Keramik silikon nitrida (Si₃N₄), salaku keramik struktural canggih, gaduh sipat anu saé sapertos résistansi suhu luhur, kakuatan anu luhur, kateguhan anu luhur, karasa luhur, résistansi ngrayap, résistansi oksidasi, sareng résistansi ngagem. Salaku tambahan, aranjeunna nawiskeun résistansi shock termal anu saé, sipat diéléktrik, konduktivitas termal anu luhur, sareng kinerja transmisi gelombang éléktromagnétik frekuensi tinggi anu saé. Sipat komprehensif anu luar biasa ieu ngajantenkeun seueur dianggo dina komponén struktural anu kompleks, khususna dina aeroangkasa sareng widang téknologi tinggi anu sanés.
Sanajan kitu, Si₃N₄, salaku sanyawa jeung beungkeut kovalén kuat, boga struktur stabil nu ngajadikeun sintering ka dénsitas luhur hésé ngaliwatan difusi solid-state nyalira. Pikeun ngamajukeun sintering, alat bantu sintering, sapertos oksida logam (MgO, CaO, Al₂O₃) sareng oksida bumi jarang (Yb₂O₃, Y₂O₃, Lu₂O₃, CeO₂), ditambahkeun pikeun mempermudah densifikasi ngaliwatan mékanisme sintering fase cair.
Ayeuna, téknologi alat semikonduktor global nuju maju kana tegangan anu langkung luhur, arus anu langkung ageung, sareng kapadetan kakuatan anu langkung ageung. Panalungtikan ngeunaan métode pikeun fabrikasi keramik Si₃N₄ éksténsif. Artikel ieu ngenalkeun prosés sintering anu sacara efektif ningkatkeun dénsitas sareng sipat mékanis komprehensif keramik silikon nitrida.
Métode Sintering umum pikeun Keramik Si₃N₄
Babandingan Performance pikeun Si₃N₄ Keramik Disiapkeun ku Métode Sintering Béda
1. Sintering réaktif (RS):Sintering réaktif éta métode munggaran dipaké pikeun industri nyiapkeun Si₃N₄ keramik. Ieu basajan, ongkos-éféktif, sarta sanggup ngabentuk wangun kompléks. Nanging, éta gaduh siklus produksi anu panjang, anu henteu kondusif pikeun produksi skala industri.
2. Pressureless Sintering (PLS):Ieu mangrupikeun prosés sintering anu paling dasar sareng saderhana. Sanajan kitu, merlukeun bahan baku Si₃N₄ kualitas luhur sarta mindeng ngahasilkeun keramik jeung dénsitas handap, shrinkage signifikan, sarta kacenderungan ka retakan atawa deformasi.
3. Hot-Press Sintering (HP):Pamakéan tekanan mékanis uniaxial ngaronjatkeun gaya nyetir pikeun sintering, sahingga keramik padet bisa dihasilkeun dina suhu 100-200 ° C leuwih handap ti nu dipaké dina sintering pressureless. Metoda ieu ilaharna dipaké pikeun fabricating kawilang basajan blok ngawangun keramik tapi hese minuhan sarat ketebalan jeung bentuk bahan substrat.
4. Sintering Plasma Spark (SPS):SPS dicirikeun ku sintering gancang, pemurnian sisikian, sareng ngurangan suhu sintering. Sanajan kitu, SPS merlukeun investasi signifikan dina alat-alat, sarta persiapan konduktivitas termal tinggi Si₃N₄ keramik via SPS masih dina tahap ékspérimén jeung teu acan industrialisasi.
5. Gas-Tekanan Sintering (GPS):Ku nerapkeun tekanan gas, metoda ieu nyegah dékomposisi keramik jeung leungitna beurat dina suhu luhur. Éta langkung gampang pikeun ngahasilkeun keramik dénsitas tinggi sareng ngamungkinkeun produksi angkatan. Sanajan kitu, prosés sintering tekanan-gas-saléngkah tunggal berjuang pikeun ngahasilkeun komponén struktural kalayan warna sareng struktur internal sareng éksternal anu seragam. Ngagunakeun prosés sintering dua-hambalan atawa multi-hambalan nyata bisa ngurangan eusi oksigén intergranular, ngaronjatkeun konduktivitas termal, sarta ningkatkeun sipat sakabéh.
Tapi, suhu sintering anu luhur tina sintering tekanan-gas dua-léngkah parantos nyababkeun panilitian sateuacana museurkeun utamina dina nyiapkeun substrat keramik Si₃N₄ kalayan konduktivitas termal anu luhur sareng kakuatan bending suhu kamar. Panalungtikan ngeunaan keramik Si₃N₄ mibanda sipat mékanis komprehensif jeung sipat mékanis suhu luhur relatif kawates.
Métode Sintering Dua-Lengkah Gas-Tekanan pikeun Si₃N₄
Yang Zhou sareng kolega ti Universitas Teknologi Chongqing ngagunakeun sistem bantuan sintering 5 wt.% Yb₂O₃ + 5 wt.% Al₂O₃ pikeun nyiapkeun keramik Si₃N₄ ngagunakeun prosés sintering tekanan gas hiji-lengkah sareng dua-lengkah dina 1800°C. Keramik Si₃N₄ nu dihasilkeun ku prosés sintering dua-léngkah miboga kapadetan nu leuwih luhur jeung sipat mékanis komprehensif nu leuwih hadé. Di handap ieu nyimpulkeun épék prosés sintering tekanan gas hiji-léngkah sareng dua-léngkah dina struktur mikro sareng sipat mékanis komponén keramik Si₃N₄.
Kapadetan Prosés dénsitas Si₃N₄ ilaharna ngawengku tilu tahapan, kalawan tumpang tindih antara tahapan. Tahap kahiji, susunan ulang partikel, jeung tahap kadua, disolusi-présipitasi, nyaéta tahap paling kritis pikeun densifikasi. Waktu réaksi anu cukup dina tahap ieu sacara signifikan ningkatkeun dénsitas sampel. Nalika suhu pra-sintering pikeun prosés sintering dua-léngkah disetel ka 1600 ° C, séréal β-Si₃N₄ ngabentuk kerangka sarta nyieun pori-pori katutup. Saatos pre-sintering, pemanasan salajengna dina suhu luhur sarta tekanan nitrogén promotes aliran fase cair jeung keusikan, nu mantuan ngaleungitkeun pori katutup, salajengna ngaronjatkeun dénsitas Si₃N₄ keramik. Ku alatan éta, sampel dihasilkeun ku prosés sintering dua-hambalan némbongkeun kapadetan luhur jeung dénsitas relatif ti nu dihasilkeun ku hiji-hambalan sintering.
Fase jeung Mikrostruktur Salila sintering hiji-hambalan, waktu sadia pikeun susunan ulang partikel jeung difusi wates sisikian diwatesan. Dina prosés sintering dua-hambalan, lengkah kahiji dilaksanakeun dina suhu lemah sareng tekanan gas anu rendah, anu manjangkeun waktos nyusun ulang partikel sareng ngahasilkeun séréal anu langkung ageung. Suhu ieu lajeng ngaronjat kana tahap-suhu luhur, dimana séréal terus tumuwuh ngaliwatan prosés ripening Ostwald, ngahasilkeun-dénsitas luhur keramik Si₃N₄.
Sipat Mékanis Lelembutan fase intergranular dina suhu luhur mangrupikeun alesan utami pikeun ngirangan kakuatan. Dina sintering hiji-hambalan, tumuwuhna sisikian abnormal nyiptakeun pori leutik antara séréal, nu nyegah pamutahiran signifikan dina kakuatan suhu luhur. Sanajan kitu, dina prosés sintering dua-hambalan, fase kaca, disebarkeun seragam dina wates sisikian, sarta séréal ukuran seragam ningkatkeun kakuatan intergranular, hasilna kakuatan bending suhu luhur luhur.
Dina kacindekan, nyekel berkepanjangan salila sintering hiji-hambalan bisa éféktif ngurangan porosity internal tur ngahontal warna internal seragam jeung struktur tapi bisa ngakibatkeun tumuwuhna gandum abnormal, nu degrades sipat mékanis tangtu. Ku ngagunakeun prosés sintering dua-léngkah-ngagunakeun pra-sintering suhu-rendah pikeun manjangkeun waktos penyusunan ulang partikel sareng tahan suhu luhur pikeun ngamajukeun pertumbuhan gandum anu seragam-keramik Si₃N₄ kalayan kapadetan relatif 98,25%, struktur mikro seragam, sareng sipat mékanis komprehensif anu saé. bisa suksés disiapkeun.
| Ngaran | Substrat | Komposisi lapisan epitaxial | Prosés epitaxial | Média epitaxial |
| Silicon homoepitaxial | Si | Si | Epitaksi Fase Uap (VPE) | SiCl4+H2 |
| Silikon heteroepitaxial | Inten biru atanapi spinel | Si | Epitaksi Fase Uap (VPE) | SiH₄+H₂ |
| GaAs homoepitaxial | GaAs | GaAs GaAs | Epitaksi Fase Uap (VPE) | AsCl₃+Ga+H₂ (Ar) |
| GaAs | GaAs GaAs | Molecular Beam Epitaxy (MBE) | Ga + Salaku | |
| GaAs heteroepitaxial | GaAs GaAs | GaAlAs/GaAs/GaAlAs | Epitaksi Fase Cair (LPE) Fase Uap (VPE) | Ga+Al+CaAs+ H2 Ga+AsH3+ PH3+CHl+H2 |
| GaP homoepitaxial | GaP | GaP(GaP;N) | Epitaksi Fase Cair (LPE) Epitaksi Fase Cair (LPE) | Ga+GaP+H2+ (NH3) Ga+GaAs+GaP+NH3 |
| Superlattice | GaAs | GaAlAs/GaAs (siklus) | Molecular Beam Epitaxy (MBE) MOCVD | Ca, As, Al GaR₃+AlR3+AsH3+H2 |
| InP homoepitaxial | InP | InP | Epitaksi Fase Uap (VPE) Epitaksi Fase Cair (LPE) | PCl3+In+H2 In+InAs+GaAs+InP+H₂ |
| Epitaksi Si/GaAs | Si | GaAs | Molecular Beam Epitaxy (MBE) MOGVD | Ga, As GaR₃+AsH₃+H₂ |
waktos pos: Dec-24-2024