Iċ-ċeramika tas-silikon karbur (SiC) ta' purità għolja ħarġet bħala materjali ideali għal komponenti kritiċi fl-industriji tas-semikondutturi, tal-ajruspazju, u kimiċi minħabba l-konduttività termali eċċezzjonali tagħhom, l-istabbiltà kimika, u s-saħħa mekkanika. Biż-żieda fid-domanda għal apparati taċ-ċeramika ta' prestazzjoni għolja u b'tniġġis baxx, l-iżvilupp ta' teknoloġiji ta' preparazzjoni effiċjenti u skalabbli għaċ-ċeramika SiC ta' purità għolja sar fokus globali tar-riċerka. Dan id-dokument jirrevedi sistematikament il-metodi ewlenin ta' preparazzjoni attwali għaċ-ċeramika SiC ta' purità għolja, inkluż is-sinterizzazzjoni tar-rikristallizzazzjoni, is-sinterizzazzjoni mingħajr pressjoni (PS), l-ippressar bis-sħana (HP), is-sinterizzazzjoni tal-plażma bi spark (SPS), u l-manifattura addittiva (AM), b'enfasi fuq id-diskussjoni tal-mekkaniżmi tas-sinterizzazzjoni, il-parametri ewlenin, il-proprjetajiet tal-materjal, u l-isfidi eżistenti ta' kull proċess.
L-applikazzjoni taċ-ċeramika SiC fl-oqsma militari u tal-inġinerija
Bħalissa, komponenti taċ-ċeramika SiC ta' purità għolja jintużaw ħafna fit-tagħmir tal-manifattura tal-wejfers tas-silikon, u jipparteċipaw fi proċessi ewlenin bħall-ossidazzjoni, il-litografija, l-inċiżjoni, u l-impjantazzjoni tal-joni. Bl-avvanz tat-teknoloġija tal-wejfers, iż-żieda fid-daqsijiet tal-wejfers saret xejra sinifikanti. Id-daqs ewlieni attwali tal-wejfer huwa ta' 300 mm, u b'hekk jinkiseb bilanċ tajjeb bejn l-ispiża u l-kapaċità tal-produzzjoni. Madankollu, immexxija mil-Liġi ta' Moore, il-produzzjoni tal-massa ta' wejfers ta' 450 mm diġà tinsab fuq l-aġenda. Wejfers akbar tipikament jeħtieġu saħħa strutturali ogħla biex jirreżistu t-tgħawwiġ u d-deformazzjoni, u dan ikompli jmexxi d-domanda dejjem tikber għal komponenti taċ-ċeramika SiC ta' daqs kbir, saħħa għolja u purità għolja. Fi snin reċenti, il-manifattura addittiva (stampar 3D), bħala teknoloġija ta' prototipazzjoni rapida li ma teħtieġ l-ebda moffa, uriet potenzjal tremend fil-fabbrikazzjoni ta' partijiet taċ-ċeramika SiC bi struttura kumplessa minħabba l-kostruzzjoni saff b'saff u l-kapaċitajiet ta' disinn flessibbli tagħha, u b'hekk ġibdet attenzjoni mifruxa.
Dan id-dokument se janalizza sistematikament ħames metodi rappreżentattivi ta' preparazzjoni għal ċeramika SiC ta' purità għolja—sinterizzazzjoni bir-rikristallizzazzjoni, sinterizzazzjoni mingħajr pressjoni, ippressar bis-sħana, sinterizzazzjoni bil-plażma bi spark, u manifattura addittiva—b'fokus fuq il-mekkaniżmi ta' sinterizzazzjoni tagħhom, strateġiji ta' ottimizzazzjoni tal-proċess, karatteristiċi tal-prestazzjoni tal-materjal, u prospetti ta' applikazzjoni industrijali.
Rekwiżiti ta' materja prima tal-karbur tas-silikon ta' purità għolja
I. Sinterizzazzjoni tar-Rikristallizzazzjoni
Il-karbur tas-silikon rikristallizzat (RSiC) huwa materjal SiC ta' purità għolja ppreparat mingħajr għajnuniet għas-sinterizzazzjoni f'temperaturi għoljin ta' 2100–2500°C. Minn meta Fredriksson skopra għall-ewwel darba l-fenomenu tar-rikristallizzazzjoni fl-aħħar tas-seklu 19, l-RSiC ġibed attenzjoni sinifikanti minħabba l-konfini nodfa tal-qmuħ tiegħu u n-nuqqas ta' fażijiet tal-ħġieġ u impuritajiet. F'temperaturi għoljin, is-SiC juri pressjoni tal-fwar relattivament għolja, u l-mekkaniżmu ta' sinterizzazzjoni tiegħu jinvolvi primarjament proċess ta' evaporazzjoni-kondensazzjoni: il-qmuħ fini jevaporaw u jerġgħu jiddepożitaw fuq l-uċuħ ta' qmuħ akbar, u jippromwovu t-tkabbir tal-għonq u t-twaħħil dirett bejn il-qmuħ, u b'hekk itejbu s-saħħa tal-materjal.
Fl-1990, Kriegesmann ħejja RSiC b'densità relattiva ta' 79.1% bl-użu ta' slip casting f'2200°C, bis-sezzjoni trasversali turi mikrostruttura magħmula minn qmuħ oħxon u pori. Sussegwentement, Yi et al. użaw gel casting biex iħejju korpi ħodor u sinterizzawhom f'2450°C, u kisbu ċeramika RSiC b'densità tal-massa ta' 2.53 g/cm³ u saħħa flessurali ta' 55.4 MPa.
Il-wiċċ tal-ksur SEM tal-RSiC
Meta mqabbel mas-SiC dens, l-RSiC għandu densità aktar baxxa (madwar 2.5 g/cm³) u madwar 20% porożità miftuħa, li tillimita l-prestazzjoni tiegħu f'applikazzjonijiet ta' saħħa għolja. Għalhekk, it-titjib tad-densità u l-proprjetajiet mekkaniċi tal-RSiC sar fokus ewlieni tar-riċerka. Sung et al. ipproponew li s-silikon imdewweb jiġi infiltrat f'komposti mħallta ta' karbonju/β-SiC u li jiġi rikristallizzat f'2200°C, u b'hekk bnew b'suċċess struttura ta' netwerk magħmula minn qmuħ oħxon α-SiC. L-RSiC li rriżulta kiseb densità ta' 2.7 g/cm³ u saħħa flessibbli ta' 134 MPa, u żamm stabbiltà mekkanika eċċellenti f'temperaturi għoljin.
Biex itejbu aktar id-densità, Guo et al. użaw it-teknoloġija tal-infiltrazzjoni u l-piroliżi tal-polimeri (PIP) għal trattamenti multipli tal-RSiC. Bl-użu ta' soluzzjonijiet PCS/xylene u taħlitiet ta' SiC/PCS/xylene bħala infiltranti, wara 3–6 ċikli PIP, id-densità tal-RSiC tjiebet b'mod sinifikanti (sa 2.90 g/cm³), flimkien mas-saħħa flessurali tagħha. Barra minn hekk, ipproponew strateġija ċiklika li tgħaqqad il-PIP u r-rikristallizzazzjoni: piroliżi f'1400°C segwita minn rikristallizzazzjoni f'2400°C, li tneħħi b'mod effettiv l-imblukkar tal-partiċelli u tnaqqas il-porożità. Il-materjal RSiC finali kiseb densità ta' 2.99 g/cm³ u saħħa flessurali ta' 162.3 MPa, li juri prestazzjoni komprensiva eċċellenti.
Immaġnijiet SEM tal-evoluzzjoni tal-mikrostruttura ta' RSiC illustrat wara ċikli ta' impregnazzjoni tal-polimeru u piroliżi (PIP)-rikristallizzazzjoni: RSiC inizjali (A), wara l-ewwel ċiklu ta' rikristallizzazzjoni PIP (B), u wara t-tielet ċiklu (C)
II. Sinterizzazzjoni mingħajr pressjoni
Iċ-ċeramika tas-silikon karbur (SiC) sinterizzata mingħajr pressjoni tipikament tiġi ppreparata bl-użu ta' trab tas-SiC ultrafin u ta' purità għolja bħala materja prima, b'ammonti żgħar ta' għajnuniet għas-sinterizzazzjoni miżjuda, u sinterizzata f'atmosfera inerti jew vakwu f'1800–2150°C. Dan il-metodu huwa adattat għall-produzzjoni ta' komponenti taċ-ċeramika ta' daqs kbir u strutturati kumplessi. Madankollu, peress li s-SiC huwa primarjament marbut b'mod kovalenti, il-koeffiċjent ta' awtodiffużjoni tiegħu huwa estremament baxx, u dan jagħmel id-densifikazzjoni diffiċli mingħajr għajnuniet għas-sinterizzazzjoni.
Ibbażat fuq il-mekkaniżmu tas-sinterizzazzjoni, is-sinterizzazzjoni mingħajr pressjoni tista' tinqasam f'żewġ kategoriji: sinterizzazzjoni f'fażi likwida mingħajr pressjoni (PLS-SiC) u sinterizzazzjoni fi stat solidu mingħajr pressjoni (PSS-SiC).
1.1 PLS-SiC (Sinterizzazzjoni f'Fażi Likwida)
Il-PLS-SiC tipikament jiġi sinterizzat taħt l-2000°C billi jiżdied madwar 10% bil-piż ta' għajnuniet għas-sinterizzazzjoni ewtettika (bħal Al₂O₃, CaO, MgO, TiO₂, u ossidi tad-dinja rari RE₂O₃) biex jifforma fażi likwida, u jippromwovi r-riarranġament tal-partiċelli u t-trasferiment tal-massa biex jinkiseb id-densifikazzjoni. Dan il-proċess huwa adattat għal ċeramika SiC ta' grad industrijali, iżda ma kien hemm l-ebda rapport ta' SiC ta' purità għolja miksub permezz tas-sinterizzazzjoni f'fażi likwida.
1.2 PSS-SiC (Sinterizzazzjoni fi Stat Solidu)
Il-PSS-SiC jinvolvi densifikazzjoni fi stat solidu f'temperaturi 'l fuq minn 2000°C b'madwar 1% bil-piż ta' addittivi. Dan il-proċess jiddependi prinċipalment fuq id-diffużjoni atomika u r-riarranġament tal-qamħ immexxi minn temperaturi għoljin biex titnaqqas l-enerġija tal-wiċċ u tinkiseb densifikazzjoni. Is-sistema BC (boron-karbonju) hija kombinazzjoni komuni ta' addittivi, li tista' tnaqqas l-enerġija tal-konfini tal-qamħ u tneħħi s-SiO₂ mill-wiċċ tas-SiC. Madankollu, l-addittivi tradizzjonali tal-BC spiss jintroduċu impuritajiet residwi, u b'hekk inaqqsu l-purità tas-SiC.
Billi ġie kkontrollat il-kontenut tal-addittivi (B 0.4 wt.%, C 1.8 wt.%) u s-sinterizzazzjoni f'2150°C għal 0.5 sigħat, inkiseb ċeramika SiC ta' purità għolja b'purità ta' 99.6 wt.% u densità relattiva ta' 98.4%. Il-mikrostruttura wriet qmuħ kolonnari (xi wħud jaqbżu l-450 µm fit-tul), b'pori żgħar fil-konfini tal-qmuħ u partiċelli tal-grafita ġewwa l-qmuħ. Iċ-ċeramika wriet saħħa flessurali ta' 443 ± 27 MPa, modulu elastiku ta' 420 ± 1 GPa, u koeffiċjent ta' espansjoni termali ta' 3.84 × 10⁻⁶ K⁻¹ fil-medda tat-temperatura tal-kamra sa 600°C, u wriet prestazzjoni ġenerali eċċellenti.
Mikrostruttura ta' PSS-SiC: (A) Immaġni SEM wara l-illustrar u l-inċiżjoni bin-NaOH; (BD) Immaġni BSD wara l-illustrar u l-inċiżjoni
III. Sinterizzazzjoni bis-Sħana
Is-sinterizzazzjoni bl-ippressar bis-sħana (HP) hija teknika ta' densifikazzjoni li tapplika simultanjament sħana u pressjoni unjassjali għal materjali tat-trab f'kundizzjonijiet ta' temperatura għolja u pressjoni għolja. Pressjoni għolja tinibixxi b'mod sinifikanti l-formazzjoni tal-pori u tillimita t-tkabbir tal-qamħ, filwaqt li temperatura għolja tippromwovi l-fużjoni tal-qamħ u l-formazzjoni ta' strutturi densi, u fl-aħħar mill-aħħar tipproduċi ċeramika SiC ta' densità għolja u purità għolja. Minħabba n-natura direzzjonali tal-ippressar, dan il-proċess għandu t-tendenza li jikkaġuna anisotropija tal-qamħ, u jaffettwa l-proprjetajiet mekkaniċi u tal-użu.
Iċ-ċeramika SiC pura hija diffiċli biex tiġi densifikata mingħajr addittivi, u teħtieġ sinterizzazzjoni bi pressjoni ultra-għolja. Nadeau et al. ħejjew b'suċċess SiC kompletament dens mingħajr addittivi f'2500°C u 5000 MPa; Sun et al. kisbu materjali β-SiC bl-ingrossa b'ebusija Vickers sa 41.5 GPa f'25 GPa u 1400°C. Bl-użu ta' pressjoni ta' 4 GPa, ċeramika SiC b'densitajiet relattivi ta' madwar 98% u 99%, ebusija ta' 35 GPa, u modulu elastiku ta' 450 GPa ġew ippreparati f'1500°C u 1900°C, rispettivament. Is-sinterizzazzjoni ta' trab SiC ta' daqs mikron f'5 GPa u 1500°C tat ċeramika b'ebusija ta' 31.3 GPa u densità relattiva ta' 98.4%.
Għalkemm dawn ir-riżultati juru li pressjoni ultra-għolja tista' tikseb densifikazzjoni mingħajr addittivi, il-kumplessità u l-ispiża għolja tat-tagħmir meħtieġ jillimitaw l-applikazzjonijiet industrijali. Għalhekk, fit-tħejjija prattika, addittivi traċċabbli jew granulazzjoni tat-trab spiss jintużaw biex itejbu l-forza tas-sinterizzazzjoni.
Biż-żieda ta' 4 wt.% reżina fenolika bħala addittiv u s-sinterizzazzjoni f'2350°C u 50 MPa, inkisbu ċeramika SiC b'rata ta' densifikazzjoni ta' 92% u purità ta' 99.998%. Bl-użu ta' ammonti baxxi ta' addittivi (aċidu boriku u D-fruttożju) u s-sinterizzazzjoni f'2050°C u 40 MPa, ġie ppreparat SiC ta' purità għolja b'densità relattiva ta' >99.5% u kontenut residwu ta' B ta' 556 ppm biss. L-immaġini SEM urew li, meta mqabbla ma' kampjuni sinterizzati mingħajr pressjoni, il-kampjuni ppressati bis-sħana kellhom qmuħ iżgħar, inqas pori, u densità ogħla. Is-saħħa tal-flessjoni kienet ta' 453.7 ± 44.9 MPa, u l-modulu elastiku laħaq 444.3 ± 1.1 GPa.
Billi estendejt il-ħin taż-żamma f'1900°C, id-daqs tal-qamħ żdied minn 1.5 μm għal 1.8 μm, u l-konduttività termali tjiebet minn 155 għal 167 W·m⁻¹·K⁻¹, filwaqt li tejbet ukoll ir-reżistenza għall-korrużjoni tal-plażma.
Taħt kundizzjonijiet ta' 1850°C u 30 MPa, l-ippressar bis-sħana u l-ippressar bis-sħana rapidu tat-trab tas-SiC granulat u ttemprat ipproduċew ċeramika β-SiC kompletament densa mingħajr ebda addittiv, b'densità ta' 3.2 g/cm³ u temperatura ta' sinterizzazzjoni 150–200°C inqas mill-proċessi tradizzjonali. Iċ-ċeramika wriet ebusija ta' 2729 GPa, reżistenza għall-ksur ta' 5.25–5.30 MPa·m^1/2, u reżistenza eċċellenti għall-creep (rati ta' creep ta' 9.9 × 10⁻¹⁰ s⁻¹ u 3.8 × 10⁻⁹ s⁻¹ f'1400°C/1450°C u 100 MPa).
(A) Immaġni SEM tal-wiċċ illustrat; (B) Immaġni SEM tal-wiċċ tal-ksur; (Ċ, D) Immaġni BSD tal-wiċċ illustrat
Fir-riċerka tal-istampar 3D għaċ-ċeramika pjeżoelettrika, it-taħlita taċ-ċeramika, bħala l-fattur ewlieni li jinfluwenza l-iffurmar u l-prestazzjoni, saret fokus ewlieni domestikament u internazzjonalment. Studji attwali ġeneralment jindikaw li parametri bħad-daqs tal-partiċelli tat-trab, il-viskożità tat-taħlita, u l-kontenut solidu jaffettwaw b'mod sinifikanti l-kwalità tal-iffurmar u l-proprjetajiet pjeżoelettriċi tal-prodott finali.
Ir-riċerka sabet li t-taħlitiet taċ-ċeramika ppreparati bl-użu ta' trab tat-titanat tal-barju ta' daqs mikron, submikron, u nano juru differenzi sinifikanti fil-proċessi tal-isterjolitografija (eż., LCD-SLA). Hekk kif id-daqs tal-partiċelli jonqos, il-viskożità tat-taħlita tiżdied b'mod notevoli, bit-trab ta' daqs nano jipproduċi taħlitiet b'viskożitajiet li jilħqu biljuni ta' mPa·s. It-taħlitiet bi trab ta' daqs mikron huma suxxettibbli għal delaminazzjoni u tqaxxir waqt l-istampar, filwaqt li t-trab ta' daqs submikron u nano juru mġiba ta' ffurmar aktar stabbli. Wara sinterizzazzjoni f'temperatura għolja, il-kampjuni taċ-ċeramika li rriżultaw laħqu densità ta' 5.44 g/cm³, koeffiċjent pjeżoelettriku (d₃₃) ta' madwar 200 pC/N, u fatturi ta' telf baxxi, li juru proprjetajiet ta' rispons elettromekkaniċi eċċellenti.
Barra minn hekk, fi proċessi ta' mikro-stereolitografija, l-aġġustament tal-kontenut solidu ta' taħlitiet tat-tip PZT (eż., 75 wt.%) ipproduċa korpi sinterizzati b'densità ta' 7.35 g/cm³, u kiseb kostanti pjeżoelettrika sa 600 pC/N taħt kampi elettriċi ta' polarizzazzjoni. Ir-riċerka dwar il-kumpens tad-deformazzjoni fuq skala mikro tejbet b'mod sinifikanti l-preċiżjoni tal-iffurmar, u żiedet il-preċiżjoni ġeometrika sa 80%.
Studju ieħor dwar iċ-ċeramika pjeżoelettrika PMN-PT żvela li l-kontenut solidu jinfluwenza b'mod kritiku l-istruttura taċ-ċeramika u l-proprjetajiet elettriċi. B'kontenut solidu ta' 80% bil-piż, il-prodotti sekondarji dehru faċilment fiċ-ċeramika; hekk kif il-kontenut solidu żdied għal 82% bil-piż u aktar, il-prodotti sekondarji sparixxew gradwalment, u l-istruttura taċ-ċeramika saret aktar pura, b'prestazzjoni mtejba b'mod sinifikanti. B'82% bil-piż, iċ-ċeramika wriet proprjetajiet elettriċi ottimali: kostanti pjeżoelettrika ta' 730 pC/N, permittività relattiva ta' 7226, u telf dielettriku ta' 0.07 biss.
Fil-qosor, id-daqs tal-partiċelli, il-kontenut solidu, u l-proprjetajiet reoloġiċi tat-taħlitiet taċ-ċeramika mhux biss jaffettwaw l-istabbiltà u l-eżattezza tal-proċess tal-istampar iżda jiddeterminaw ukoll direttament id-densità u r-rispons pjeżoelettriku tal-korpi sinterizzati, u b'hekk jagħmluhom parametri ewlenin biex jinkisbu ċeramika pjeżoelettrika stampata bi 3D ta' prestazzjoni għolja.
Il-proċess ewlieni tal-istampar 3D LCD-SLA ta' kampjuni BT/UV
Il-proprjetajiet taċ-ċeramika PMN-PT b'kontenut solidu differenti
IV. Sinterizzazzjoni tal-Plażma bi Spark
Is-sinterizzazzjoni bi spark plasma (SPS) hija teknoloġija avvanzata ta' sinterizzazzjoni li tutilizza kurrent pulsat u pressjoni mekkanika applikati simultanjament fuq it-trab biex tikseb densifikazzjoni rapida. F'dan il-proċess, il-kurrent isaħħan direttament il-moffa u t-trab, u jiġġenera sħana Joule u plażma, li jippermetti sinterizzazzjoni effiċjenti fi żmien qasir (tipikament fi żmien 10 minuti). Tisħin rapidu jippromwovi d-diffużjoni tal-wiċċ, filwaqt li l-iskarika ta' spark tgħin biex tneħħi l-gassijiet assorbiti u s-saffi tal-ossidu mill-uċuħ tat-trab, u ttejjeb il-prestazzjoni tas-sinterizzazzjoni. L-effett tal-elettromigrazzjoni kkaġunat minn kampi elettromanjetiċi jtejjeb ukoll id-diffużjoni atomika.
Meta mqabbel mal-ippressar bis-sħana tradizzjonali, l-SPS juża tisħin aktar dirett, li jippermetti d-densifikazzjoni f'temperaturi aktar baxxi filwaqt li jinibixxi b'mod effettiv it-tkabbir tal-qamħ biex jinkisbu mikrostrutturi fini u uniformi. Pereżempju:
- Mingħajr addittivi, bl-użu ta' trab SiC mitħun bħala materja prima, is-sinterizzazzjoni f'2100°C u 70 MPa għal 30 minuta tat kampjuni b'densità relattiva ta' 98%.
- Is-sinterizzazzjoni f'1700°C u 40 MPa għal 10 minuti pproduċiet SiC kubu b'densità ta' 98% u daqsijiet tal-qmuħ ta' 30–50 nm biss.
- L-użu ta' trab SiC granulari ta' 80 µm u s-sinterizzazzjoni f'1860°C u 50 MPa għal 5 minuti rriżulta f'ċeramika SiC ta' prestazzjoni għolja b'densità relattiva ta' 98.5%, mikroebusija Vickers ta' 28.5 GPa, saħħa flessurali ta' 395 MPa, u reżistenza għall-ksur ta' 4.5 MPa·m^1/2.
L-analiżi mikrostrutturali wriet li hekk kif it-temperatura tas-sinterizzazzjoni żdiedet minn 1600°C għal 1860°C, il-porożità tal-materjal naqset b'mod sinifikanti, u qarreb lejn id-densità sħiħa f'temperaturi għoljin.
Il-mikrostruttura taċ-ċeramika SiC sinterizzata f'temperaturi differenti: (A) 1600°C, (B) 1700°C, (C) 1790°C u (D) 1860°C
V. Manifattura Additiva
Il-manifattura addittiva (AM) dan l-aħħar uriet potenzjal tremend fil-fabbrikazzjoni ta' komponenti taċ-ċeramika kumplessi minħabba l-proċess ta' kostruzzjoni saff b'saff tagħha. Għaċ-ċeramika SiC, ġew żviluppati diversi teknoloġiji AM, inkluż binder jetting (BJ), 3DP, sinterizzazzjoni selettiva bil-lejżer (SLS), kitba diretta bil-linka (DIW), u stereolitografija (SL, DLP). Madankollu, 3DP u DIW għandhom preċiżjoni aktar baxxa, filwaqt li SLS għandha t-tendenza li tinduċi stress termali u xquq. B'kuntrast, BJ u SL joffru vantaġġi akbar fil-produzzjoni ta' ċeramika kumplessa ta' purità għolja u preċiżjoni għolja.
- Ġettjar tal-Legant (BJ)
It-teknoloġija BJ tinvolvi l-isprejjar saff b'saff tal-leganti biex tgħaqqad it-trab, segwit minn tneħħija tal-leganti u s-sinterizzazzjoni biex jinkiseb il-prodott taċ-ċeramika finali. Billi kkombinaw BJ ma' infiltrazzjoni kimika tal-fwar (CVI), ġew ippreparati b'suċċess ċeramika SiC ta' purità għolja u kompletament kristallina. Il-proċess jinkludi:
① Il-formazzjoni ta' korpi ħodor taċ-ċeramika SiC bl-użu ta' BJ.
② Densifikazzjoni permezz ta' CVI f'1000°C u 200 Torr.
③ Iċ-ċeramika SiC finali kellha densità ta' 2.95 g/cm³, konduttività termali ta' 37 W/m·K, u saħħa tal-flessjoni ta' 297 MPa.
Dijagramma skematika tal-istampar b'ġett adeżiv (BJ). (A) Mudell ta' disinn assistit mill-kompjuter (CAD), (B) dijagramma skematika tal-prinċipju BJ, (C) stampar ta' SiC permezz ta' BJ, (D) densifikazzjoni ta' SiC permezz ta' infiltrazzjoni kimika tal-fwar (CVI)
- Stereolitografija (SL)
SL hija teknoloġija tal-iffurmar taċ-ċeramika bbażata fuq it-tqaddid bl-UV b'preċiżjoni għolja ħafna u kapaċitajiet ta' fabbrikazzjoni ta' struttura kumplessa. Dan il-metodu juża taħlitiet taċ-ċeramika fotosensittivi b'kontenut solidu għoli u viskożità baxxa biex jifforma korpi taċ-ċeramika ħadra 3D permezz ta' fotopolimerizzazzjoni, segwita minn tneħħija tal-binding u sinterizzazzjoni f'temperatura għolja biex jinkiseb il-prodott finali.
Bl-użu ta' taħlita ta' 35% vol. SiC, ġew ippreparati korpi ħodor 3D ta' kwalità għolja taħt irradjazzjoni UV ta' 405 nm u densifikati aktar permezz ta' burnout tal-polimeru f'800°C u trattament PIP. Ir-riżultati wrew li l-kampjuni ppreparati b'taħlita ta' 35% vol. laħqu densità relattiva ta' 84.8%, u qabżu l-gruppi ta' kontroll ta' 30% u 40%.
Bl-introduzzjoni ta' SiO₂ lipofiliku u reżina epossidika fenolika (PEA) biex timmodifika t-taħlita, il-prestazzjoni tal-fotopolimerizzazzjoni tjiebet b'mod effettiv. Wara s-sinterizzazzjoni f'1600°C għal 4 sigħat, inkisbet konverżjoni kważi kompleta għal SiC, b'kontenut finali ta' ossiġnu ta' 0.12% biss, li ppermettiet fabbrikazzjoni f'pass wieħed ta' ċeramika SiC ta' purità għolja u strutturata kumplessa mingħajr passi ta' pre-ossidazzjoni jew pre-infiltrazzjoni.
Illustrazzjoni tal-istruttura tal-istampar u l-proċess ta' sinterizzazzjoni tagħha. Id-dehra tal-kampjun wara t-tnixxif f'(A) 25°C, il-piroliżi f'(B) 1000°C, u s-sinterizzazzjoni f'(C) 1600°C.
Billi ddisinjaw taħlitiet taċ-ċeramika Si₃N₄ fotosensittivi għall-istampar 3D bl-istereolitografija u użaw proċessi ta' tneħħija tal-binding-presintering u tixjiħ f'temperatura għolja, ġew ippreparati ċeramika Si₃N₄ b'densità teoretika ta' 93.3%, saħħa tensili ta' 279.8 MPa, u saħħa flessibbli ta' 308.5–333.2 MPa. Studji sabu li taħt kundizzjonijiet ta' kontenut solidu ta' 45% vol. u ħin ta' espożizzjoni ta' 10 s, setgħu jinkisbu korpi ħodor b'saff wieħed bi preċiżjoni ta' tqaddid tal-livell IT77. Proċess ta' tneħħija tal-binding f'temperatura baxxa b'rata ta' tisħin ta' 0.1 °C/min għen biex jipproduċi korpi ħodor mingħajr xquq.
Is-sinterizzazzjoni hija pass ewlieni li jaffettwa l-prestazzjoni finali fl-istereolitografija. Ir-riċerka turi li ż-żieda ta' għajnuniet għas-sinterizzazzjoni tista' ttejjeb b'mod effettiv id-densità taċ-ċeramika u l-proprjetajiet mekkaniċi. Bl-użu ta' CeO₂ bħala għajnuna għas-sinterizzazzjoni u teknoloġija ta' sinterizzazzjoni assistita minn kamp elettriku biex tipprepara ċeramika Si₃N₄ ta' densità għolja, instab li CeO₂ jissegrega fil-konfini tal-qamħ, u jippromwovi ż-żliq tal-konfini tal-qamħ u d-densifikazzjoni. Iċ-ċeramika li rriżultat uriet ebusija Vickers ta' HV10/10 (1347.9 ± 2.4) u reżistenza għall-ksur ta' (6.57 ± 0.07) MPa·m¹/². B'MgO–Y₂O₃ bħala addittivi, l-omoġeneità tal-mikrostruttura taċ-ċeramika tjiebet, u b'hekk tejbet b'mod sinifikanti l-prestazzjoni. F'livell totali ta' doping ta' 8 wt.%, is-saħħa tal-flessjoni u l-konduttività termali laħqu 915.54 MPa u 59.58 W·m⁻¹·K⁻¹, rispettivament.
VI. Konklużjoni
Fil-qosor, iċ-ċeramika tas-silikon karbur (SiC) ta' purità għolja, bħala materjal taċ-ċeramika tal-inġinerija eċċellenti, uriet prospetti wesgħin ta' applikazzjoni fis-semikondutturi, l-ajruspazju, u t-tagħmir għal kundizzjonijiet estremi. Dan id-dokument analizza sistematikament ħames rotot tipiċi ta' preparazzjoni għaċ-ċeramika SiC ta' purità għolja—sinterizzazzjoni bir-rikristallizzazzjoni, sinterizzazzjoni mingħajr pressjoni, ippressar bis-sħana, sinterizzazzjoni bil-plażma bi spark, u manifattura addittiva—b'diskussjonijiet dettaljati dwar il-mekkaniżmi ta' densifikazzjoni tagħhom, l-ottimizzazzjoni tal-parametri ewlenin, il-prestazzjoni tal-materjal, u l-vantaġġi u l-limitazzjonijiet rispettivi.
Huwa evidenti li proċessi differenti kull wieħed għandu karatteristiċi uniċi f'termini ta' kif jinkiseb purità għolja, densità għolja, strutturi kumplessi, u fattibbiltà industrijali. It-teknoloġija tal-manifattura addittiva, b'mod partikolari, uriet potenzjal qawwi fil-fabbrikazzjoni ta' komponenti b'forom kumplessi u personalizzati, b'avvanzi f'sottooqsma bħall-isterjolitografija u l-ġettjar tal-leganti, li jagħmilha direzzjoni ta' żvilupp importanti għall-preparazzjoni taċ-ċeramika SiC ta' purità għolja.
Ir-riċerka futura dwar il-preparazzjoni taċ-ċeramika SiC ta' purità għolja teħtieġ li tapprofondixxi, u tippromwovi t-tranżizzjoni minn applikazzjonijiet ta' inġinerija fuq skala tal-laboratorju għal applikazzjonijiet ta' inġinerija fuq skala kbira u affidabbli ħafna, u b'hekk tipprovdi appoġġ materjali kritiku għall-manifattura ta' tagħmir ta' kwalità għolja u t-teknoloġiji tal-informazzjoni tal-ġenerazzjoni li jmiss.
XKH hija intrapriża ta' teknoloġija għolja li tispeċjalizza fir-riċerka u l-produzzjoni ta' materjali taċ-ċeramika ta' prestazzjoni għolja. Hija ddedikata biex tipprovdi soluzzjonijiet personalizzati għall-klijenti fil-forma ta' ċeramika tas-silikon karbur (SiC) ta' purità għolja. Il-kumpanija tippossjedi teknoloġiji avvanzati ta' preparazzjoni ta' materjali u kapaċitajiet ta' pproċessar preċiżi. In-negozju tagħha jinkludi r-riċerka, il-produzzjoni, l-ipproċessar preċiż, u t-trattament tal-wiċċ taċ-ċeramika SiC ta' purità għolja, u tissodisfa r-rekwiżiti stretti tas-semikondutturi, l-enerġija ġdida, l-ajruspazju u oqsma oħra għal komponenti taċ-ċeramika ta' prestazzjoni għolja. Bl-użu ta' proċessi ta' sinterizzazzjoni maturi u teknoloġiji ta' manifattura addittiva, nistgħu noffru lill-klijenti servizz one-stop mill-ottimizzazzjoni tal-formula tal-materjal, il-formazzjoni ta' struttura kumplessa sal-ipproċessar preċiż, u niżguraw li l-prodotti jkollhom proprjetajiet mekkaniċi eċċellenti, stabbiltà termali u reżistenza għall-korrużjoni.
Ħin tal-posta: 30 ta' Lulju 2025