Yuqori tozalikdagi kremniy karbidi (SiC) keramikasi o'zining ajoyib issiqlik o'tkazuvchanligi, kimyoviy barqarorligi va mexanik mustahkamligi tufayli yarimo'tkazgichlar, aerokosmik va kimyo sanoatidagi muhim komponentlar uchun ideal material sifatida paydo bo'ldi. Yuqori samarali, past ifloslanishli keramik qurilmalarga talab ortib borishi bilan, yuqori tozalikdagi SiC keramikasi uchun samarali va kengaytiriladigan tayyorlash texnologiyalarini ishlab chiqish global tadqiqot markaziga aylandi. Ushbu maqolada yuqori tozalikdagi SiC keramikasi uchun hozirgi asosiy tayyorlash usullari, jumladan, qayta kristallanish sinterlash, bosimsiz sinterlash (PS), issiq presslash (HP), uchqun plazmasi sinterlash (SPS) va qo'shimcha ishlab chiqarish (AM) tizimli ravishda ko'rib chiqiladi, sinterlash mexanizmlari, asosiy parametrlari, material xususiyatlari va har bir jarayonning mavjud muammolarini muhokama qilishga urg'u beriladi.
SiC keramikasini harbiy va muhandislik sohalarida qo'llash
Hozirgi vaqtda yuqori tozalikdagi SiC keramik komponentlari kremniy plastinka ishlab chiqarish uskunalarida keng qo'llaniladi, oksidlanish, litografiya, o'yib ishlov berish va ion implantatsiyasi kabi asosiy jarayonlarda ishtirok etadi. Plitalar texnologiyasining rivojlanishi bilan plastinka o'lchamlarining ortishi muhim tendentsiyaga aylandi. Hozirgi kunda asosiy plastinka o'lchami 300 mm ni tashkil etadi, bu esa narx va ishlab chiqarish quvvati o'rtasida yaxshi muvozanatga erishiladi. Biroq, Mur qonuni asosida 450 mm plastinkalarni ommaviy ishlab chiqarish allaqachon kun tartibida. Kattaroq plastinkalar odatda egilish va deformatsiyaga qarshi turish uchun yuqori strukturaviy mustahkamlikni talab qiladi, bu esa katta o'lchamli, yuqori mustahkamlikdagi, yuqori tozalikdagi SiC keramik komponentlariga bo'lgan talabning ortib borishini yanada kuchaytiradi. So'nggi yillarda qoliplarni talab qilmaydigan tezkor prototiplash texnologiyasi sifatida qo'shimcha ishlab chiqarish (3D bosib chiqarish) qatlamma-qatlam tuzilishi va moslashuvchan dizayn imkoniyatlari tufayli murakkab tuzilishga ega SiC keramik qismlarini ishlab chiqarishda ulkan salohiyatni namoyish etdi va keng e'tiborni tortdi.
Ushbu maqolada yuqori tozalikdagi SiC keramikasini tayyorlashning beshta vakillik usuli - qayta kristallanish sinterlash, bosimsiz sinterlash, issiq presslash, uchqun plazmasi sinterlash va qo'shimcha ishlab chiqarish - ularning sinterlash mexanizmlari, jarayonlarni optimallashtirish strategiyalari, materialning ishlash xususiyatlari va sanoat qo'llanilishi istiqbollariga e'tibor qaratib, tizimli ravishda tahlil qilinadi.
Yuqori tozalikdagi kremniy karbid xom ashyosi talablari
I. Qayta kristallanish sinterlash
Qayta kristallangan kremniy karbidi (RSiC) - bu 2100–2500°C yuqori haroratlarda sinterlash vositalarisiz tayyorlangan yuqori tozalikdagi SiC materialidir. Fredriksson 19-asrning oxirida qayta kristallanish hodisasini birinchi marta kashf etganidan beri, RSiC o'zining toza dona chegaralari va shisha fazalari va aralashmalarning yo'qligi tufayli katta e'tiborni tortdi. Yuqori haroratlarda SiC nisbatan yuqori bug' bosimini namoyon qiladi va uning sinterlash mexanizmi asosan bug'lanish-kondensatsiya jarayonini o'z ichiga oladi: mayda donachalar bug'lanadi va kattaroq donachalar yuzasida qayta cho'kadi, bu esa bo'yin o'sishini va donachalar orasidagi to'g'ridan-to'g'ri bog'lanishni rag'batlantiradi va shu bilan materialning mustahkamligini oshiradi.
1990-yilda Kriegesmann 2200°C da sirpanchiq quyish usuli yordamida nisbiy zichligi 79,1% bo'lgan RSiC ni tayyorladi, ko'ndalang kesimda qo'pol donachalar va g'ovaklardan tashkil topgan mikrotuzilma ko'rsatilgan. Keyinchalik, Yi va boshqalar yashil jismlarni tayyorlash uchun gel quyish usulidan foydalandilar va ularni 2450°C da sinterladilar, natijada 2,53 g/sm³ hajm zichligi va 55,4 MPa egilish kuchiga ega RSiC keramikasini oldilar.
RSiC ning SEM sinish yuzasi
Zich SiC bilan solishtirganda, RSiC zichligi pastroq (taxminan 2,5 g/sm³) va taxminan 20% ochiq g'ovaklilikka ega, bu uning yuqori mustahkamlikdagi ilovalardagi ishlashini cheklaydi. Shuning uchun RSiC ning zichligi va mexanik xususiyatlarini yaxshilash asosiy tadqiqot yo'nalishiga aylandi. Sung va boshqalar eritilgan kremniyni uglerod/β-SiC aralash kompaktlariga infiltratsiya qilishni va 2200°C da qayta kristallanishni taklif qilishdi, bu esa α-SiC qo'pol donalaridan tashkil topgan tarmoq tuzilishini muvaffaqiyatli yaratdi. Olingan RSiC 2,7 g/sm³ zichlikka va 134 MPa egilish kuchiga erishdi, bu esa yuqori haroratlarda ajoyib mexanik barqarorlikni saqlab qoldi.
Zichlikni yanada oshirish uchun Guo va boshqalar RSiC ni bir necha marta qayta ishlash uchun polimer infiltratsiyasi va piroliz (PIP) texnologiyasidan foydalandilar. PCS/ksilen eritmalari va SiC/PCS/ksilen shlamlarini infiltrant sifatida ishlatib, 3-6 PIP sikllaridan so'ng RSiC ning zichligi uning egilish kuchi bilan birga sezilarli darajada yaxshilandi (2,90 g/sm³ gacha). Bundan tashqari, ular PIP va qayta kristallanishni birlashtirgan siklik strategiyani taklif qilishdi: 1400°C da piroliz, so'ngra 2400°C da qayta kristallanish, zarrachalar bloklanishini samarali ravishda tozalaydi va g'ovaklikni kamaytiradi. Yakuniy RSiC materiali 2,99 g/sm³ zichlikka va 162,3 MPa egilish kuchiga erishdi, bu esa ajoyib kompleks ishlashni namoyish etdi.
Polimer singdirish va piroliz (PIP)-qayta kristallanish sikllaridan keyin jilolangan RSiC mikrotuzilmasining evolyutsiyasining SEM tasvirlari: Dastlabki RSiC (A), birinchi PIP-qayta kristallanish siklidan keyin (B) va uchinchi sikldan keyin (C)
II. Bosimsiz sinterlash
Bosimsiz sinterlangan kremniy karbid (SiC) keramikasi odatda yuqori tozalikdagi, ultra yupqa SiC kukuni xom ashyo sifatida, oz miqdorda sinterlash yordamchilari qo'shilgan holda tayyorlanadi va 1800–2150°C da inert atmosferada yoki vakuumda sinterlanadi. Bu usul katta o'lchamli va murakkab tuzilishga ega keramik komponentlarni ishlab chiqarish uchun mos keladi. Biroq, SiC asosan kovalent bog'langanligi sababli, uning o'z-o'zidan diffuziya koeffitsienti juda past, bu esa sinterlash yordamchilarisiz zichlikni qiyinlashtiradi.
Sinterlash mexanizmiga asoslanib, bosimsiz sinterlashni ikki toifaga bo'lish mumkin: bosimsiz suyuq fazali sinterlash (PLS-SiC) va bosimsiz qattiq holatdagi sinterlash (PSS-SiC).
1.1 PLS-SiC (Suyuq fazali sinterlash)
PLS-SiC odatda 2000°C dan past haroratda suyuq faza hosil qilish uchun taxminan 10% evtektik sinterlash vositalarini (masalan, Al₂O₃, CaO, MgO, TiO₂ va noyob yer oksidlari RE₂O₃) qo'shish orqali sinterlanadi, bu esa zarrachalarning qayta joylashishini va zichlikka erishish uchun massa almashinuvini rag'batlantiradi. Bu jarayon sanoat darajasidagi SiC keramikasi uchun mos keladi, ammo suyuq fazali sinterlash orqali yuqori tozalikdagi SiC ga erishish haqida hech qanday ma'lumot yo'q.
1.2 PSS-SiC (Qattiq holatdagi sinterlash)
PSS-SiC 2000°C dan yuqori haroratlarda taxminan 1% qo'shimchalar bilan qattiq holatda zichlikni o'z ichiga oladi. Bu jarayon asosan sirt energiyasini kamaytirish va zichlikka erishish uchun yuqori haroratlar ta'sirida atom diffuziyasi va donalarning qayta joylashishiga asoslangan. BC (bor-uglerod) tizimi keng tarqalgan qo'shimcha birikma bo'lib, u dona chegara energiyasini pasaytirishi va SiO₂ ni SiC yuzasidan olib tashlashi mumkin. Biroq, an'anaviy BC qo'shimchalari ko'pincha qoldiq aralashmalarni kiritadi va SiC tozaligini pasaytiradi.
Qo'shimchalar miqdorini (B 0,4%, C 1,8%) nazorat qilish va 2150°C da 0,5 soat davomida sinterlash orqali 99,6% soflik va 98,4% nisbiy zichlikka ega yuqori tozalikdagi SiC keramikalari olindi. Mikrotuzilma ustunsimon donalarni (ba'zilarining uzunligi 450 µm dan oshadi), dona chegaralarida kichik teshiklar va donalarning ichida grafit zarralari borligini ko'rsatdi. Keramika xona haroratidan 600°C gacha bo'lgan diapazonda 443 ± 27 MPa egilish kuchini, 420 ± 1 GPa elastiklik modulini va 3,84 × 10⁻⁶ K⁻¹ issiqlik kengayish koeffitsientini namoyish etdi, bu esa umumiy ishlashning ajoyib ko'rsatkichlarini namoyish etdi.
PSS-SiC ning mikrotuzilmasi: (A) Jilolash va NaOH o'yib ishlanganidan keyingi SEM tasviri; (BD) Jilolash va o'yib ishlanganidan keyingi BSD tasvirlari
III. Issiq presslash sinterlash
Issiq presslash (HP) sinterlash - bu yuqori harorat va yuqori bosim sharoitida kukunli materiallarga bir vaqtning o'zida issiqlik va bir o'qli bosimni qo'llaydigan zichlashtirish usuli. Yuqori bosim g'ovaklarning shakllanishini sezilarli darajada inhibe qiladi va don o'sishini cheklaydi, yuqori harorat esa donning birlashishini va zich tuzilmalarning shakllanishini rag'batlantiradi, natijada yuqori zichlikdagi, yuqori tozalikdagi SiC keramikasini hosil qiladi. Preslashning yo'naltirilgan tabiati tufayli bu jarayon don anizotropiyasini keltirib chiqaradi, bu esa mexanik va aşınma xususiyatlariga ta'sir qiladi.
Sof SiC keramikasini qo'shimchalarsiz zichlashtirish qiyin, bu esa o'ta yuqori bosimli sinterlashni talab qiladi. Nadeau va boshqalar 2500°C va 5000 MPa da qo'shimchalarsiz to'liq zich SiC ni muvaffaqiyatli tayyorladilar; Sun va boshqalar 25 GPa va 1400°C da 41,5 GPa gacha bo'lgan Vickers qattiqligidagi β-SiC quyma materiallarini oldilar. 4 GPa bosim yordamida 1500°C va 1900°C da mos ravishda taxminan 98% va 99% nisbiy zichlik, 35 GPa qattiqlik va 450 GPa elastiklik moduli bo'lgan SiC keramikalari tayyorlandi. 5 GPa va 1500°C da mikron o'lchamdagi SiC kukunini sinterlash natijasida 31,3 GPa qattiqlik va 98,4% nisbiy zichlikdagi keramika olindi.
Ushbu natijalar ultra yuqori bosim qo'shimchalarsiz zichlikka erishish mumkinligini ko'rsatsa-da, kerakli uskunalarning murakkabligi va yuqori narxi sanoat qo'llanilishini cheklaydi. Shuning uchun, amaliy tayyorgarlikda sinterlash harakatlantiruvchi kuchini oshirish uchun ko'pincha iz qo'shimchalari yoki kukun granulyatsiyasi qo'llaniladi.
Qo'shimcha sifatida 4% fenol qatroni qo'shish va 2350°C va 50 MPa da sinterlash orqali 92% zichlik darajasi va 99,998% soflikdagi SiC keramikasi olindi. Kam qo'shimchali miqdorlar (bor kislotasi va D-fruktoza) va 2050°C va 40 MPa da sinterlash yordamida nisbiy zichligi >99,5% va qoldiq B miqdori atigi 556 ppm bo'lgan yuqori soflikdagi SiC tayyorlandi. SEM tasvirlari shuni ko'rsatdiki, bosimsiz sinterlangan namunalarga nisbatan issiq presslangan namunalar kichikroq donalarga, kamroq teshiklarga va yuqori zichlikka ega edi. Bükülme kuchi 453,7 ± 44,9 MPa ni tashkil etdi va elastiklik moduli 444,3 ± 1,1 GPa ga yetdi.
1900°C da ushlab turish vaqtini uzaytirish orqali don hajmi 1,5 mkm dan 1,8 mkm gacha oshdi va issiqlik o'tkazuvchanligi 155 dan 167 Vt·m⁻¹·K⁻¹ gacha yaxshilandi, shu bilan birga plazma korroziyaga chidamliligini oshirdi.
1850°C va 30 MPa harorat sharoitida, granulalangan va tavlangan SiC kukunini issiq presslash va tez issiq presslash natijasida hech qanday qo'shimchalarsiz to'liq zich β-SiC keramikalari olindi, zichligi 3,2 g/sm³ va sinterlash harorati an'anaviy jarayonlarga qaraganda 150–200°C pastroq. Keramika 2729 GPa qattiqlik, sinish chidamliligi 5,25–5,30 MPa·m^1/2 va ajoyib sirpanish qarshiligini namoyish etdi (1400°C/1450°C va 100 MPa da sirpanish tezligi 9,9 × 10⁻¹⁰ s⁻¹ va 3,8 × 10⁻⁹ s⁻¹).
(A) Jilolangan sirtning SEM tasviri; (B) Singan sirtning SEM tasviri; (C, D) Jilolangan sirtning BSD tasviri
Piezoelektrik keramika uchun 3D bosib chiqarish tadqiqotlarida keramik shlam, shakllantirish va ishlashga ta'sir qiluvchi asosiy omil sifatida, ichki va xalqaro miqyosda asosiy e'tiborga aylandi. Hozirgi tadqiqotlar odatda kukun zarrachalari hajmi, shlamning yopishqoqligi va qattiq tarkib kabi parametrlar yakuniy mahsulotning shakllantirish sifati va piezoelektrik xususiyatlariga sezilarli darajada ta'sir qilishini ko'rsatadi.
Tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, mikron, submikron va nano o'lchamdagi bariy titanat kukunlari yordamida tayyorlangan keramik shlamlar stereolitografiya (masalan, LCD-SLA) jarayonlarida sezilarli farqlarni ko'rsatadi. Zarrachalar hajmi kamayib borishi bilan shlamning yopishqoqligi sezilarli darajada oshadi, nano o'lchamdagi kukunlar esa milliardlab mPa·s ga yetadigan yopishqoqliklarga ega shlamlarni hosil qiladi. Mikron o'lchamdagi kukunlarga ega shlamlar bosma paytida delaminatsiya va po'stlanishga moyil bo'ladi, submikron va nano o'lchamdagi kukunlar esa barqarorroq shakllanish xususiyatini namoyish etadi. Yuqori haroratda sinterlashdan so'ng, hosil bo'lgan keramik namunalar 5,44 g/sm³ zichlikka, taxminan 200 pC/N piezoelektrik koeffitsientga (d₃₃) va past yo'qotish koeffitsientlariga erishdi, bu esa ajoyib elektromexanik javob xususiyatlarini namoyish etdi.
Bundan tashqari, mikro-stereolitografiya jarayonlarida PZT tipidagi shlaklarning qattiq miqdorini (masalan, 75 og'irlik%) sozlash natijasida zichligi 7,35 g/sm³ bo'lgan sinterlangan jismlar hosil bo'ldi, bu esa qutblanish elektr maydonlari ostida 600 pC/N gacha bo'lgan pyezoelektrik doimiyga erishildi. Mikro miqyosli deformatsiya kompensatsiyasi bo'yicha tadqiqotlar shakllantirish aniqligini sezilarli darajada yaxshiladi va geometrik aniqlikni 80% gacha oshirdi.
PMN-PT piezoelektrik keramika bo'yicha yana bir tadqiqot shuni ko'rsatdiki, qattiq tarkib keramika tuzilishi va elektr xususiyatlariga jiddiy ta'sir ko'rsatadi. 80% og'irlikdagi qattiq tarkibda keramikada qo'shimcha mahsulotlar osongina paydo bo'ladi; qattiq tarkib 82% va undan yuqori darajaga ko'tarilganda, qo'shimcha mahsulotlar asta-sekin yo'qoladi va keramika tuzilishi toza bo'lib, ishlash sezilarli darajada yaxshilanadi. 82% og'irlikdagi keramika optimal elektr xususiyatlarini namoyish etdi: piezoelektrik doimiy 730 pC/N, nisbiy o'tkazuvchanlik 7226 va dielektrik yo'qotish atigi 0,07.
Xulosa qilib aytganda, keramik shlaklarning zarracha hajmi, qattiq miqdori va reologik xususiyatlari nafaqat bosib chiqarish jarayonining barqarorligi va aniqligiga ta'sir qiladi, balki sinterlangan jismlarning zichligi va pyezoelektrik reaksiyasini bevosita aniqlaydi, bu ularni yuqori samarali 3D bosilgan pyezoelektrik keramikaga erishish uchun asosiy parametrlarga aylantiradi.
BT/UV namunalarini LCD-SLA 3D chop etishning asosiy jarayoni
Turli xil qattiq tarkibli PMN-PT keramikalarining xususiyatlari
IV. Spark Plazma Sinterlash
Uchqun plazma sinterlash (SPS) - bu tez zichlikka erishish uchun kukunlarga bir vaqtning o'zida qo'llaniladigan impulsli tok va mexanik bosimdan foydalanadigan ilg'or sinterlash texnologiyasi. Bu jarayonda tok qolip va kukunni to'g'ridan-to'g'ri qizdiradi, Joule issiqligi va plazma hosil qiladi, bu esa qisqa vaqt ichida (odatda 10 daqiqa ichida) samarali sinterlashni ta'minlaydi. Tez isitish sirt diffuziyasini kuchaytiradi, uchqun chiqishi esa adsorblangan gazlar va oksid qatlamlarini kukun sirtlaridan olib tashlashga yordam beradi va sinterlash samaradorligini oshiradi. Elektromagnit maydonlar tomonidan qo'zg'atilgan elektromigratsiya effekti atom diffuziyasini ham kuchaytiradi.
An'anaviy issiq presslash bilan solishtirganda, SPS ko'proq to'g'ridan-to'g'ri isitishdan foydalanadi, bu esa past haroratlarda zichlikni ta'minlaydi va shu bilan birga mayda va bir xil mikrotuzilmalarni olish uchun don o'sishini samarali ravishda inhibe qiladi. Masalan:
- Qo'shimchalarsiz, maydalangan SiC kukunini xom ashyo sifatida ishlatib, 2100°C va 70 MPa da 30 daqiqa davomida sinterlash natijasida 98% nisbiy zichlikka ega namunalar olindi.
- 1700°C va 40 MPa da 10 daqiqa davomida sinterlash natijasida 98% zichlik va don o'lchamlari atigi 30–50 nm bo'lgan kubik SiC hosil bo'ldi.
- 80 µm granulali SiC kukunidan foydalanib va 1860°C va 50 MPa da 5 daqiqa davomida sinterlash natijasida 98,5% nisbiy zichlikka, 28,5 GPa Vickers mikroqattiqligiga, 395 MPa egilish kuchiga va 4,5 MPa·m^1/2 sinishga chidamlilikka ega yuqori samarali SiC keramikasi olindi.
Mikrostrukturaviy tahlil shuni ko'rsatdiki, sinterlash harorati 1600°C dan 1860°C gacha ko'tarilganda, materialning g'ovakliligi sezilarli darajada pasayib, yuqori haroratlarda to'liq zichlikka yaqinlashdi.
Turli haroratlarda sinterlangan SiC keramikasining mikrotuzilishi: (A) 1600°C, (B) 1700°C, (C) 1790°C va (D) 1860°C
V. Qo'shimcha ishlab chiqarish
Qo'shimcha ishlab chiqarish (AM) yaqinda qatlamma-qavat qurilish jarayoni tufayli murakkab keramika komponentlarini ishlab chiqarishda ulkan salohiyatni namoyish etdi. SiC keramikasi uchun bir nechta AM texnologiyalari ishlab chiqilgan, jumladan, bog'lovchi jetlash (BJ), 3DP, selektiv lazer sinterlash (SLS), to'g'ridan-to'g'ri siyoh yozish (DIW) va stereolitografiya (SL, DLP). Biroq, 3DP va DIW pastroq aniqlikka ega, SLS esa termal stress va yoriqlarni keltirib chiqarishga moyil. Aksincha, BJ va SL yuqori tozalikdagi, yuqori aniqlikdagi murakkab keramika ishlab chiqarishda katta afzalliklarga ega.
- Bog'lovchi oqim (BJ)
BJ texnologiyasi bogʻlovchi moddani bogʻlovchi kukunga qatlamma-qavat purkashni, soʻngra yakuniy keramik mahsulotni olish uchun ajratish va sinterlashni oʻz ichiga oladi. BJ ni kimyoviy bugʻ infiltratsiyasi (CVI) bilan birlashtirib, yuqori tozalikdagi, toʻliq kristalli SiC keramikalari muvaffaqiyatli tayyorlandi. Jarayon quyidagilarni oʻz ichiga oladi:
① BJ yordamida SiC keramik yashil tanalarini shakllantirish.
2. 1000°C va 200 Torr da CVI orqali zichlash.
③ Yakuniy SiC keramikasining zichligi 2,95 g/sm³, issiqlik o'tkazuvchanligi 37 Vt/m·K va egilish kuchi 297 MPa edi.
Yopishqoq jetli (BJ) bosmaning sxematik diagrammasi. (A) Kompyuter yordamida loyihalash (CAD) modeli, (B) BJ printsipining sxematik diagrammasi, (C) SiC ni BJ orqali bosma, (D) SiC ni kimyoviy bug' infiltratsiyasi (CVI) orqali zichlashtirish.
- Stereolitografiya (SL)
SL - bu juda yuqori aniqlik va murakkab tuzilish ishlab chiqarish qobiliyatiga ega bo'lgan UB nurlari bilan ishlov berishga asoslangan keramik shakllantirish texnologiyasi. Ushbu usul fotopolimerizatsiya orqali 3D keramik yashil jismlarni hosil qilish uchun yuqori qattiq tarkibli va past yopishqoqlikka ega fotosensitiv keramik shlamlardan foydalanadi, so'ngra yakuniy mahsulotni olish uchun ajratish va yuqori haroratli sinterlash amalga oshiriladi.
35 vol.% SiC suspenziyasidan foydalanib, yuqori sifatli 3D yashil tanalar 405 nm UV nurlanishi ostida tayyorlandi va 800°C da polimer yonishi va PIP bilan ishlov berish orqali yanada zichlashtirildi. Natijalar shuni ko'rsatdiki, 35 vol.% suspenziya bilan tayyorlangan namunalar 84,8% nisbiy zichlikka erishdi, bu esa 30% va 40% nazorat guruhlaridan yuqori ko'rsatkichni ko'rsatdi.
Lipofil SiO₂ va fenol epoksi qatronini (PEA) shlamni o'zgartirish uchun kiritish orqali fotopolimerizatsiya samaradorligi samarali ravishda yaxshilandi. 1600°C da 4 soat davomida sinterlashdan so'ng, SiC ga deyarli to'liq konversiyaga erishildi, yakuniy kislorod miqdori atigi 0,12% ni tashkil etdi, bu esa oldindan oksidlanish yoki infiltratsiyadan oldingi bosqichlarsiz yuqori tozalikdagi, murakkab tuzilishga ega SiC keramikasini bir bosqichli ishlab chiqarish imkonini berdi.
Bosib chiqarish tuzilishi va uni sinterlash jarayonining illyustratsiyasi. Namunaning (A) 25°C da quritilgandan, (B) 1000°C da piroliz qilingandan va (C) 1600°C da sinterlangandan keyingi ko'rinishi.
Stereolitografiya 3D bosib chiqarish uchun fotosensitiv Si₃N₄ keramik shlamlarini loyihalash va bog'lash-presentlash va yuqori haroratli qarish jarayonlarini qo'llash orqali 93,3% nazariy zichlikka, 279,8 MPa cho'zilish kuchiga va 308,5–333,2 MPa egilish kuchiga ega Si₃N₄ keramikalari tayyorlandi. Tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, 45 vol.% qattiq tarkib va 10 s ta'sir qilish vaqti sharoitida IT77 darajasidagi qattiqlashtirish aniqligiga ega bir qavatli yashil jismlarni olish mumkin. 0,1 °C/min isitish tezligi bilan past haroratli bog'lash jarayoni yoriqsiz yashil jismlarni ishlab chiqarishga yordam berdi.
Sinterlash stereolitografiyada yakuniy ishlashga ta'sir qiluvchi asosiy bosqichdir. Tadqiqotlar shuni ko'rsatadiki, sinterlash yordamchilarini qo'shish keramika zichligi va mexanik xususiyatlarini samarali ravishda yaxshilashi mumkin. Yuqori zichlikdagi Si₃N₄ keramikasini tayyorlash uchun CeO₂ ni sinterlash yordamchisi va elektr maydon yordamida sinterlash texnologiyasi sifatida qo'llash orqali CeO₂ ning don chegaralarida ajralib chiqishi, don chegaralarining siljishi va zichlashishiga yordam berishi aniqlandi. Olingan keramika HV10/10 ning Vickers qattiqligini (1347.9 ± 2.4) va sinish chidamliligini (6.57 ± 0.07) MPa·m¹/² ko'rsatdi. Qo'shimchalar sifatida MgO–Y₂O₃ bilan keramika mikrotuzilmasining bir xilligi yaxshilandi va bu ishlashni sezilarli darajada oshirdi. Umumiy qo'shimcha 8% darajasida egilish kuchi va issiqlik o'tkazuvchanligi mos ravishda 915.54 MPa va 59.58 W·m⁻¹·K⁻¹ ga yetdi.
VI. Xulosa
Xulosa qilib aytganda, yuqori tozalikdagi kremniy karbid (SiC) keramikasi, ajoyib muhandislik keramika materiali sifatida, yarimo'tkazgichlar, aerokosmik va ekstremal sharoitdagi uskunalarda keng qo'llanilish istiqbollarini namoyish etdi. Ushbu maqolada yuqori tozalikdagi SiC keramikasini tayyorlashning beshta odatiy yo'nalishi - qayta kristallanish sinterlash, bosimsiz sinterlash, issiq presslash, uchqun plazmasi sinterlash va qo'shimcha ishlab chiqarish - ularning zichlash mexanizmlari, asosiy parametrlarni optimallashtirish, materialning ishlashi va tegishli afzalliklari va cheklovlari haqida batafsil muhokamalar bilan tizimli ravishda tahlil qilindi.
Yuqori tozalik, yuqori zichlik, murakkab tuzilmalar va sanoat imkoniyatlariga erishish nuqtai nazaridan har xil jarayonlarning o'ziga xos xususiyatlari borligi aniq. Xususan, qo'shimcha ishlab chiqarish texnologiyasi murakkab shakldagi va moslashtirilgan komponentlarni ishlab chiqarishda katta salohiyatga ega ekanligini ko'rsatdi, stereolitografiya va bog'lovchi jetlash kabi kichik sohalarda yutuqlarga erishildi, bu esa uni yuqori tozalikdagi SiC keramikasini tayyorlashning muhim rivojlanish yo'nalishiga aylantirdi.
Yuqori tozalikdagi SiC keramikasini tayyorlash bo'yicha kelajakdagi tadqiqotlar chuqurroq o'rganilishi, laboratoriya miqyosidan keng ko'lamli, yuqori ishonchli muhandislik qo'llanmalariga o'tishni rag'batlantirishi va shu bilan yuqori darajadagi uskunalar ishlab chiqarish va keyingi avlod axborot texnologiyalari uchun muhim moddiy yordamni ta'minlashi kerak.
XKH yuqori samarali keramika materiallarini tadqiq qilish va ishlab chiqarishga ixtisoslashgan yuqori texnologiyali korxonadir. U mijozlar uchun yuqori tozalikdagi kremniy karbid (SiC) keramikasi ko'rinishidagi moslashtirilgan yechimlarni taqdim etishga bag'ishlangan. Kompaniya ilg'or material tayyorlash texnologiyalari va aniq ishlov berish imkoniyatlariga ega. Uning faoliyati yuqori tozalikdagi SiC keramikasini tadqiq qilish, ishlab chiqarish, aniq ishlov berish va sirtni qayta ishlashni o'z ichiga oladi, bu yarimo'tkazgichlar, yangi energiya, aerokosmik va boshqa sohalarning yuqori samarali keramika komponentlariga bo'lgan qat'iy talablariga javob beradi. Yetuk sinterlash jarayonlari va qo'shimcha ishlab chiqarish texnologiyalaridan foydalangan holda, biz mijozlarga material formulasini optimallashtirishdan tortib, murakkab tuzilmani shakllantirishdan tortib, aniq ishlov berishgacha bo'lgan yagona xizmatni taklif qila olamiz, mahsulotlarning ajoyib mexanik xususiyatlarga, issiqlik barqarorligiga va korroziyaga chidamliligiga ega bo'lishini ta'minlaymiz.
Nashr vaqti: 2025-yil 30-iyul