Сафолҳои карбиди кремнийи тозаи баланд (SiC) бо сабаби гузаронандагии гармии истисноӣ, устувории кимиёвӣ ва қувваи механикии худ ҳамчун маводи беҳтарин барои ҷузъҳои муҳим дар саноати нимноқилҳо, аэрокосмикӣ ва кимиёвӣ пайдо шудаанд. Бо афзоиши талабот ба дастгоҳҳои сафолҳои баландсифат ва камифлоскунанда, таҳияи технологияҳои самаранок ва миқёспазири омодасозӣ барои сафолҳои баландсифати SiC ба як самти тадқиқоти ҷаҳонӣ табдил ёфтааст. Дар ин мақола усулҳои асосии ҷории омодасозӣ барои сафолҳои баландсифати SiC, аз ҷумла синтези дубора кристаллизатсия, синтези бефишор (PS), фишурдани гарм (HP), синтези плазмаи шарора (SPS) ва истеҳсоли иловагиҳо (AM) ба таври систематикӣ баррасӣ мешаванд ва ба муҳокимаи механизмҳои синтез, параметрҳои асосӣ, хосиятҳои мавод ва мушкилоти мавҷудаи ҳар як раванд таъкид карда мешавад.
Истифодаи сафолҳои SiC дар соҳаҳои низомӣ ва муҳандисӣ
Айни замон, ҷузъҳои сафолии SiC-и тозагии баланд дар таҷҳизоти истеҳсоли вафли силикон васеъ истифода мешаванд ва дар равандҳои асосӣ, аз қабили оксидшавӣ, литография, кандакорӣ ва имплантатсияи ионҳо иштирок мекунанд. Бо пешрафти технологияи вафли, афзоиши андозаи вафли ба як тамоюли назаррас табдил ёфтааст. Андозаи вафли асосии кунунӣ 300 мм аст, ки тавозуни хуб байни арзиш ва иқтидори истеҳсолӣ ба даст оварда мешавад. Аммо, бо назардошти Қонуни Мур, истеҳсоли оммавии вафли 450 мм аллакай дар рӯзнома аст. Вафлиҳои калонтар одатан барои муқовимат ба каҷшавӣ ва деформатсия ба қувваи сохтории баландтар ниёз доранд, ки ин афзоиши талаботро ба ҷузъҳои сафолии SiC-и андозаи калон, баландқувват ва тозагии баланд боз ҳам афзоиш медиҳад. Дар солҳои охир, истеҳсоли иловагиҳо (чопи 3D), ҳамчун як технологияи прототипсозии босуръат, ки ба қолаб ниёз надорад, дар истеҳсоли қисмҳои сафолии мураккаби SiC аз сабаби сохтори қабат ба қабат ва имконоти тарроҳии чандир, потенсиали бузургеро нишон додааст, ки таваҷҷӯҳи васеъро ҷалб мекунад.
Дар ин мақола панҷ усули намунавии тайёр кардани сафолҳои SiC бо тозагии баланд - синтеризатсияи аз нав кристаллизатсия, синтеризатсияи бе фишор, пресскунии гарм, синтеризатсияи плазмаи шарора ва истеҳсоли иловаҳо - бо тамаркуз ба механизмҳои синтеризатсияи онҳо, стратегияҳои беҳсозии равандҳо, хусусиятҳои иҷрои мавод ва дурнамои татбиқи саноатӣ ба таври систематикӣ таҳлил карда мешаванд.
Талабот ба ашёи хоми кремний карбидии тозагии баланд
I. Синтеризатсияи аз нав кристаллизатсия
Карбиди кремнийи аз нав кристаллшуда (RSiC) як маводи тозаи баландсифати SiC мебошад, ки бе ёрии синтеризатсия дар ҳарорати баланди 2100-2500°C омода карда шудааст. Аз замони Фредрикссон бори аввал падидаи аз нав кристаллизатсияро дар охири асри 19 кашф кард, RSiC бинобар сарҳадҳои тозаи дона ва набудани фазаҳои шишагӣ ва ифлосӣ таваҷҷӯҳи зиёдро ба худ ҷалб кардааст. Дар ҳарорати баланд, SiC фишори буғи нисбатан баландро нишон медиҳад ва механизми синтеризатсияи он асосан раванди бухоршавӣ-конденсатсияро дар бар мегирад: донаҳои майда бухор мешаванд ва дар сатҳи донаҳои калонтар дубора ҷойгир мешаванд, ки афзоиши гардан ва пайванди мустақимро байни донаҳоро мусоидат мекунанд ва бо ин васила мустаҳкамии маводро афзоиш медиҳанд.
Дар соли 1990, Кригесманн RSiC-ро бо зичии нисбии 79,1% бо истифода аз рехтагарии лағжанда дар ҳарорати 2200°C омода кард, ки буриши уфуқӣ сохтори микросохтори иборат аз донаҳои дағал ва сӯрохиҳоро нишон медод. Баъдтар, Йи ва ҳамкоронаш рехтагарии гелиро барои тайёр кардани ҷисмҳои сабз истифода бурда, онҳоро дар ҳарорати 2450°C пухтанд ва сафолҳои RSiC-ро бо зичии ҳаҷмии 2,53 г/см³ ва қувваи хамшавии 55,4 МПа ба даст оварданд.
Сатҳи шикастани SEM-и RSiC
Дар муқоиса бо SiC зич, RSiC зичии пасттар (тақрибан 2,5 г/см³) ва тақрибан 20% сӯрохии кушода дорад, ки кори онро дар барномаҳои мустаҳками баланд маҳдуд мекунад. Аз ин рӯ, беҳтар кардани зичӣ ва хосиятҳои механикии RSiC ба самти асосии тадқиқот табдил ёфтааст. Сунг ва ҳамкорон пешниҳод карданд, ки кремнийи гудохта ба компактҳои омехтаи карбон/β-SiC ворид карда шавад ва дар ҳарорати 2200°C аз нав кристалл карда шавад ва бомуваффақият сохтори шабакавиро аз донаҳои дағали α-SiC сохтанд. RSiC-и ҳосилшуда зичии 2,7 г/см³ ва қувваи хамшавии 134 МПа-ро ба даст овард ва устувории аълои механикиро дар ҳарорати баланд нигоҳ дошт.
Барои боз ҳам беҳтар кардани зичӣ, Гуо ва ҳамкоронаш технологияи инфилтратсия ва пиролизи полимерӣ (PIP)-ро барои коркарди сершумори RSiC истифода бурданд. Бо истифода аз маҳлулҳои PCS/ксилен ва лойи SiC/PCS/ксилен ҳамчун инфилтрантҳо, пас аз 3-6 давраи PIP, зичии RSiC ба таври назаррас беҳтар шуд (то 2,90 г/см³), дар баробари қувваи хамшавии он. Илова бар ин, онҳо стратегияи давриро пешниҳод карданд, ки PIP ва рекристаллизатсияро муттаҳид мекунад: пиролиз дар 1400°C ва баъд аз рекристаллизатсия дар 2400°C, ки самаранок басташавии зарраҳоро тоза мекунад ва сӯрохнокиро коҳиш медиҳад. Маводи ниҳоии RSiC ба зичии 2,99 г/см³ ва қувваи хамшавии 162,3 МПа расид, ки иҷрои аълои ҳамаҷонибаро нишон дод.
Тасвирҳои SEM-и эволютсияи микросохтории RSiC-и сайқалёфта пас аз давраҳои импрегнатсия ва пиролизи полимерӣ (PIP)-рекристаллизатсия: RSiC-и ибтидоӣ (A), пас аз давраи аввали рекристаллизатсияи PIP (B) ва пас аз давраи сеюм (C).
II. Синтезатсияи бе фишор
Сафолҳои карбиди кремнийи бефишор (SiC) одатан бо истифода аз хокаи SiC-и ултрамайни тозагии баланд ҳамчун ашёи хом, бо миқдори ками ёрирасони синтезкунӣ, тайёр карда мешаванд ва дар атмосфераи инертӣ ё вакуум дар ҳарорати 1800-2150°C синтез карда мешаванд. Ин усул барои истеҳсоли ҷузъҳои керамикии андозаи калон ва сохтори мураккаб мувофиқ аст. Аммо, азбаски SiC асосан бо пайванди ковалентӣ пайваст аст, коэффитсиенти худдиффузияи он хеле паст аст, ки зичшавӣ бидуни ёрирасони синтезкуниро душвор мегардонад.
Вобаста ба механизми синтезкунӣ, синтезкунии бефишорро ба ду категория тақсим кардан мумкин аст: синтезкунии фазаи моеъи бефишор (PLS-SiC) ва синтезкунии ҳолати сахти бефишор (PSS-SiC).
1.1 PLS-SiC (Пайвасткунии фазаи моеъ)
PLS-SiC одатан дар ҳарорати пасттар аз 2000°C бо илова кардани тақрибан 10% вазнии ёрирасони эвтектикӣ (ба монанди Al₂O₃, CaO, MgO, TiO₂ ва оксидҳои нодирзамин RE₂O₃) барои ташкили фазаи моеъ, ки аз нав ташкил кардани зарраҳо ва интиқоли массаро барои ноил шудан ба зичшавӣ мусоидат мекунад, синтез карда мешавад. Ин раванд барои сафолҳои SiC дараҷаи саноатӣ мувофиқ аст, аммо дар бораи SiC-и тозагии баланд, ки тавассути синтези фазаи моеъ ба даст оварда шудааст, гузорише мавҷуд нест.
1.2 PSS-SiC (Синтеринги ҳолати сахт)
PSS-SiC зичии ҳолати сахтро дар ҳарорати болотар аз 2000°C бо тақрибан 1% иловаҳо дар бар мегирад. Ин раванд асосан ба диффузияи атомӣ ва аз нав ташкил кардани донаҳо, ки аз ҷониби ҳарорати баланд барои кам кардани энергияи сатҳӣ ва ба даст овардани зичии он ба вуҷуд меоянд, такя мекунад. Системаи BC (бор-карбон) як комбинатсияи маъмули иловаҳо мебошад, ки метавонад энергияи сарҳадии донаро коҳиш диҳад ва SiO₂-ро аз сатҳи SiC хориҷ кунад. Аммо, иловаҳои анъанавии BC аксар вақт ифлосҳои боқимондаро ворид мекунанд ва покии SiC-ро коҳиш медиҳанд.
Бо назорати миқдори иловаҳо (B 0.4 вазн, C 1.8 вазн) ва пухтан дар ҳарорати 2150°C ба муддати 0.5 соат, сафолҳои SiC-и баландсифат бо тозагии 99.6 вазн ва зичии нисбии 98.4% ба даст оварда шуданд. Микросохтор донаҳои сутуншакл (баъзеҳо аз 450 мкм дарозӣ доранд), бо сӯрохиҳои хурд дар сарҳадҳои донаҳо ва зарраҳои графит дар дохили донаҳо нишон дод. Сафолҳо қувваи хамшавии 443 ± 27 МПа, модули эластикӣ 420 ± 1 ГПа ва коэффитсиенти васеъшавии гармии 3.84 × 10⁻⁶ K⁻¹-ро дар диапазони ҳарорати хонагӣ то 600°C нишон доданд, ки иҷрои аълои умумии худро нишон доданд.
Сохтори PSS-SiC: (A) Тасвири SEM пас аз сайқалдиҳӣ ва кандакорӣ бо NaOH; (BD) Тасвирҳои BSD пас аз сайқалдиҳӣ ва кандакорӣ
III. Синтеринги гарм бо пресскунӣ
Сӯзиши гарм (HP) як усули зичкунӣ аст, ки ҳамзамон фишори гармӣ ва якмеҳвариро ба маводҳои хока дар шароити ҳарорати баланд ва фишори баланд татбиқ мекунад. Фишори баланд ташаккули сӯрохиҳоро ба таври назаррас бозмедорад ва афзоиши донаро маҳдуд мекунад, дар ҳоле ки ҳарорати баланд ба омезиши донаҳо ва ташаккули сохторҳои зич мусоидат мекунад ва дар ниҳоят сафолҳои SiC-и зичии баланд ва тозаро ба вуҷуд меорад. Аз сабаби хусусияти самтии пресскунӣ, ин раванд майл ба анизотропияи донаро ба вуҷуд меорад ва ба хосиятҳои механикӣ ва фарсудашавӣ таъсир мерасонад.
Сафолҳои холиси SiC бе иловаҳо зич кардан душвор аст, ки ин ба пухтани фишори ултрабаланд ниёз дорад. Надо ва ҳамкоронаш SiC-и пурра зичро бе иловаҳо дар ҳарорати 2500°C ва 5000 МПа бомуваффақият омода карданд; Сан ва ҳамкоронаш маводҳои β-SiC-ро бо сахтии Викерс то 41,5 ГПа дар ҳарорати 25 ГПа ва 1400°C ба даст оварданд. Бо истифода аз фишори 4 ГПа, сафолҳои SiC бо зичии нисбии тақрибан 98% ва 99%, сахтии 35 ГПа ва модули эластикӣ 450 ГПа мутаносибан дар ҳарорати 1500°C ва 1900°C омода карда шуданд. Ҳангоми пухтани хокаи SiC бо андозаи микрон дар ҳарорати 5 ГПа ва 1500°C сафолҳо бо сахтии 31,3 ГПа ва зичии нисбии 98,4% ба даст оварда шуданд.
Гарчанде ки ин натиҷаҳо нишон медиҳанд, ки фишори ултрабаланд метавонад ба зичии бе иловаҳо ноил гардад, мураккабӣ ва арзиши баланди таҷҳизоти зарурӣ истифодаи саноатиро маҳдуд мекунад. Аз ин рӯ, дар омодасозии амалӣ, аксар вақт иловаҳои микроэлементӣ ё гранулятсияи хока барои баланд бардоштани қувваи пешбарандаи синтезкунӣ истифода мешаванд.
Бо илова кардани 4% қатрони фенолӣ ҳамчун илова ва пухтан дар ҳарорати 2350°C ва 50 МПа, сафолҳои SiC бо суръати зичшавии 92% ва покии 99.998% ба даст оварда шуданд. Бо истифода аз миқдори ками иловаҳо (кислотаи бор ва D-фруктоза) ва пухтан дар ҳарорати 2050°C ва 40 МПа, SiC-и тозагии баланд бо зичии нисбии >99.5% ва миқдори боқимондаи B танҳо 556 ppm омода карда шуд. Тасвирҳои SEM нишон доданд, ки дар муқоиса бо намунаҳои бе фишор пухташуда, намунаҳои бо фишори гарм донаҳои хурдтар, сӯрохиҳои камтар ва зичии баландтар доштанд. Қувваи хамшавӣ 453.7 ± 44.9 МПа ва модули эластикӣ ба 444.3 ± 1.1 ГПа расид.
Бо дароз кардани вақти нигоҳдорӣ дар ҳарорати 1900°C, андозаи дона аз 1,5 мкм то 1,8 мкм афзоиш ёфт ва гузариши гармӣ аз 155 то 167 Вт·м⁻¹·К⁻¹ беҳтар шуд ва дар айни замон муқовимати зангзании плазмаро низ афзоиш дод.
Дар шароити 1850°C ва 30 МПа, фишордиҳии гарм ва фишордиҳии босуръати гарми хокаи SiC-и гранулӣ ва тафсонидашуда сафолҳои пурра зичи β-SiC-ро бе ягон иловаҳо бо зичии 3,2 г/см³ ва ҳарорати пухташавӣ 150-200°C нисбат ба равандҳои анъанавӣ пасттар ба даст оварданд. Сафолҳо сахтии 2729 ГПа, устувории шикастагӣ 5,25-5,30 МПа·м^1/2 ва муқовимати аълои хазиданро нишон доданд (суръати хазидан 9,9 × 10⁻¹⁰ s⁻¹ ва 3,8 × 10⁻⁹ s⁻¹ дар 1400°C/1450°C ва 100 МПа).
(A) Тасвири SEM-и сатҳи сайқалёфта; (B) Тасвири SEM-и сатҳи шикастагӣ; (C, D) Тасвири BSD-и сатҳи сайқалёфта
Дар таҳқиқоти чопи сеандоза барои сафолҳои пьезоэлектрикӣ, лағжандаи сафолӣ, ҳамчун омили асосии таъсиррасон ба шаклдиҳӣ ва самаранокӣ, ба самти асосии дохилӣ ва байналмилалӣ табдил ёфтааст. Тадқиқотҳои ҷорӣ умуман нишон медиҳанд, ки параметрҳо ба монанди андозаи зарраҳои хока, часпакии лағжанда ва миқдори сахт ба сифати шаклдиҳӣ ва хосиятҳои пьезоэлектрикии маҳсулоти ниҳоӣ таъсири назаррас мерасонанд.
Таҳқиқот нишон доданд, ки маҳлулҳои сафолӣ, ки бо истифода аз хокаҳои титанати барийи микрон, субмикрон ва наноандоза омода карда мешаванд, дар равандҳои стереолитография (масалан, LCD-SLA) фарқиятҳои назаррас нишон медиҳанд. Ҳангоми кам шудани андозаи зарраҳо, часпакии маҳлул ба таври назаррас меафзояд ва хокаҳои наноандоза маҳлулҳоро бо часпакӣ ба миллиардҳо мПа·с истеҳсол мекунанд. Маҳлулҳо бо хокаҳои микрон ҳангоми чоп ба деламинатсия ва пӯстшавӣ майл доранд, дар ҳоле ки хокаҳои субмикрон ва наноандоза рафтори устувортари ташаккулёбиро нишон медиҳанд. Пас аз пухтани ҳарорати баланд, намунаҳои сафолӣ ба зичии 5,44 г/см³, коэффитсиенти пьезоэлектрикӣ (d₃₃) тақрибан 200 pC/N ва омилҳои ками талафот ноил шуданд ва хосиятҳои аълои вокуниши электромеханикиро нишон доданд.
Илова бар ин, дар равандҳои микростереолитография, танзими миқдори сахти лойи навъи PZT (масалан, 75 вазн) ҷисмҳои синтшударо бо зичии 7,35 г/см³ ба даст овард, ки дар натиҷа дар зери майдонҳои электрикии поллинг доимии пьезоэлектрикӣ то 600 pC/N ба даст омад. Тадқиқот оид ба ҷуброни деформатсияи микромиқёс дақиқии шаклдиҳиро ба таври назаррас беҳтар кард ва дақиқии геометриро то 80% афзоиш дод.
Таҳқиқоти дигар оид ба сафолҳои пьезоэлектрикии PMN-PT нишон дод, ки миқдори сахт ба сохтори сафолӣ ва хосиятҳои электрикӣ таъсири ҷиддӣ мерасонад. Дар миқдори сахти 80% вазн, маҳсулоти иловагӣ дар сафолҳо ба осонӣ пайдо мешаванд; бо афзоиши миқдори сахт то 82% ва аз он болотар, маҳсулоти иловагӣ тадриҷан нопадид мешаванд ва сохтори сафолӣ тозатар мешавад ва самаранокии он ба таври назаррас беҳтар мешавад. Дар 82% вазн, сафолҳо хосиятҳои оптималии электрикиро нишон доданд: доимии пьезоэлектрикии 730 pC/N, диэлектрикии нисбии 7226 ва талафоти диэлектрикӣ танҳо 0,07.
Хулоса, андозаи зарраҳо, миқдори сахт ва хосиятҳои реологии суспензияҳои сафолӣ на танҳо ба устуворӣ ва дақиқии раванди чоп таъсир мерасонанд, балки инчунин зичӣ ва вокуниши пьезоэлектрикии ҷисмҳои пухташударо мустақиман муайян мекунанд, ки онҳоро параметрҳои калидӣ барои ба даст овардани сафоликаи пьезоэлектрикии чопшудаи 3D мегардонанд.
Раванди асосии чопи 3D-и намунаҳои BT/UV дар LCD-SLA
Хусусиятҳои сафолҳои PMN-PT бо мундариҷаи гуногуни сахт
IV. Синтези плазмавии шарора
Синтези плазмаи шарора (SPS) як технологияи пешрафтаи синтез аст, ки ҷараёни импулсӣ ва фишори механикиро ҳамзамон ба хокаҳо барои ба даст овардани зичии зуд истифода мебарад. Дар ин раванд, ҷараён мустақиман қолаб ва хокаро гарм мекунад ва гармии Ҷоул ва плазмаро ба вуҷуд меорад, ки имкон медиҳад синтези самаранок дар муддати кӯтоҳ (одатан дар давоми 10 дақиқа) анҷом дода шавад. Гармкунии босуръат паҳншавии сатҳро мусоидат мекунад, дар ҳоле ки ихроҷи шарора ба хориҷ кардани газҳои адсорбсияшуда ва қабатҳои оксид аз сатҳҳои хока мусоидат мекунад ва самаранокии синтезро беҳтар мекунад. Таъсири электромигратсия, ки аз ҷониби майдонҳои электромагнитӣ ба вуҷуд меояд, инчунин паҳншавии атомиро тақвият медиҳад.
Дар муқоиса бо фишордиҳии гарми анъанавӣ, SPS гармкунии мустақимро бештар истифода мебарад, ки имкон медиҳад дар ҳарорати пасттар зичшавӣ ба амал ояд ва дар айни замон афзоиши донаро барои ба даст овардани сохторҳои хурд ва якхела самаранок бозмедорад. Масалан:
- Бе иловаҳо, бо истифода аз хокаи SiC-и майдакардашуда ҳамчун ашёи хом, пухтан дар ҳарорати 2100°C ва 70 МПа ба муддати 30 дақиқа намунаҳоро бо зичии нисбии 98% ба даст овард.
- Синтеризатсия дар ҳарорати 1700°C ва 40 МПа ба муддати 10 дақиқа SiC-и мукаабро бо зичии 98% ва андозаи доначаҳои танҳо 30-50 нм ба вуҷуд овард.
- Истифодаи хокаи 80 мкм SiC ва пухтани он дар ҳарорати 1860°C ва 50 МПа барои 5 дақиқа ба даст оварда шуд, ки сафолҳои SiC-и баландсифат бо зичии нисбии 98.5%, сахтии микросахтии Викерс 28.5 ГПа, қувваи хамшавӣ 395 МПа ва устувории шикастагӣ 4.5 МПа·м^1/2 ба даст оварда шуданд.
Таҳлили микросохторӣ нишон дод, ки бо баланд шудани ҳарорати пухташавӣ аз 1600°C то 1860°C, сӯрохинокии мавод ба таври назаррас коҳиш ёфта, дар ҳарорати баланд ба зичии пурра наздик мешавад.
Сохтори микрокулии SiC, ки дар ҳароратҳои гуногун пухта шудаанд: (A) 1600°C, (B) 1700°C, (C) 1790°C ва (D) 1860°C
V. Истеҳсоли иловаҳо
Истеҳсоли иловагиҳо (AM) ба наздикӣ дар истеҳсоли ҷузъҳои мураккаби сафолӣ бо сабаби раванди сохтмонии қабат ба қабат имкониятҳои бузурге нишон додааст. Барои сафолҳои SiC, технологияҳои гуногуни AM, аз ҷумла рехтани ҷилд (BJ), 3DP, синтеринги лазерии интихобӣ (SLS), навиштани ранги мустақим (DIW) ва стереолитография (SL, DLP) таҳия шудаанд. Бо вуҷуди ин, 3DP ва DIW дақиқии пасттар доранд, дар ҳоле ки SLS майл ба ба вуҷуд овардани фишори гармӣ ва тарқишҳо дорад. Баръакс, BJ ва SL дар истеҳсоли сафолҳои мураккаби дорои тозагии баланд ва дақиқии баланд бартариҳои бештар доранд.
- Резиши бандкунанда (BJ)
Технологияи BJ пошидани қабат ба қабати пайвандкунандаро ба хокаи пайвандкунанда, баъдан ҷудокунӣ ва пухтани он барои ба даст овардани маҳсулоти ниҳоии сафолӣ дар бар мегирад. Якҷоя кардани BJ бо инфилтратсияи буғи кимиёвӣ (CVI), сафолҳои SiC бо тозагии баланд ва пурра кристаллӣ бомуваффақият омода карда шуданд. Раванд инҳоро дар бар мегирад:
① Ташаккул додани баданҳои сабзи керамикии SiC бо истифода аз BJ.
② Зичшавӣ тавассути CVI дар ҳарорати 1000°C ва 200 Torr.
③ Сафолии ниҳоии SiC зичии 2.95 г/см³, гармигузаронӣ 37 Вт/м·К ва қувваи хамшавӣ 297 МПа дошт.
Диаграммаи чопи часпак (BJ)-и реактивӣ. (A) Модели тарроҳии компютерӣ (CAD), (B) диаграммаи схематикии принсипи BJ, (C) чопи SiC бо BJ, (D) зичшавии SiC бо роҳи инфилтратсияи буғи кимиёвӣ (CVI)
- Стереолитография (SL)
SL як технологияи ташаккули сафолӣ дар асоси нурҳои ултрабунафш бо дақиқии хеле баланд ва қобилиятҳои сохтани сохтори мураккаб мебошад. Ин усул аз суспензияҳои сафолии ба фотоҳассос бо миқдори зиёди сахт ва часпакии паст истифода мебарад, то баданҳои сабзи сафолии сеченака тавассути фотополимеризатсия, сипас бо роҳи ҷудокунӣ ва пухтани ҳарорати баланд барои ба даст овардани маҳсулоти ниҳоӣ ташкил карда шаванд.
Бо истифода аз суспензияи 35% SiC, баданҳои сабзи баландсифати 3D таҳти таъсири нурҳои ултрабунафши 405 нм омода карда шуданд ва бо роҳи сӯхтани полимер дар ҳарорати 800°C ва коркарди PIP зичтар карда шуданд. Натиҷаҳо нишон доданд, ки намунаҳое, ки бо суспензияи 35% омода карда шудаанд, зичии нисбии 84,8% -ро ба даст оварданд, ки нисбат ба гурӯҳҳои назоратии 30% ва 40% беҳтар аст.
Бо ворид кардани SiO₂ липофилӣ ва қатрони эпоксидии фенолӣ (PEA) барои тағир додани суспензия, самаранокии фотополимеризатсия ба таври муассир беҳтар карда шуд. Пас аз пухтан дар ҳарорати 1600°C ба муддати 4 соат, табдили қариб пурра ба SiC бо миқдори ниҳоии оксиген танҳо 0,12% ба даст омад, ки имкон дод, ки якмарҳила истеҳсоли сафолҳои SiC бо сохти мураккаб ва тоза бидуни қадамҳои пеш аз оксидшавӣ ё пеш аз инфилтратсия имконпазир гардад.
Тасвири сохтори чоп ва раванди пухтани он. Намуди зоҳирии намуна пас аз хушккунӣ дар (A) 25°C, пиролиз дар (B) 1000°C ва пухтан дар (C) 1600°C.
Бо тарҳрезии маҳлулҳои сафолии Si₃N₄ бо фотоҳассос барои чопи сеченака стереолитография ва истифодаи равандҳои печонидани қабатӣ ва пиршавии ҳарорати баланд, сафолҳои Si₃N₄ бо зичии назариявии 93,3%, қувваи кашиш 279,8 МПа ва қувваи хамшавӣ 308,5–333,2 МПа омода карда шуданд. Таҳқиқот нишон доданд, ки дар шароити 45% ҳаҷми сахт ва 10 сония вақти таъсир, ҷисмҳои сабзи якқабата бо дақиқии сахтшавии сатҳи IT77 ба даст овардан мумкин аст. Раванди печонидани қабатӣ дар ҳарорати паст бо суръати гармкунии 0,1 °C/дақ ба истеҳсоли ҷисмҳои сабзи бетартиб мусоидат кард.
Синтеризатсия қадами калидӣест, ки ба иҷрои ниҳоӣ дар стереолитография таъсир мерасонад. Тадқиқотҳо нишон медиҳанд, ки илова кардани ёрирасонҳои синтеризатсия метавонад зичии сафолӣ ва хосиятҳои механикиро ба таври муассир беҳтар созад. Бо истифода аз CeO₂ ҳамчун ёрирасони синтеризатсия ва технологияи синтеризатсияи майдони электрикӣ барои тайёр кардани сафолҳои Si₃N₄ бо зичии баланд, муайян карда шуд, ки CeO₂ дар сарҳадҳои дона ҷудо мешавад ва лағжиши сарҳадҳои дона ва зичшавӣ мусоидат мекунад. Сафолҳои ҳосилшуда сахтии Викерсро аз HV10/10 (1347.9 ± 2.4) ва устувории шикастагиро (6.57 ± 0.07) МПа·м¹/² нишон доданд. Бо MgO–Y₂O₃ ҳамчун иловаҳо, якхелагии микросохтори сафолӣ беҳтар карда шуд ва самаранокиро ба таври назаррас беҳтар кард. Дар сатҳи умумии легиркунии 8%, қувваи хамшавӣ ва гузаронандагии гармӣ мутаносибан ба 915.54 МПа ва 59.58 Вт·м⁻¹·К⁻¹ расиданд.
VI. Хулоса
Хулоса, сафолҳои карбиди кремнийи баландсифат (SiC), ҳамчун як маводи барҷастаи сафолҳои муҳандисӣ, имкониятҳои васеъи истифодаи онҳоро дар нимноқилҳо, кайҳонӣ ва таҷҳизоти шароити шадид нишон доданд. Дар ин мақола панҷ роҳи маъмулии тайёр кардани сафолҳои баландсифати SiC - синтези дубора кристаллизатсия, синтези бе фишор, пресскунии гарм, синтези плазмаи шарора ва истеҳсоли иловагӣ - бо муҳокимаҳои муфассал дар бораи механизмҳои зичкунии онҳо, беҳсозии параметрҳои асосӣ, самаранокии мавод ва афзалиятҳо ва маҳдудиятҳои мувофиқ ба таври систематикӣ таҳлил карда шудаанд.
Маълум аст, ки равандҳои гуногун хусусиятҳои беназири худро аз ҷиҳати ба даст овардани тозагии баланд, зичии баланд, сохторҳои мураккаб ва имконпазирии саноатӣ доранд. Технологияи истеҳсоли иловаҳо, бахусус, дар истеҳсоли ҷузъҳои шаклдор ва фармоишӣ, бо пешрафтҳо дар зерсоҳаҳо ба монанди стереолитография ва рехтани пайвандак, нишон додааст, ки онро ба самти муҳими рушд барои тайёр кардани сафолҳои SiC бо тозагии баланд табдил медиҳад.
Таҳқиқоти оянда оид ба тайёр кардани сафолҳои SiC бо тозагии баланд бояд амиқтар таҳқиқ карда шаванд ва гузаришро аз барномаҳои муҳандисии миқёси лабораторӣ ба барномаҳои муҳандисии миқёси калон ва хеле боэътимод мусоидат кунанд ва бо ин васила дастгирии муҳими моддиро барои истеҳсоли таҷҳизоти баландсифат ва технологияҳои иттилоотии насли оянда таъмин намоянд.
XKH як корхонаи баландтехнологӣ мебошад, ки дар таҳқиқ ва истеҳсоли маводҳои сафолии баландсифат тахассус дорад. Он барои пешниҳоди роҳҳои ҳалли фармоишӣ барои муштариён дар шакли сафолии карбиди кремнийи баландсифат (SiC) бахшида шудааст. Ширкат дорои технологияҳои пешрафтаи омодасозии мавод ва қобилиятҳои коркарди дақиқ мебошад. Фаъолияти он таҳқиқот, истеҳсол, коркарди дақиқ ва коркарди сатҳи сафолии баландсифати SiC-ро дар бар мегирад, ки ба талаботи қатъии соҳаҳои нимноқил, энергетикаи нав, аэрокосмос ва дигар соҳаҳо барои ҷузъҳои сафолии баландсифат ҷавобгӯ аст. Бо истифода аз равандҳои пухтаи синтез ва технологияҳои истеҳсолии иловагӣ, мо метавонем ба мизоҷон хидмати ягонаро аз беҳсозии формулаи мавод, ташаккули сохтори мураккаб то коркарди дақиқ пешниҳод кунем ва кафолат диҳем, ки маҳсулот дорои хосиятҳои аълои механикӣ, устувории гармӣ ва муқовимат ба зангзанӣ мебошанд.
Вақти нашр: 30 июли соли 2025