്ടർ, എയ്‌റോസ്‌പേസ്, കെമിക്കൽ വ്യവസായങ്ങളിലെ നിർണായക ഘടകങ്ങൾക്ക് അനുയോജ്യമായ വസ്തുക്കളായി ഉയർന്നുവന്നിട്ടുണ്ട്. ഉയർന്ന പ്രകടനവും കുറഞ്ഞ മലിനീകരണവുമുള്ള സെറാമിക് ഉപകരണങ്ങൾക്കായുള്ള ആവശ്യകതകൾ വർദ്ധിക്കുന്നതിനനുസരിച്ച്, ഉയർന്ന ശുദ്ധതയുള്ള SiC സെറാമിക്സിനായുള്ള കാര്യക്ഷമവും അളക്കാവുന്നതുമായ തയ്യാറെടുപ്പ് സാങ്കേതികവിദ്യകളുടെ വികസനം ആഗോള ഗവേഷണ കേന്ദ്രമായി മാറിയിരിക്കുന്നു. റീക്രിസ്റ്റലൈസേഷൻ സിന്ററിംഗ്, പ്രഷർലെസ് സിന്ററിംഗ് (PS), ഹോട്ട് പ്രസ്സിംഗ് (HP), സ്പാർക്ക് പ്ലാസ്മ സിന്ററിംഗ് (SPS), അഡിറ്റീവ് നിർമ്മാണം (AM) എന്നിവയുൾപ്പെടെ ഉയർന്ന ശുദ്ധതയുള്ള SiC സെറാമിക്സിനായുള്ള നിലവിലെ പ്രധാന തയ്യാറെടുപ്പ് രീതികൾ ഈ പ്രബന്ധം വ്യവസ്ഥാപിതമായി അവലോകനം ചെയ്യുന്നു, സിന്ററിംഗ് സംവിധാനങ്ങൾ, പ്രധാന പാരാമീറ്ററുകൾ, മെറ്റീരിയൽ ഗുണങ്ങൾ, ഓരോ പ്രക്രിയയുടെയും നിലവിലുള്ള വെല്ലുവിളികൾ എന്നിവയെക്കുറിച്ച് ചർച്ച ചെയ്യുന്നതിൽ ഊന്നൽ നൽകുന്നു.

സൈനിക, എഞ്ചിനീയറിംഗ് മേഖലകളിൽ SiC സെറാമിക്സിന്റെ പ്രയോഗം.

നിലവിൽ, ഉയർന്ന പരിശുദ്ധിയുള്ള SiC സെറാമിക് ഘടകങ്ങൾ സിലിക്കൺ വേഫർ നിർമ്മാണ ഉപകരണങ്ങളിൽ വ്യാപകമായി ഉപയോഗിക്കുന്നു, ഓക്സിഡേഷൻ, ലിത്തോഗ്രാഫി, എച്ചിംഗ്, അയോൺ ഇംപ്ലാന്റേഷൻ തുടങ്ങിയ കോർ പ്രക്രിയകളിൽ ഇത് പങ്കെടുക്കുന്നു. വേഫർ സാങ്കേതികവിദ്യയുടെ പുരോഗതിയോടെ, വേഫർ വലുപ്പങ്ങൾ വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നത് ഒരു പ്രധാന പ്രവണതയായി മാറിയിരിക്കുന്നു. നിലവിലെ മുഖ്യധാരാ വേഫർ വലുപ്പം 300 മില്ലീമീറ്ററാണ്, ഇത് ചെലവും ഉൽപ്പാദന ശേഷിയും തമ്മിൽ നല്ല സന്തുലിതാവസ്ഥ കൈവരിക്കുന്നു. എന്നിരുന്നാലും, മൂറിന്റെ നിയമമനുസരിച്ച്, 450 മില്ലീമീറ്ററോളം വേഫറുകളുടെ വൻതോതിലുള്ള ഉത്പാദനം ഇതിനകം അജണ്ടയിലുണ്ട്. വലിയ വേഫറുകൾക്ക് സാധാരണയായി വാർപ്പിംഗിനെയും രൂപഭേദത്തെയും പ്രതിരോധിക്കാൻ ഉയർന്ന ഘടനാപരമായ ശക്തി ആവശ്യമാണ്, ഇത് വലിയ വലിപ്പത്തിലുള്ളതും ഉയർന്ന ശക്തിയുള്ളതും ഉയർന്ന പരിശുദ്ധിയുള്ളതുമായ SiC സെറാമിക് ഘടകങ്ങൾക്കായുള്ള വർദ്ധിച്ചുവരുന്ന ആവശ്യകതയെ കൂടുതൽ വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നു. സമീപ വർഷങ്ങളിൽ, അഡിറ്റീവ് നിർമ്മാണം (3D പ്രിന്റിംഗ്), അച്ചുകൾ ആവശ്യമില്ലാത്ത ഒരു ദ്രുത പ്രോട്ടോടൈപ്പിംഗ് സാങ്കേതികവിദ്യയായി, അതിന്റെ ലെയർ-ബൈ-ലെയർ നിർമ്മാണവും വഴക്കമുള്ള ഡിസൈൻ കഴിവുകളും കാരണം സങ്കീർണ്ണമായ ഘടനാപരമായ SiC സെറാമിക് ഭാഗങ്ങളുടെ നിർമ്മാണത്തിൽ വലിയ സാധ്യതകൾ പ്രകടമാക്കിയിട്ടുണ്ട്, ഇത് വ്യാപകമായ ശ്രദ്ധ ആകർഷിക്കുന്നു.

ഉയർന്ന ശുദ്ധതയുള്ള SiC സെറാമിക്‌സിനായുള്ള അഞ്ച് പ്രാതിനിധ്യ തയ്യാറെടുപ്പ് രീതികളെ - റീക്രിസ്റ്റലൈസേഷൻ സിന്ററിംഗ്, പ്രഷർലെസ് സിന്ററിംഗ്, ഹോട്ട് പ്രസ്സിംഗ്, സ്പാർക്ക് പ്ലാസ്മ സിന്ററിംഗ്, അഡിറ്റീവ് നിർമ്മാണം - ഈ പ്രബന്ധം വ്യവസ്ഥാപിതമായി വിശകലനം ചെയ്യും, അവയുടെ സിന്ററിംഗ് സംവിധാനങ്ങൾ, പ്രോസസ് ഒപ്റ്റിമൈസേഷൻ തന്ത്രങ്ങൾ, മെറ്റീരിയൽ പ്രകടന സവിശേഷതകൾ, വ്യാവസായിക ആപ്ലിക്കേഷൻ സാധ്യതകൾ എന്നിവയിൽ ശ്രദ്ധ കേന്ദ്രീകരിക്കും.

ഉയർന്ന പരിശുദ്ധിയുള്ള സിലിക്കൺ കാർബൈഡ് അസംസ്കൃത വസ്തുക്കളുടെ ആവശ്യകതകൾ

I. റീക്രിസ്റ്റലൈസേഷൻ സിന്ററിംഗ്

2100–2500°C ഉയർന്ന താപനിലയിൽ സിന്ററിംഗ് സഹായങ്ങൾ ഇല്ലാതെ തയ്യാറാക്കിയ ഉയർന്ന ശുദ്ധതയുള്ള SiC മെറ്റീരിയലാണ് റീക്രിസ്റ്റലൈസ്ഡ് സിലിക്കൺ കാർബൈഡ് (RSiC). 19-ാം നൂറ്റാണ്ടിന്റെ അവസാനത്തിൽ ഫ്രെഡ്രിക്‌സൺ ആദ്യമായി റീക്രിസ്റ്റലൈസേഷൻ പ്രതിഭാസം കണ്ടെത്തിയതുമുതൽ, RSiC അതിന്റെ ശുദ്ധമായ ധാന്യ അതിരുകളും ഗ്ലാസ് ഘട്ടങ്ങളുടെയും മാലിന്യങ്ങളുടെയും അഭാവവും കാരണം ഗണ്യമായ ശ്രദ്ധ നേടിയിട്ടുണ്ട്. ഉയർന്ന താപനിലയിൽ, SiC താരതമ്യേന ഉയർന്ന നീരാവി മർദ്ദം പ്രകടിപ്പിക്കുന്നു, കൂടാതെ അതിന്റെ സിന്ററിംഗ് സംവിധാനത്തിൽ പ്രാഥമികമായി ഒരു ബാഷ്പീകരണ-ഘനീഭവിക്കൽ പ്രക്രിയ ഉൾപ്പെടുന്നു: നേർത്ത ധാന്യങ്ങൾ ബാഷ്പീകരിക്കപ്പെടുകയും വലിയ ധാന്യങ്ങളുടെ പ്രതലങ്ങളിൽ വീണ്ടും നിക്ഷേപിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു, ഇത് കഴുത്തിന്റെ വളർച്ചയും ധാന്യങ്ങൾ തമ്മിലുള്ള നേരിട്ടുള്ള ബന്ധവും പ്രോത്സാഹിപ്പിക്കുന്നു, അതുവഴി വസ്തുക്കളുടെ ശക്തി വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നു.

1990-ൽ, 2200°C-ൽ സ്ലിപ്പ് കാസ്റ്റിംഗ് ഉപയോഗിച്ച് 79.1% ആപേക്ഷിക സാന്ദ്രതയോടെ ക്രീഗെസ്മാൻ RSiC തയ്യാറാക്കി, ക്രോസ്-സെക്ഷൻ പരുക്കൻ ധാന്യങ്ങളും സുഷിരങ്ങളും ചേർന്ന ഒരു സൂക്ഷ്മഘടന കാണിക്കുന്നു. തുടർന്ന്, യി തുടങ്ങിയവർ ജെൽ കാസ്റ്റിംഗ് ഉപയോഗിച്ച് പച്ച വസ്തുക്കൾ തയ്യാറാക്കി 2450°C-ൽ സിന്റർ ചെയ്തു, 2.53 g/cm³ ബൾക്ക് സാന്ദ്രതയും 55.4 MPa ഫ്ലെക്ചറൽ ശക്തിയുമുള്ള RSiC സെറാമിക്സ് ലഭിച്ചു.

RSiC യുടെ SEM ഫ്രാക്ചർ പ്രതലം

സാന്ദ്രമായ SiC യുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ, RSiC യ്ക്ക് കുറഞ്ഞ സാന്ദ്രതയും (ഏകദേശം 2.5 g/cm³) ഏകദേശം 20% തുറന്ന പോറോസിറ്റിയും ഉണ്ട്, ഇത് ഉയർന്ന ശക്തിയുള്ള പ്രയോഗങ്ങളിൽ അതിന്റെ പ്രകടനം പരിമിതപ്പെടുത്തുന്നു. അതിനാൽ, RSiC യുടെ സാന്ദ്രതയും മെക്കാനിക്കൽ ഗുണങ്ങളും മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നത് ഒരു പ്രധാന ഗവേഷണ കേന്ദ്രമായി മാറിയിരിക്കുന്നു. ഉരുകിയ സിലിക്കൺ കാർബൺ/β-SiC മിക്സഡ് കോംപാക്റ്റുകളിലേക്ക് നുഴഞ്ഞുകയറാനും 2200°C-ൽ വീണ്ടും ക്രിസ്റ്റലൈസ് ചെയ്യാനും, α-SiC നാടൻ ധാന്യങ്ങൾ അടങ്ങിയ ഒരു നെറ്റ്‌വർക്ക് ഘടന വിജയകരമായി നിർമ്മിക്കാനും സങ് തുടങ്ങിയവർ നിർദ്ദേശിച്ചു. തത്ഫലമായുണ്ടാകുന്ന RSiC 2.7 g/cm³ സാന്ദ്രതയും 134 MPa എന്ന വഴക്കമുള്ള ശക്തിയും നേടി, ഉയർന്ന താപനിലയിൽ മികച്ച മെക്കാനിക്കൽ സ്ഥിരത നിലനിർത്തി.

സാന്ദ്രത കൂടുതൽ വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നതിനായി, ഗുവോ തുടങ്ങിയവർ RSiC യുടെ ഒന്നിലധികം ചികിത്സകൾക്കായി പോളിമർ ഇൻഫിൽട്രേഷൻ ആൻഡ് പൈറോളിസിസ് (PIP) സാങ്കേതികവിദ്യ ഉപയോഗിച്ചു. PCS/xylene സൊല്യൂഷനുകളും SiC/PCS/xylene സ്ലറികളും ഇൻഫിൽട്രന്റുകളായി ഉപയോഗിച്ചുകൊണ്ട്, 3–6 PIP സൈക്കിളുകൾക്ക് ശേഷം, RSiC യുടെ സാന്ദ്രത ഗണ്യമായി മെച്ചപ്പെട്ടു (2.90 g/cm³ വരെ), അതിന്റെ വഴക്ക ശക്തിയും. കൂടാതെ, PIP യും പുനഃക്രിസ്റ്റലൈസേഷനും സംയോജിപ്പിക്കുന്ന ഒരു ചാക്രിക തന്ത്രം അവർ നിർദ്ദേശിച്ചു: 1400°C-ൽ പൈറോളിസിസും തുടർന്ന് 2400°C-ൽ പുനഃക്രിസ്റ്റലൈസേഷനും, ഫലപ്രദമായി കണിക തടസ്സങ്ങൾ നീക്കം ചെയ്യുകയും പോറോസിറ്റി കുറയ്ക്കുകയും ചെയ്തു. അന്തിമ RSiC മെറ്റീരിയൽ 2.99 g/cm³ സാന്ദ്രതയും 162.3 MPa എന്ന വഴക്ക ശക്തിയും നേടി, മികച്ച സമഗ്ര പ്രകടനം പ്രകടമാക്കി.

പോളിമർ ഇംപ്രെഗ്നേഷൻ, പൈറോളിസിസ് (PIP)-റീക്രിസ്റ്റലൈസേഷൻ സൈക്കിളുകൾക്ക് ശേഷമുള്ള മിനുക്കിയ RSiC യുടെ മൈക്രോസ്ട്രക്ചർ പരിണാമത്തിന്റെ SEM ചിത്രങ്ങൾ: പ്രാരംഭ RSiC (A), ആദ്യത്തെ PIP-റീക്രിസ്റ്റലൈസേഷൻ സൈക്കിളിന് ശേഷം (B), മൂന്നാമത്തെ സൈക്കിളിന് ശേഷം (C)

II. പ്രഷർലെസ് സിന്ററിംഗ്

പ്രഷർലെസ്-സിന്റേർഡ് സിലിക്കൺ കാർബൈഡ് (SiC) സെറാമിക്സ് സാധാരണയായി ഉയർന്ന ശുദ്ധതയുള്ള, അൾട്രാഫൈൻ SiC പൊടി അസംസ്കൃത വസ്തുവായി ഉപയോഗിച്ചാണ് തയ്യാറാക്കുന്നത്, ചെറിയ അളവിൽ സിന്ററിംഗ് എയ്ഡുകൾ ചേർത്ത്, 1800–2150°C താപനിലയിൽ ഒരു നിഷ്ക്രിയ അന്തരീക്ഷത്തിലോ ശൂന്യതയിലോ സിന്റർ ചെയ്യുന്നു. വലിയ വലിപ്പത്തിലുള്ളതും സങ്കീർണ്ണ ഘടനയുള്ളതുമായ സെറാമിക് ഘടകങ്ങൾ നിർമ്മിക്കുന്നതിന് ഈ രീതി അനുയോജ്യമാണ്. എന്നിരുന്നാലും, SiC പ്രാഥമികമായി സഹസംയോജനമായി ബന്ധിപ്പിച്ചിരിക്കുന്നതിനാൽ, അതിന്റെ സ്വയം-വ്യാപന ഗുണകം വളരെ കുറവാണ്, ഇത് സിന്ററിംഗ് എയ്ഡുകൾ ഇല്ലാതെ സാന്ദ്രത ബുദ്ധിമുട്ടാക്കുന്നു.

സിന്ററിംഗ് സംവിധാനത്തെ അടിസ്ഥാനമാക്കി, പ്രഷർലെസ് സിന്ററിംഗിനെ രണ്ട് വിഭാഗങ്ങളായി തിരിക്കാം: പ്രഷർലെസ് ലിക്വിഡ്-ഫേസ് സിന്ററിംഗ് (PLS-SiC), പ്രഷർലെസ് സോളിഡ്-സ്റ്റേറ്റ് സിന്ററിംഗ് (PSS-SiC).

1.1 PLS-SiC (ലിക്വിഡ്-ഫേസ് സിന്ററിംഗ്)

PLS-SiC സാധാരണയായി 2000°C-ൽ താഴെ താപനിലയിൽ ഏകദേശം 10 wt.% യൂടെക്റ്റിക് സിന്ററിംഗ് എയ്ഡുകൾ (Al₂O₃, CaO, MgO, TiO₂, അപൂർവ-ഭൂമി ഓക്സൈഡുകൾ RE₂O₃ എന്നിവ പോലുള്ളവ) ചേർത്ത് ഒരു ദ്രാവക ഘട്ടം രൂപപ്പെടുത്തുന്നതിലൂടെ സിന്റർ ചെയ്യപ്പെടുന്നു, ഇത് സാന്ദ്രത കൈവരിക്കുന്നതിന് കണികാ പുനഃക്രമീകരണവും പിണ്ഡ കൈമാറ്റവും പ്രോത്സാഹിപ്പിക്കുന്നു. വ്യാവസായിക-ഗ്രേഡ് SiC സെറാമിക്സിന് ഈ പ്രക്രിയ അനുയോജ്യമാണ്, എന്നാൽ ദ്രാവക-ഘട്ട സിന്ററിംഗിലൂടെ ഉയർന്ന പരിശുദ്ധി SiC നേടിയതായി റിപ്പോർട്ടുകളൊന്നുമില്ല.

1.2 PSS-SiC (സോളിഡ്-സ്റ്റേറ്റ് സിന്ററിംഗ്)

2000°C-ന് മുകളിലുള്ള താപനിലയിൽ ഏകദേശം 1 wt.% അഡിറ്റീവുകൾ ഉപയോഗിച്ച് ഖരാവസ്ഥയിലുള്ള സാന്ദ്രത PSS-SiCയിൽ ഉൾപ്പെടുന്നു. ഈ പ്രക്രിയ പ്രധാനമായും ഉയർന്ന താപനിലയാൽ നയിക്കപ്പെടുന്ന ആറ്റോമിക് ഡിഫ്യൂഷനെയും ധാന്യ പുനഃക്രമീകരണത്തെയും ആശ്രയിച്ചിരിക്കുന്നു, ഇത് ഉപരിതല ഊർജ്ജം കുറയ്ക്കുകയും സാന്ദ്രത കൈവരിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. BC (ബോറോൺ-കാർബൺ) സിസ്റ്റം ഒരു സാധാരണ സങ്കലന സംയോജനമാണ്, ഇത് ധാന്യ അതിർത്തി ഊർജ്ജം കുറയ്ക്കുകയും SiC പ്രതലത്തിൽ നിന്ന് SiO₂ നീക്കം ചെയ്യുകയും ചെയ്യും. എന്നിരുന്നാലും, പരമ്പരാഗത BC അഡിറ്റീവുകൾ പലപ്പോഴും അവശിഷ്ട മാലിന്യങ്ങൾ അവതരിപ്പിക്കുകയും SiC പരിശുദ്ധി കുറയ്ക്കുകയും ചെയ്യുന്നു.

അഡിറ്റീവ് ഉള്ളടക്കം (B 0.4 wt.%, C 1.8 wt.%) നിയന്ത്രിച്ചുകൊണ്ട് 2150°C-ൽ 0.5 മണിക്കൂർ സിന്ററിംഗ് നടത്തി, 99.6 wt.% ശുദ്ധതയും 98.4% ആപേക്ഷിക സാന്ദ്രതയുമുള്ള ഉയർന്ന ശുദ്ധതയുള്ള SiC സെറാമിക്സ് ലഭിച്ചു. മൈക്രോസ്ട്രക്ചറിൽ സ്തംഭ ധാന്യങ്ങൾ (ചിലതിന് 450 µm-ൽ കൂടുതൽ നീളം) കാണിച്ചു, ധാന്യങ്ങളുടെ അതിരുകളിൽ ചെറിയ സുഷിരങ്ങളും ധാന്യങ്ങൾക്കുള്ളിൽ ഗ്രാഫൈറ്റ് കണികകളും ഉണ്ടായിരുന്നു. സെറാമിക്സ് 443 ± 27 MPa എന്ന വഴക്കമുള്ള ശക്തിയും, 420 ± 1 GPa എന്ന ഇലാസ്റ്റിക് മോഡുലസും, മുറിയിലെ താപനില മുതൽ 600°C വരെയുള്ള പരിധിയിൽ 3.84 × 10⁻⁶ K⁻¹ എന്ന താപ വികാസ ഗുണകവും പ്രദർശിപ്പിച്ചു, ഇത് മികച്ച മൊത്തത്തിലുള്ള പ്രകടനം പ്രകടമാക്കി.

PSS-SiC യുടെ സൂക്ഷ്മഘടന: (A) പോളിഷിംഗിനും NaOH എച്ചിംഗിനും ശേഷമുള്ള SEM ഇമേജ്; (BD) പോളിഷിംഗിനും എച്ചിംഗിനും ശേഷമുള്ള BSD ഇമേജുകൾ.

III. ഹോട്ട് പ്രസ്സിംഗ് സിന്ററിംഗ്

ഉയർന്ന താപനിലയിലും ഉയർന്ന മർദ്ദത്തിലുമുള്ള സാഹചര്യങ്ങളിൽ പൊടി വസ്തുക്കളിൽ താപവും ഏകാക്ഷീയ മർദ്ദവും ഒരേസമയം പ്രയോഗിക്കുന്ന ഒരു സാന്ദ്രതാ സാങ്കേതികതയാണ് ഹോട്ട് പ്രസ്സിംഗ് (HP) സിന്ററിംഗ്. ഉയർന്ന മർദ്ദം സുഷിര രൂപീകരണത്തെ ഗണ്യമായി തടയുകയും ധാന്യവളർച്ചയെ പരിമിതപ്പെടുത്തുകയും ചെയ്യുന്നു, അതേസമയം ഉയർന്ന താപനില ധാന്യ സംയോജനത്തെയും സാന്ദ്രമായ ഘടനകളുടെ രൂപീകരണത്തെയും പ്രോത്സാഹിപ്പിക്കുകയും ആത്യന്തികമായി ഉയർന്ന സാന്ദ്രതയും ഉയർന്ന പരിശുദ്ധിയുള്ള SiC സെറാമിക്സും ഉത്പാദിപ്പിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. അമർത്തുന്നതിന്റെ ദിശാസൂചന സ്വഭാവം കാരണം, ഈ പ്രക്രിയ ധാന്യ അനീസോട്രോപ്പിയെ പ്രേരിപ്പിക്കുന്നു, ഇത് മെക്കാനിക്കൽ, തേയ്മാനം ഗുണങ്ങളെ ബാധിക്കുന്നു.

ശുദ്ധമായ SiC സെറാമിക്സുകൾ അഡിറ്റീവുകൾ ഇല്ലാതെ സാന്ദ്രീകരിക്കാൻ പ്രയാസമാണ്, അൾട്രാഹൈ-പ്രഷർ സിന്ററിംഗ് ആവശ്യമാണ്. 2500°C ലും 5000 MPa യിലും അഡിറ്റീവുകൾ ഇല്ലാതെ പൂർണ്ണമായും സാന്ദ്രമായ SiC നഡോയും മറ്റുള്ളവരും വിജയകരമായി തയ്യാറാക്കി; 25 GPa യിലും 1400°C ലും 41.5 GPa വരെ വിക്കേഴ്സ് കാഠിന്യം ഉള്ള β-SiC ബൾക്ക് മെറ്റീരിയലുകൾ സൺ തുടങ്ങിയവരും നേടി. 4 GPa മർദ്ദം ഉപയോഗിച്ച്, ഏകദേശം 98%, 99% ആപേക്ഷിക സാന്ദ്രതയും 35 GPa കാഠിന്യവും 450 GPa ഇലാസ്റ്റിക് മോഡുലസും ഉള്ള SiC സെറാമിക്സുകൾ യഥാക്രമം 1500°C ലും 1900°C ലും തയ്യാറാക്കി. 5 GPa യിലും 1500°C ലും സിന്ററിംഗ് മൈക്രോൺ വലിപ്പത്തിലുള്ള SiC പൊടി 31.3 GPa കാഠിന്യവും 98.4% ആപേക്ഷിക സാന്ദ്രതയുമുള്ള സെറാമിക്സുകൾ ലഭിച്ചു.

അൾട്രാഹൈ മർദ്ദം അഡിറ്റീവുകളില്ലാത്ത സാന്ദ്രത കൈവരിക്കുമെന്ന് ഈ ഫലങ്ങൾ തെളിയിക്കുന്നുണ്ടെങ്കിലും, ആവശ്യമായ ഉപകരണങ്ങളുടെ സങ്കീർണ്ണതയും ഉയർന്ന വിലയും വ്യാവസായിക പ്രയോഗങ്ങളെ പരിമിതപ്പെടുത്തുന്നു. അതിനാൽ, പ്രായോഗിക തയ്യാറെടുപ്പിൽ, സിന്ററിംഗ് ചാലകശക്തി വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നതിന് ട്രേസ് അഡിറ്റീവുകൾ അല്ലെങ്കിൽ പൊടി ഗ്രാനുലേഷൻ പലപ്പോഴും ഉപയോഗിക്കുന്നു.

ഒരു അഡിറ്റീവായി 4 wt.% ഫിനോളിക് റെസിൻ ചേർത്ത് 2350°C ലും 50 MPa യിലും സിന്ററിംഗ് നടത്തി, 92% സാന്ദ്രത നിരക്കും 99.998% പരിശുദ്ധിയും ഉള്ള SiC സെറാമിക്സ് ലഭിച്ചു. കുറഞ്ഞ അഡിറ്റീവ് അളവുകൾ (ബോറിക് ആസിഡും D-ഫ്രക്ടോസും) ഉപയോഗിച്ചും 2050°C ലും 40 MPa യിലും സിന്ററിംഗ് നടത്തി, 99.5% ത്തിൽ കൂടുതൽ ആപേക്ഷിക സാന്ദ്രതയും 556 ppm മാത്രം ശേഷിക്കുന്ന B ഉള്ളടക്കവുമുള്ള ഉയർന്ന പരിശുദ്ധി SiC തയ്യാറാക്കി. മർദ്ദരഹിതമായി സിന്റർ ചെയ്ത സാമ്പിളുകളുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ, ചൂടുള്ള അമർത്തിയ സാമ്പിളുകളിൽ ചെറിയ ധാന്യങ്ങൾ, കുറഞ്ഞ സുഷിരങ്ങൾ, ഉയർന്ന സാന്ദ്രത എന്നിവ ഉണ്ടെന്ന് SEM ചിത്രങ്ങൾ കാണിച്ചു. വഴക്കമുള്ള ശക്തി 453.7 ± 44.9 MPa ആയിരുന്നു, ഇലാസ്റ്റിക് മോഡുലസ് 444.3 ± 1.1 GPa ൽ എത്തി.

1900°C-ൽ ഹോൾഡിംഗ് സമയം വർദ്ധിപ്പിച്ചുകൊണ്ട്, ഗ്രെയിൻ സൈസ് 1.5 μm-ൽ നിന്ന് 1.8 μm ആയി വർദ്ധിച്ചു, കൂടാതെ താപ ചാലകത 155-ൽ നിന്ന് 167 W·m⁻¹·K⁻¹ ആയി മെച്ചപ്പെട്ടു, അതേസമയം പ്ലാസ്മ നാശന പ്രതിരോധവും വർദ്ധിപ്പിച്ചു.

1850°C യിലും 30 MPa യിലും, ഗ്രാനുലേറ്റഡ്, അനീൽഡ് SiC പൊടിയുടെ ചൂടുള്ള അമർത്തലും ദ്രുത ചൂടുള്ള അമർത്തലും വഴി യാതൊരു അഡിറ്റീവുകളും ഇല്ലാതെ പൂർണ്ണമായും സാന്ദ്രമായ β-SiC സെറാമിക്സ് ലഭിച്ചു, പരമ്പരാഗത പ്രക്രിയകളേക്കാൾ 3.2 g/cm³ സാന്ദ്രതയും 150–200°C കുറഞ്ഞ സിന്ററിംഗ് താപനിലയും ഉണ്ടായിരുന്നു. സെറാമിക്സ് 2729 GPa കാഠിന്യം, 5.25–5.30 MPa·m^1/2 എന്ന ഫ്രാക്ചർ കാഠിന്യം, മികച്ച ക്രീപ്പ് പ്രതിരോധം (1400°C/1450°C ലും 100 MPa യിലും 9.9 × 10⁻¹⁰ s⁻¹, 3.8 × 10⁻⁹ s⁻¹ എന്നീ ക്രീപ്പ് നിരക്കുകൾ) എന്നിവ പ്രദർശിപ്പിച്ചു.

(എ) മിനുക്കിയ പ്രതലത്തിന്റെ SEM ചിത്രം; (ബി) പൊട്ടൽ പ്രതലത്തിന്റെ SEM ചിത്രം; (സി, ഡി) മിനുക്കിയ പ്രതലത്തിന്റെ BSD ചിത്രം

പീസോഇലക്‌ട്രിക് സെറാമിക്‌സിനായുള്ള 3D പ്രിന്റിംഗ് ഗവേഷണത്തിൽ, രൂപീകരണത്തെയും പ്രകടനത്തെയും സ്വാധീനിക്കുന്ന പ്രധാന ഘടകമെന്ന നിലയിൽ സെറാമിക് സ്ലറി ആഭ്യന്തരമായും അന്തർദേശീയമായും ഒരു പ്രധാന ശ്രദ്ധാകേന്ദ്രമായി മാറിയിരിക്കുന്നു. പൊടി കണിക വലുപ്പം, സ്ലറി വിസ്കോസിറ്റി, ഖര ഉള്ളടക്കം തുടങ്ങിയ പാരാമീറ്ററുകൾ അന്തിമ ഉൽപ്പന്നത്തിന്റെ രൂപീകരണ ഗുണനിലവാരത്തെയും പീസോഇലക്ട്രിക് ഗുണങ്ങളെയും സാരമായി ബാധിക്കുന്നുവെന്ന് നിലവിലെ പഠനങ്ങൾ സാധാരണയായി സൂചിപ്പിക്കുന്നു.

മൈക്രോൺ-, സബ്മൈക്രോൺ-, നാനോ വലിപ്പമുള്ള ബേരിയം ടൈറ്റാനേറ്റ് പൊടികൾ ഉപയോഗിച്ച് തയ്യാറാക്കിയ സെറാമിക് സ്ലറികൾ സ്റ്റീരിയോലിത്തോഗ്രാഫി (ഉദാ. LCD-SLA) പ്രക്രിയകളിൽ കാര്യമായ വ്യത്യാസങ്ങൾ കാണിക്കുന്നതായി ഗവേഷണങ്ങൾ കണ്ടെത്തി. കണിക വലുപ്പം കുറയുമ്പോൾ, സ്ലറി വിസ്കോസിറ്റി ഗണ്യമായി വർദ്ധിക്കുന്നു, നാനോ വലിപ്പമുള്ള പൊടികൾ കോടിക്കണക്കിന് mPa·s വരെ വിസ്കോസിറ്റിയുള്ള സ്ലറികൾ ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്നു. മൈക്രോൺ വലിപ്പമുള്ള പൊടികളുള്ള സ്ലറികൾ അച്ചടി സമയത്ത് ഡീലാമിനേഷനും പുറംതൊലിക്കും സാധ്യതയുണ്ട്, അതേസമയം സബ്മൈക്രോണും നാനോ വലിപ്പമുള്ള പൊടികളും കൂടുതൽ സ്ഥിരതയുള്ള രൂപീകരണ സ്വഭാവം പ്രകടമാക്കുന്നു. ഉയർന്ന താപനില സിന്ററിംഗിന് ശേഷം, തത്ഫലമായുണ്ടാകുന്ന സെറാമിക് സാമ്പിളുകൾ 5.44 g/cm³ സാന്ദ്രതയും, ഏകദേശം 200 pC/N ന്റെ പീസോഇലക്ട്രിക് കോഫിഫിഷ്യന്റ് (d₃₃), മികച്ച ഇലക്ട്രോമെക്കാനിക്കൽ പ്രതികരണ ഗുണങ്ങൾ പ്രകടിപ്പിക്കുന്ന കുറഞ്ഞ നഷ്ട ഘടകങ്ങളും നേടി.

കൂടാതെ, മൈക്രോ-സ്റ്റീരിയോലിത്തോഗ്രാഫി പ്രക്രിയകളിൽ, PZT-തരം സ്ലറികളുടെ (ഉദാ. 75 wt.%) ഖര ഉള്ളടക്കം ക്രമീകരിക്കുന്നതിലൂടെ 7.35 g/cm³ സാന്ദ്രതയുള്ള സിന്റർ ചെയ്ത വസ്തുക്കൾ ലഭിച്ചു, പോളിംഗ് ഇലക്ട്രിക് ഫീൽഡുകൾക്ക് കീഴിൽ 600 pC/N വരെ പീസോഇലക്ട്രിക് സ്ഥിരാങ്കം കൈവരിക്കാൻ കഴിഞ്ഞു. മൈക്രോ-സ്കെയിൽ ഡിഫോർമേഷൻ നഷ്ടപരിഹാരത്തെക്കുറിച്ചുള്ള ഗവേഷണം രൂപീകരണ കൃത്യത ഗണ്യമായി മെച്ചപ്പെടുത്തി, ജ്യാമിതീയ കൃത്യത 80% വരെ വർദ്ധിപ്പിച്ചു.

PMN-PT പീസോഇലക്ട്രിക് സെറാമിക്സിനെക്കുറിച്ചുള്ള മറ്റൊരു പഠനം വെളിപ്പെടുത്തിയത്, ഖര ഉള്ളടക്കം സെറാമിക് ഘടനയെയും വൈദ്യുത ഗുണങ്ങളെയും നിർണായകമായി സ്വാധീനിക്കുന്നു എന്നാണ്. 80 wt.% ഖര ഉള്ളടക്കത്തിൽ, ഉപോൽപ്പന്നങ്ങൾ സെറാമിക്സിൽ എളുപ്പത്തിൽ പ്രത്യക്ഷപ്പെട്ടു; ഖര ഉള്ളടക്കം 82 wt.% അല്ലെങ്കിൽ അതിൽ കൂടുതലായി വർദ്ധിച്ചതോടെ, ഉപോൽപ്പന്നങ്ങൾ ക്രമേണ അപ്രത്യക്ഷമായി, സെറാമിക് ഘടന കൂടുതൽ ശുദ്ധമായി, പ്രകടനം ഗണ്യമായി മെച്ചപ്പെട്ടു. 82 wt.% ൽ, സെറാമിക്സ് ഒപ്റ്റിമൽ ഇലക്ട്രിക്കൽ ഗുണങ്ങൾ പ്രദർശിപ്പിച്ചു: 730 pC/N ന്റെ പീസോഇലക്ട്രിക് സ്ഥിരാങ്കം, 7226 ന്റെ ആപേക്ഷിക പെർമിറ്റിവിറ്റി, 0.07 മാത്രം ഡൈഇലക്ട്രിക് നഷ്ടം.

ചുരുക്കത്തിൽ, സെറാമിക് സ്ലറികളുടെ കണിക വലിപ്പം, ഖര ഉള്ളടക്കം, റിയോളജിക്കൽ ഗുണങ്ങൾ എന്നിവ പ്രിന്റിംഗ് പ്രക്രിയയുടെ സ്ഥിരതയെയും കൃത്യതയെയും ബാധിക്കുക മാത്രമല്ല, സിന്റർ ചെയ്ത ബോഡികളുടെ സാന്ദ്രതയും പീസോഇലക്ട്രിക് പ്രതികരണവും നേരിട്ട് നിർണ്ണയിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു, ഇത് ഉയർന്ന പ്രകടനമുള്ള 3D-പ്രിന്റഡ് പീസോഇലക്ട്രിക് സെറാമിക്സ് നേടുന്നതിനുള്ള പ്രധാന പാരാമീറ്ററുകളാക്കി മാറ്റുന്നു.

BT/UV സാമ്പിളുകളുടെ LCD-SLA 3D പ്രിന്റിംഗിന്റെ പ്രധാന പ്രക്രിയ

വ്യത്യസ്ത ഖര ഉള്ളടക്കങ്ങളുള്ള PMN-PT സെറാമിക്സിന്റെ ഗുണവിശേഷതകൾ

IV. സ്പാർക്ക് പ്ലാസ്മ സിന്ററിംഗ്

സ്പാർക്ക് പ്ലാസ്മ സിന്ററിംഗ് (SPS) എന്നത് ഒരു നൂതന സിന്ററിംഗ് സാങ്കേതികവിദ്യയാണ്, ഇത് പൾസ്ഡ് കറന്റും മെക്കാനിക്കൽ മർദ്ദവും ഉപയോഗിച്ച് പൊടികളിൽ ഒരേസമയം പ്രയോഗിച്ച് ദ്രുത സാന്ദ്രത കൈവരിക്കുന്നു. ഈ പ്രക്രിയയിൽ, കറന്റ് നേരിട്ട് ചൂടാക്കി, ജൂൾ താപവും പ്ലാസ്മയും സൃഷ്ടിക്കുന്നു, ഇത് കുറഞ്ഞ സമയത്തിനുള്ളിൽ (സാധാരണയായി 10 മിനിറ്റിനുള്ളിൽ) കാര്യക്ഷമമായ സിന്ററിംഗ് സാധ്യമാക്കുന്നു. ദ്രുത ചൂടാക്കൽ ഉപരിതല വ്യാപനത്തെ പ്രോത്സാഹിപ്പിക്കുന്നു, അതേസമയം സ്പാർക്ക് ഡിസ്ചാർജ് പൊടി പ്രതലങ്ങളിൽ നിന്ന് ആഗിരണം ചെയ്യപ്പെട്ട വാതകങ്ങളും ഓക്സൈഡ് പാളികളും നീക്കംചെയ്യാൻ സഹായിക്കുന്നു, ഇത് സിന്ററിംഗ് പ്രകടനം മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നു. വൈദ്യുതകാന്തിക മണ്ഡലങ്ങളാൽ പ്രേരിപ്പിക്കപ്പെടുന്ന ഇലക്ട്രോമൈഗ്രേഷൻ പ്രഭാവം ആറ്റോമിക് ഡിഫ്യൂഷനും വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നു.

പരമ്പരാഗത ഹോട്ട് പ്രസ്സിംഗുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ, SPS കൂടുതൽ നേരിട്ടുള്ള ചൂടാക്കൽ ഉപയോഗിക്കുന്നു, ഇത് കുറഞ്ഞ താപനിലയിൽ സാന്ദ്രത സാധ്യമാക്കുന്നു, അതേസമയം സൂക്ഷ്മവും ഏകീകൃതവുമായ സൂക്ഷ്മഘടനകൾ ലഭിക്കുന്നതിന് ധാന്യവളർച്ചയെ ഫലപ്രദമായി തടയുന്നു. ഉദാഹരണത്തിന്:

• അഡിറ്റീവുകൾ ഇല്ലാതെ, പൊടിച്ച SiC പൊടി അസംസ്കൃത വസ്തുവായി ഉപയോഗിച്ച്, 2100°C ലും 70 MPa യിലും 30 മിനിറ്റ് സിന്റർ ചെയ്തപ്പോൾ 98% ആപേക്ഷിക സാന്ദ്രതയുള്ള സാമ്പിളുകൾ ലഭിച്ചു.
• 1700°C താപനിലയിലും 40 MPa താപനിലയിലും 10 മിനിറ്റ് നേരം സിന്റർ ചെയ്തപ്പോൾ 98% സാന്ദ്രതയും 30–50 nm മാത്രം ധാന്യ വലുപ്പവുമുള്ള ക്യൂബിക് SiC ലഭിച്ചു.
• 80 µm ഗ്രാനുലാർ SiC പൗഡർ ഉപയോഗിച്ച് 1860°C ലും 50 MPa യിലും 5 മിനിറ്റ് സിന്ററിംഗ് നടത്തിയതിലൂടെ 98.5% ആപേക്ഷിക സാന്ദ്രത, 28.5 GPa യുടെ വിക്കേഴ്‌സ് മൈക്രോഹാർഡ്‌നെസ്, 395 MPa യുടെ ഫ്ലെക്ചറൽ ശക്തി, 4.5 MPa·m^1/2 ന്റെ ഫ്രാക്ചർ കാഠിന്യം എന്നിവയുള്ള ഉയർന്ന പ്രകടനമുള്ള SiC സെറാമിക്‌സ് ലഭിച്ചു.

സിന്ററിംഗ് താപനില 1600°C ൽ നിന്ന് 1860°C ആയി വർദ്ധിച്ചതോടെ, ഉയർന്ന താപനിലയിൽ പദാർത്ഥത്തിന്റെ സുഷിരം ഗണ്യമായി കുറയുകയും പൂർണ്ണ സാന്ദ്രതയിലേക്ക് അടുക്കുകയും ചെയ്യുന്നുവെന്ന് മൈക്രോസ്ട്രക്ചറൽ വിശകലനം കാണിച്ചു.

വ്യത്യസ്ത താപനിലകളിൽ സിന്റർ ചെയ്ത SiC സെറാമിക്സിന്റെ സൂക്ഷ്മഘടന: (A) 1600°C, (B) 1700°C, (C) 1790°C, (D) 1860°C

വി. അഡിറ്റീവ് നിർമ്മാണം

സങ്കീർണ്ണമായ സെറാമിക് ഘടകങ്ങൾ നിർമ്മിക്കുന്നതിൽ അഡിറ്റീവ് മാനുഫാക്ചറിംഗ് (AM) അടുത്തിടെ വലിയ സാധ്യതകൾ തെളിയിച്ചിട്ടുണ്ട്, കാരണം ലെയർ-ബൈ-ലെയർ നിർമ്മാണ പ്രക്രിയയാണ് ഇതിന് കാരണം. SiC സെറാമിക്സിനായി, ബൈൻഡർ ജെറ്റിംഗ് (BJ), 3DP, സെലക്ടീവ് ലേസർ സിന്ററിംഗ് (SLS), ഡയറക്ട് ഇങ്ക് റൈറ്റിംഗ് (DIW), സ്റ്റീരിയോലിത്തോഗ്രാഫി (SL, DLP) എന്നിവയുൾപ്പെടെ ഒന്നിലധികം AM സാങ്കേതികവിദ്യകൾ വികസിപ്പിച്ചെടുത്തിട്ടുണ്ട്. എന്നിരുന്നാലും, 3DP, DIW എന്നിവയ്ക്ക് കുറഞ്ഞ കൃത്യതയുണ്ട്, അതേസമയം SLS താപ സമ്മർദ്ദവും വിള്ളലുകളും ഉണ്ടാക്കുന്നു. ഇതിനു വിപരീതമായി, ഉയർന്ന പരിശുദ്ധിയും ഉയർന്ന കൃത്യതയുമുള്ള സങ്കീർണ്ണമായ സെറാമിക്സ് നിർമ്മിക്കുന്നതിൽ BJ, SL എന്നിവയ്ക്ക് കൂടുതൽ ഗുണങ്ങളുണ്ട്.

1. ബൈൻഡർ ജെറ്റിംഗ് (ബിജെ)

ബിജെ സാങ്കേതികവിദ്യയിൽ, ബൈൻഡർ ബോണ്ട് പൗഡറിലേക്ക് ലെയർ-ബൈ-ലെയർ സ്പ്രേ ചെയ്യുന്നതും, തുടർന്ന് ഡീബൈൻഡിംഗും സിന്ററിംഗും നടത്തി അന്തിമ സെറാമിക് ഉൽപ്പന്നം നേടുന്നതും ഉൾപ്പെടുന്നു. ബിജെയെ കെമിക്കൽ വേപ്പർ ഇൻഫിൽട്രേഷനുമായി (സിവിഐ) സംയോജിപ്പിച്ച്, ഉയർന്ന പരിശുദ്ധിയുള്ള, പൂർണ്ണമായും ക്രിസ്റ്റലിൻ സിഐസി സെറാമിക്സ് വിജയകരമായി തയ്യാറാക്കി. പ്രക്രിയയിൽ ഇവ ഉൾപ്പെടുന്നു:

① BJ ഉപയോഗിച്ച് SiC സെറാമിക് ഗ്രീൻ ബോഡികൾ രൂപപ്പെടുത്തുന്നു.
② 1000°C ലും 200 ടോറിലും CVI വഴി സാന്ദ്രത വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നു.
③ അന്തിമ SiC സെറാമിക്കിന് 2.95 g/cm³ സാന്ദ്രതയും 37 W/m·K താപ ചാലകതയും 297 MPa വഴക്ക ശക്തിയും ഉണ്ടായിരുന്നു.

പശ ജെറ്റ് (BJ) പ്രിന്റിംഗിന്റെ സ്കീമാറ്റിക് ഡയഗ്രം. (A) കമ്പ്യൂട്ടർ-എയ്ഡഡ് ഡിസൈൻ (CAD) മോഡൽ, (B) BJ തത്വത്തിന്റെ സ്കീമാറ്റിക് ഡയഗ്രം, (C) BJ വഴി SiC പ്രിന്റിംഗ്, (D) കെമിക്കൽ വേപ്പർ ഇൻഫിൽട്രേഷൻ (CVI) വഴി SiC യുടെ സാന്ദ്രത.

2. സ്റ്റീരിയോലിത്തോഗ്രാഫി (SL)

വളരെ ഉയർന്ന കൃത്യതയും സങ്കീർണ്ണമായ ഘടന നിർമ്മാണ ശേഷിയുമുള്ള UV-ക്യൂറിംഗ് അധിഷ്ഠിത സെറാമിക് രൂപീകരണ സാങ്കേതികവിദ്യയാണ് SL. ഉയർന്ന ഖര ഉള്ളടക്കവും കുറഞ്ഞ വിസ്കോസിറ്റിയുമുള്ള ഫോട്ടോസെൻസിറ്റീവ് സെറാമിക് സ്ലറികൾ ഉപയോഗിച്ച് ഫോട്ടോപോളിമറൈസേഷൻ വഴി 3D സെറാമിക് ഗ്രീൻ ബോഡികൾ രൂപപ്പെടുത്തുന്നു, തുടർന്ന് ഡീബൈൻഡിംഗും ഉയർന്ന താപനില സിന്ററിംഗും വഴി അന്തിമ ഉൽപ്പന്നം ലഭിക്കുന്നു.

35 vol.% SiC സ്ലറി ഉപയോഗിച്ച്, ഉയർന്ന നിലവാരമുള്ള 3D ഗ്രീൻ ബോഡികൾ 405 nm UV വികിരണത്തിൽ തയ്യാറാക്കുകയും 800°C-ൽ പോളിമർ ബേൺഔട്ടും PIP ചികിത്സയും വഴി കൂടുതൽ സാന്ദ്രത കൈവരിക്കുകയും ചെയ്തു. 35 vol.% സ്ലറി ഉപയോഗിച്ച് തയ്യാറാക്കിയ സാമ്പിളുകൾ 84.8% ആപേക്ഷിക സാന്ദ്രത കൈവരിച്ചതായും 30%, 40% നിയന്ത്രണ ഗ്രൂപ്പുകളെ മറികടന്നതായും ഫലങ്ങൾ കാണിച്ചു.

സ്ലറി പരിഷ്കരിക്കുന്നതിനായി ലിപ്പോഫിലിക് SiO₂, ഫിനോളിക് എപ്പോക്സി റെസിൻ (PEA) എന്നിവ അവതരിപ്പിച്ചതിലൂടെ, ഫോട്ടോപോളിമറൈസേഷൻ പ്രകടനം ഫലപ്രദമായി മെച്ചപ്പെടുത്തി. 1600°C-ൽ 4 മണിക്കൂർ സിന്ററിംഗ് ചെയ്ത ശേഷം, SiC-യിലേക്ക് ഏതാണ്ട് പൂർണ്ണമായ പരിവർത്തനം കൈവരിക്കാനായി, അന്തിമ ഓക്സിജന്റെ അളവ് 0.12% മാത്രമായിരുന്നു, ഇത് പ്രീ-ഓക്സിഡേഷൻ അല്ലെങ്കിൽ പ്രീ-ഇൻഫിൽട്രേഷൻ ഘട്ടങ്ങളില്ലാതെ ഉയർന്ന ശുദ്ധതയുള്ള, സങ്കീർണ്ണമായ ഘടനയുള്ള SiC സെറാമിക്സിന്റെ ഒറ്റ-ഘട്ട നിർമ്മാണം സാധ്യമാക്കി.

പ്രിന്റിംഗ് ഘടനയുടെയും അതിന്റെ സിന്ററിംഗ് പ്രക്രിയയുടെയും ചിത്രീകരണം. (A) 25°C യിലും, (B) 1000°C യിലും പൈറോളിസിസ്, (C) 1600°C യിലും സിന്ററിംഗ് ചെയ്തതിനുശേഷം സാമ്പിൾ പ്രത്യക്ഷപ്പെടുന്ന ദൃശ്യം.

സ്റ്റീരിയോലിത്തോഗ്രാഫി 3D പ്രിന്റിംഗിനായി ഫോട്ടോസെൻസിറ്റീവ് Si₃N₄ സെറാമിക് സ്ലറികൾ രൂപകൽപ്പന ചെയ്തും ഡീബൈൻഡിംഗ്-പ്രെസിന്ററിംഗ്, ഉയർന്ന താപനിലയിലുള്ള വാർദ്ധക്യ പ്രക്രിയകൾ ഉപയോഗിച്ചും, 93.3% സൈദ്ധാന്തിക സാന്ദ്രത, 279.8 MPa ടെൻസൈൽ ശക്തി, 308.5–333.2 MPa ഫ്ലെക്ചറൽ ശക്തി എന്നിവയുള്ള Si₃N₄ സെറാമിക്സ് തയ്യാറാക്കി. 45 വോള്യം.% ഖര ഉള്ളടക്കത്തിന്റെയും 10 സെക്കൻഡ് എക്സ്പോഷർ സമയത്തിന്റെയും സാഹചര്യങ്ങളിൽ, IT77-ലെവൽ ക്യൂറിംഗ് കൃത്യതയുള്ള സിംഗിൾ-ലെയർ ഗ്രീൻ ബോഡികൾ ലഭിക്കുമെന്ന് പഠനങ്ങൾ കണ്ടെത്തി. 0.1 °C/മിനിറ്റ് ചൂടാക്കൽ നിരക്കുള്ള ഒരു താഴ്ന്ന-താപനില ഡീബൈൻഡിംഗ് പ്രക്രിയ വിള്ളലുകളില്ലാത്ത ഗ്രീൻ ബോഡികൾ നിർമ്മിക്കാൻ സഹായിച്ചു.

സ്റ്റീരിയോലിത്തോഗ്രാഫിയിലെ അന്തിമ പ്രകടനത്തെ ബാധിക്കുന്ന ഒരു പ്രധാന ഘട്ടമാണ് സിന്ററിംഗ്. സിന്ററിംഗ് എയ്ഡുകൾ ചേർക്കുന്നത് സെറാമിക് സാന്ദ്രതയും മെക്കാനിക്കൽ ഗുണങ്ങളും ഫലപ്രദമായി മെച്ചപ്പെടുത്തുമെന്ന് ഗവേഷണങ്ങൾ കാണിക്കുന്നു. ഉയർന്ന സാന്ദ്രതയുള്ള Si₃N₄ സെറാമിക്സ് തയ്യാറാക്കാൻ സിന്ററിംഗ് എയ്ഡായും ഇലക്ട്രിക് ഫീൽഡ്-അസിസ്റ്റഡ് സിന്ററിംഗ് സാങ്കേതികവിദ്യയായും CeO₂ ഉപയോഗിക്കുന്നതിനാൽ, ധാന്യ അതിർത്തികളിൽ CeO₂ വേർതിരിക്കുന്നതായി കണ്ടെത്തി, ഇത് ധാന്യ അതിർത്തി സ്ലൈഡിംഗും സാന്ദ്രതയും പ്രോത്സാഹിപ്പിക്കുന്നു. തത്ഫലമായുണ്ടാകുന്ന സെറാമിക്സിൽ വിക്കേഴ്സ് കാഠിന്യം HV10/10 (1347.9 ± 2.4) ഉം ഫ്രാക്ചർ കാഠിന്യം (6.57 ± 0.07) MPa·m¹/² ഉം പ്രകടമായി. MgO–Y₂O₃ അഡിറ്റീവുകളായി ഉപയോഗിച്ചതിനാൽ, സെറാമിക് മൈക്രോസ്ട്രക്ചർ ഹോമോജെനിറ്റി മെച്ചപ്പെട്ടു, ഇത് പ്രകടനം ഗണ്യമായി വർദ്ധിപ്പിച്ചു. 8 wt.% എന്ന മൊത്തം ഡോപ്പിംഗ് ലെവലിൽ, വഴക്കമുള്ള ശക്തിയും താപ ചാലകതയും യഥാക്രമം 915.54 MPa യിലും 59.58 W·m⁻¹·K⁻¹ ലും എത്തി.

VI. ഉപസംഹാരം

ചുരുക്കത്തിൽ, ഉയർന്ന ശുദ്ധതയുള്ള സിലിക്കൺ കാർബൈഡ് (SiC) സെറാമിക്സ്, ഒരു മികച്ച എഞ്ചിനീയറിംഗ് സെറാമിക് മെറ്റീരിയൽ എന്ന നിലയിൽ, അർദ്ധചാലകങ്ങൾ, എയ്‌റോസ്‌പേസ്, അങ്ങേയറ്റത്തെ അവസ്ഥയിലുള്ള ഉപകരണങ്ങൾ എന്നിവയിൽ വിശാലമായ പ്രയോഗ സാധ്യതകൾ പ്രകടമാക്കിയിട്ടുണ്ട്. ഉയർന്ന ശുദ്ധതയുള്ള SiC സെറാമിക്സിനായുള്ള അഞ്ച് സാധാരണ തയ്യാറെടുപ്പ് വഴികൾ - റീക്രിസ്റ്റലൈസേഷൻ സിന്ററിംഗ്, പ്രഷർലെസ് സിന്ററിംഗ്, ഹോട്ട് പ്രസ്സിംഗ്, സ്പാർക്ക് പ്ലാസ്മ സിന്ററിംഗ്, അഡിറ്റീവ് നിർമ്മാണം - അവയുടെ ഡെൻസിഫിക്കേഷൻ മെക്കാനിസങ്ങൾ, കീ പാരാമീറ്റർ ഒപ്റ്റിമൈസേഷൻ, മെറ്റീരിയൽ പ്രകടനം, അതത് ഗുണങ്ങളും പരിമിതികളും എന്നിവയെക്കുറിച്ചുള്ള വിശദമായ ചർച്ചകളോടെ ഈ പ്രബന്ധം വ്യവസ്ഥാപിതമായി വിശകലനം ചെയ്തു.

ഉയർന്ന പരിശുദ്ധി, ഉയർന്ന സാന്ദ്രത, സങ്കീർണ്ണമായ ഘടനകൾ, വ്യാവസായിക സാധ്യത എന്നിവ കൈവരിക്കുന്നതിൽ വ്യത്യസ്ത പ്രക്രിയകൾക്ക് ഓരോന്നിനും സവിശേഷമായ സ്വഭാവസവിശേഷതകളുണ്ടെന്ന് വ്യക്തമാണ്. സ്റ്റീരിയോലിത്തോഗ്രാഫി, ബൈൻഡർ ജെറ്റിംഗ് തുടങ്ങിയ ഉപമേഖലകളിലെ മുന്നേറ്റങ്ങളോടെ, സങ്കീർണ്ണമായ ആകൃതിയിലുള്ളതും ഇഷ്ടാനുസൃതമാക്കിയതുമായ ഘടകങ്ങൾ നിർമ്മിക്കുന്നതിൽ അഡിറ്റീവ് നിർമ്മാണ സാങ്കേതികവിദ്യ, പ്രത്യേകിച്ച്, ശക്തമായ സാധ്യതകൾ കാണിച്ചിട്ടുണ്ട്, ഇത് ഉയർന്ന പരിശുദ്ധിയുള്ള SiC സെറാമിക് തയ്യാറെടുപ്പിനുള്ള ഒരു പ്രധാന വികസന ദിശയാക്കി മാറ്റുന്നു.

ഉയർന്ന പരിശുദ്ധിയുള്ള SiC സെറാമിക് തയ്യാറെടുപ്പിനെക്കുറിച്ചുള്ള ഭാവി ഗവേഷണങ്ങൾ കൂടുതൽ ആഴത്തിൽ പരിശോധിക്കേണ്ടതുണ്ട്, ഇത് ലബോറട്ടറി-സ്കെയിലിൽ നിന്ന് വലിയ തോതിലുള്ള, ഉയർന്ന വിശ്വസനീയമായ എഞ്ചിനീയറിംഗ് ആപ്ലിക്കേഷനുകളിലേക്കുള്ള പരിവർത്തനത്തെ പ്രോത്സാഹിപ്പിക്കുന്നു, അതുവഴി ഉയർന്ന നിലവാരമുള്ള ഉപകരണ നിർമ്മാണത്തിനും അടുത്ത തലമുറ വിവര സാങ്കേതിക വിദ്യകൾക്കും നിർണായക മെറ്റീരിയൽ പിന്തുണ നൽകുന്നു.

ഉയർന്ന പ്രകടനമുള്ള സെറാമിക് വസ്തുക്കളുടെ ഗവേഷണത്തിലും ഉൽപാദനത്തിലും വൈദഗ്ദ്ധ്യമുള്ള ഒരു ഹൈടെക് സംരംഭമാണ് XKH. ഉയർന്ന ശുദ്ധതയുള്ള സിലിക്കൺ കാർബൈഡ് (SiC) സെറാമിക്സിന്റെ രൂപത്തിൽ ഉപഭോക്താക്കൾക്ക് ഇഷ്ടാനുസൃത പരിഹാരങ്ങൾ നൽകുന്നതിൽ ഇത് പ്രതിജ്ഞാബദ്ധമാണ്. കമ്പനിക്ക് നൂതന മെറ്റീരിയൽ തയ്യാറാക്കൽ സാങ്കേതികവിദ്യകളും കൃത്യമായ പ്രോസസ്സിംഗ് കഴിവുകളും ഉണ്ട്. ഉയർന്ന പ്രകടനമുള്ള സെറാമിക് ഘടകങ്ങൾക്കായി അർദ്ധചാലകം, പുതിയ ഊർജ്ജം, എയ്‌റോസ്‌പേസ്, മറ്റ് മേഖലകൾ എന്നിവയുടെ കർശനമായ ആവശ്യകതകൾ നിറവേറ്റുന്ന ഉയർന്ന ശുദ്ധതയുള്ള SiC സെറാമിക്സിന്റെ ഗവേഷണം, ഉത്പാദനം, കൃത്യമായ പ്രോസസ്സിംഗ്, ഉപരിതല ചികിത്സ എന്നിവ ഇതിന്റെ ബിസിനസ് ഉൾക്കൊള്ളുന്നു. പക്വമായ സിന്ററിംഗ് പ്രക്രിയകളും അഡിറ്റീവ് നിർമ്മാണ സാങ്കേതികവിദ്യകളും പ്രയോജനപ്പെടുത്തിക്കൊണ്ട്, മെറ്റീരിയൽ ഫോർമുല ഒപ്റ്റിമൈസേഷൻ, സങ്കീർണ്ണമായ ഘടന രൂപീകരണം മുതൽ കൃത്യമായ പ്രോസസ്സിംഗ് വരെ, ഉൽപ്പന്നങ്ങൾക്ക് മികച്ച മെക്കാനിക്കൽ ഗുണങ്ങൾ, താപ സ്ഥിരത, നാശന പ്രതിരോധം എന്നിവ ഉറപ്പാക്കിക്കൊണ്ട് ഞങ്ങൾക്ക് ഉപഭോക്താക്കൾക്ക് ഒരു സ്റ്റോപ്പ് സേവനം വാഗ്ദാനം ചെയ്യാൻ കഴിയും.