സിലിക്കൺ നൈട്രൈഡ് (Si₃N₄) സെറാമിക്സ്, നൂതന ഘടനാപരമായ സെറാമിക്സ് എന്ന നിലയിൽ, ഉയർന്ന താപനില പ്രതിരോധം, ഉയർന്ന ശക്തി, ഉയർന്ന കാഠിന്യം, ഉയർന്ന കാഠിന്യം, ഇഴയുന്ന പ്രതിരോധം, ഓക്‌സിഡേഷൻ പ്രതിരോധം, ധരിക്കുന്ന പ്രതിരോധം എന്നിവ പോലുള്ള മികച്ച ഗുണങ്ങളുണ്ട്. കൂടാതെ, അവ നല്ല തെർമൽ ഷോക്ക് പ്രതിരോധം, വൈദ്യുത ഗുണങ്ങൾ, ഉയർന്ന താപ ചാലകത, മികച്ച ഉയർന്ന ആവൃത്തിയിലുള്ള വൈദ്യുതകാന്തിക തരംഗ പ്രക്ഷേപണ പ്രകടനം എന്നിവ വാഗ്ദാനം ചെയ്യുന്നു. ഈ മികച്ച സമഗ്രമായ പ്രോപ്പർട്ടികൾ സങ്കീർണ്ണമായ ഘടനാപരമായ ഘടകങ്ങളിൽ, പ്രത്യേകിച്ച് എയ്‌റോസ്‌പേസിലും മറ്റ് ഹൈടെക് മേഖലകളിലും വ്യാപകമായി ഉപയോഗിക്കപ്പെടുന്നു.
എന്നിരുന്നാലും, Si₃N₄, ശക്തമായ കോവാലൻ്റ് ബോണ്ടുകളുള്ള ഒരു സംയുക്തമായതിനാൽ, സോളിഡ്-സ്റ്റേറ്റ് ഡിഫ്യൂഷനിലൂടെ മാത്രം ഉയർന്ന സാന്ദ്രതയിലേക്ക് സിൻ്ററിംഗ് ബുദ്ധിമുട്ടാക്കുന്ന ഒരു സ്ഥിരതയുള്ള ഘടനയുണ്ട്. സിൻ്ററിംഗ് പ്രോത്സാഹിപ്പിക്കുന്നതിന്, ലോഹ ഓക്‌സൈഡുകളും (MgO, CaO, Al₂O₃) അപൂർവ എർത്ത് ഓക്‌സൈഡുകളും (Yb₂O₃, Y₂O₃, Lu₂O₃, CeO₂) പോലെയുള്ള സിൻ്ററിംഗ് സഹായങ്ങൾ ഒരു ദ്രാവക ഘട്ടം സിനറിംഗ് മെക്കാനിസത്തിലൂടെ സാന്ദ്രത വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നതിന് ചേർക്കുന്നു.
നിലവിൽ, ആഗോള അർദ്ധചാലക ഉപകരണ സാങ്കേതികവിദ്യ ഉയർന്ന വോൾട്ടേജുകൾ, വലിയ വൈദ്യുതധാരകൾ, കൂടുതൽ ഊർജ്ജ സാന്ദ്രത എന്നിവയിലേക്ക് മുന്നേറുകയാണ്. Si₃N₄ സെറാമിക്സ് നിർമ്മിക്കുന്നതിനുള്ള രീതികളെക്കുറിച്ചുള്ള ഗവേഷണം വിപുലമാണ്. സിലിക്കൺ നൈട്രൈഡ് സെറാമിക്സിൻ്റെ സാന്ദ്രതയും സമഗ്രമായ മെക്കാനിക്കൽ ഗുണങ്ങളും ഫലപ്രദമായി മെച്ചപ്പെടുത്തുന്ന സിൻ്ററിംഗ് പ്രക്രിയകളെ ഈ ലേഖനം പരിചയപ്പെടുത്തുന്നു.
Si₃N₄ സെറാമിക്സിനുള്ള സാധാരണ സിൻ്ററിംഗ് രീതികൾ
വ്യത്യസ്ത സിൻ്ററിംഗ് രീതികൾ ഉപയോഗിച്ച് തയ്യാറാക്കിയ Si₃N₄ സെറാമിക്സിനായുള്ള പ്രകടനത്തിൻ്റെ താരതമ്യം
1. റിയാക്ടീവ് സിൻ്ററിംഗ് (RS):വ്യാവസായികമായി Si₃N₄ സെറാമിക്സ് തയ്യാറാക്കാൻ ഉപയോഗിച്ച ആദ്യത്തെ രീതി റിയാക്ടീവ് സിൻ്ററിംഗ് ആയിരുന്നു. ഇത് ലളിതവും ചെലവ് കുറഞ്ഞതും സങ്കീർണ്ണമായ രൂപങ്ങൾ രൂപപ്പെടുത്താൻ കഴിവുള്ളതുമാണ്. എന്നിരുന്നാലും, ഇതിന് ഒരു നീണ്ട ഉൽപാദന ചക്രമുണ്ട്, അത് വ്യാവസായിക തലത്തിലുള്ള ഉൽപാദനത്തിന് അനുയോജ്യമല്ല.
2. പ്രഷർലെസ് സിൻ്ററിംഗ് (PLS):ഇത് ഏറ്റവും അടിസ്ഥാനപരവും ലളിതവുമായ സിൻ്ററിംഗ് പ്രക്രിയയാണ്. എന്നിരുന്നാലും, ഇതിന് ഉയർന്ന നിലവാരമുള്ള Si₃N₄ അസംസ്കൃത വസ്തുക്കൾ ആവശ്യമാണ്, മാത്രമല്ല പലപ്പോഴും കുറഞ്ഞ സാന്ദ്രത, ഗണ്യമായ ചുരുങ്ങൽ, പൊട്ടുകയോ രൂപഭേദം വരുത്തുകയോ ചെയ്യുന്ന പ്രവണത എന്നിവയുള്ള സെറാമിക്സ് ഉണ്ടാകുന്നു.
3. ഹോട്ട്-പ്രസ്സ് സിൻ്ററിംഗ് (HP):ഏകപക്ഷീയമായ മെക്കാനിക്കൽ മർദ്ദം പ്രയോഗിക്കുന്നത് സിൻ്ററിംഗിനുള്ള ചാലകശക്തി വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നു, മർദ്ദമില്ലാത്ത സിൻ്ററിംഗിൽ ഉപയോഗിക്കുന്നതിനേക്കാൾ 100-200 ഡിഗ്രി സെൽഷ്യസ് കുറഞ്ഞ താപനിലയിൽ സാന്ദ്രമായ സെറാമിക്സ് ഉത്പാദിപ്പിക്കാൻ അനുവദിക്കുന്നു. ഈ രീതി സാധാരണയായി താരതമ്യേന ലളിതമായ ബ്ലോക്ക് ആകൃതിയിലുള്ള സെറാമിക്സ് നിർമ്മിക്കാൻ ഉപയോഗിക്കുന്നു, എന്നാൽ അടിവസ്ത്ര വസ്തുക്കളുടെ കനം, ആകൃതി ആവശ്യകതകൾ നിറവേറ്റാൻ പ്രയാസമാണ്.
4. സ്പാർക്ക് പ്ലാസ്മ സിൻ്ററിംഗ് (SPS):വേഗത്തിലുള്ള സിൻ്ററിംഗ്, ധാന്യ ശുദ്ധീകരണം, സിൻ്ററിംഗ് താപനില കുറയ്ക്കൽ എന്നിവയാണ് എസ്‌പിഎസിൻ്റെ സവിശേഷത. എന്നിരുന്നാലും, SPS-ന് ഉപകരണങ്ങളിൽ കാര്യമായ നിക്ഷേപം ആവശ്യമാണ്, കൂടാതെ SPS വഴി ഉയർന്ന താപ ചാലകത Si₃N₄ സെറാമിക്സ് തയ്യാറാക്കുന്നത് ഇപ്പോഴും പരീക്ഷണ ഘട്ടത്തിലാണ്, ഇതുവരെ വ്യാവസായികവൽക്കരിക്കപ്പെട്ടിട്ടില്ല.
5. ഗ്യാസ്-പ്രഷർ സിൻ്ററിംഗ് (GPS):ഗ്യാസ് മർദ്ദം പ്രയോഗിക്കുന്നതിലൂടെ, ഈ രീതി ഉയർന്ന ഊഷ്മാവിൽ സെറാമിക് വിഘടിപ്പിക്കൽ, ഭാരം കുറയ്ക്കൽ എന്നിവ തടയുന്നു. ഉയർന്ന സാന്ദ്രതയുള്ള സെറാമിക്സ് ഉൽപ്പാദിപ്പിക്കുന്നത് എളുപ്പമാണ്, ബാച്ച് ഉത്പാദനം സാധ്യമാക്കുന്നു. എന്നിരുന്നാലും, ഏകീകൃത ആന്തരികവും ബാഹ്യവുമായ നിറവും ഘടനയും ഉള്ള ഘടനാപരമായ ഘടകങ്ങൾ നിർമ്മിക്കാൻ ഒറ്റ-ഘട്ട ഗ്യാസ്-പ്രഷർ സിൻ്ററിംഗ് പ്രക്രിയ പാടുപെടുന്നു. രണ്ട്-ഘട്ട അല്ലെങ്കിൽ മൾട്ടി-സ്റ്റെപ്പ് സിൻ്ററിംഗ് പ്രക്രിയ ഉപയോഗിക്കുന്നത് ഇൻ്റർഗ്രാനുലാർ ഓക്സിജൻ്റെ ഉള്ളടക്കം ഗണ്യമായി കുറയ്ക്കുകയും താപ ചാലകത മെച്ചപ്പെടുത്തുകയും മൊത്തത്തിലുള്ള ഗുണങ്ങൾ വർദ്ധിപ്പിക്കുകയും ചെയ്യും.
എന്നിരുന്നാലും, ടു-സ്റ്റെപ്പ് ഗ്യാസ്-പ്രഷർ സിൻ്ററിംഗിൻ്റെ ഉയർന്ന സിൻ്ററിംഗ് താപനില മുൻ ഗവേഷണങ്ങളെ പ്രധാനമായും ഉയർന്ന താപ ചാലകതയും റൂം-ടെമ്പറേച്ചർ ബെൻഡിംഗ് ശക്തിയും ഉള്ള Si₃N₄ സെറാമിക് സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റുകൾ തയ്യാറാക്കുന്നതിൽ ശ്രദ്ധ കേന്ദ്രീകരിക്കുന്നു. സമഗ്രമായ മെക്കാനിക്കൽ ഗുണങ്ങളും ഉയർന്ന താപനിലയുള്ള മെക്കാനിക്കൽ ഗുണങ്ങളുമുള്ള Si₃N₄ സെറാമിക്സിനെക്കുറിച്ചുള്ള ഗവേഷണം താരതമ്യേന പരിമിതമാണ്.
Si₃N₄-നുള്ള ഗ്യാസ്-പ്രഷർ ടു-സ്റ്റെപ്പ് സിൻ്ററിംഗ് രീതി
C.180-ൽ ഒരു-ഘട്ടവും രണ്ട്-ഘട്ടവും ഉള്ള ഗ്യാസ്-പ്രഷർ സിൻ്ററിംഗ് പ്രക്രിയകൾ ഉപയോഗിച്ച് Si₃N₄ സെറാമിക്സ് തയ്യാറാക്കാൻ 5 wt.% Yb₂O₃ + 5 wt.% Al₂O₃ എന്ന സിൻ്ററിംഗ് എയ്‌ഡ് സിസ്റ്റം യാങ് സോവും ചോങ്‌കിംഗ് യൂണിവേഴ്‌സിറ്റി ഓഫ് ടെക്‌നോളജിയിലെ സഹപ്രവർത്തകരും ഉപയോഗിച്ചു. രണ്ട്-ഘട്ട സിൻ്ററിംഗ് പ്രക്രിയയിലൂടെ നിർമ്മിച്ച Si₃N₄ സെറാമിക്സിന് ഉയർന്ന സാന്ദ്രതയും മികച്ച സമഗ്രമായ മെക്കാനിക്കൽ ഗുണങ്ങളുമുണ്ട്. Si₃N₄ സെറാമിക് ഘടകങ്ങളുടെ മൈക്രോസ്ട്രക്ചറിലും മെക്കാനിക്കൽ ഗുണങ്ങളിലും ഒരു-ഘട്ട, രണ്ട്-ഘട്ട ഗ്യാസ്-പ്രഷർ സിൻ്ററിംഗ് പ്രക്രിയകളുടെ ഫലങ്ങളെ ഇനിപ്പറയുന്നത് സംഗ്രഹിക്കുന്നു.
സാന്ദ്രത Si₃N₄ ൻ്റെ സാന്ദ്രത പ്രക്രിയയിൽ സാധാരണയായി മൂന്ന് ഘട്ടങ്ങൾ ഉൾപ്പെടുന്നു, ഘട്ടങ്ങൾക്കിടയിൽ ഓവർലാപ്പ്. ആദ്യ ഘട്ടം, കണികാ പുനഃക്രമീകരണം, രണ്ടാം ഘട്ടം, പിരിച്ചുവിടൽ-മഴ, സാന്ദ്രതയുടെ ഏറ്റവും നിർണായക ഘട്ടങ്ങളാണ്. ഈ ഘട്ടങ്ങളിലെ മതിയായ പ്രതികരണ സമയം സാമ്പിൾ സാന്ദ്രത ഗണ്യമായി മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നു. രണ്ട്-ഘട്ട സിൻ്ററിംഗ് പ്രക്രിയയ്‌ക്കുള്ള പ്രീ-സിൻ്ററിംഗ് താപനില 1600 ° C ആയി സജ്ജീകരിക്കുമ്പോൾ, β-Si₃N₄ ധാന്യങ്ങൾ ഒരു ചട്ടക്കൂട് ഉണ്ടാക്കുകയും അടഞ്ഞ സുഷിരങ്ങൾ സൃഷ്ടിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. പ്രീ-സിൻ്ററിംഗിന് ശേഷം, ഉയർന്ന താപനിലയിലും നൈട്രജൻ മർദ്ദത്തിലും കൂടുതൽ ചൂടാക്കുന്നത് ലിക്വിഡ്-ഫേസ് ഫ്ലോയും ഫില്ലിംഗും പ്രോത്സാഹിപ്പിക്കുന്നു, ഇത് അടഞ്ഞ സുഷിരങ്ങൾ ഇല്ലാതാക്കാൻ സഹായിക്കുന്നു, Si₃N₄ സെറാമിക്സിൻ്റെ സാന്ദ്രത കൂടുതൽ മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നു. അതിനാൽ, രണ്ട്-ഘട്ട സിൻ്ററിംഗ് പ്രക്രിയയിലൂടെ നിർമ്മിക്കുന്ന സാമ്പിളുകൾ ഒറ്റ-ഘട്ട സിൻ്ററിംഗ് വഴി നിർമ്മിക്കുന്നതിനേക്കാൾ ഉയർന്ന സാന്ദ്രതയും ആപേക്ഷിക സാന്ദ്രതയും കാണിക്കുന്നു.
ഘട്ടവും സൂക്ഷ്മഘടനയും ഒറ്റ-ഘട്ട സിൻ്ററിംഗ് സമയത്ത്, കണികകളുടെ പുനഃക്രമീകരണത്തിനും ധാന്യ അതിർത്തി വ്യാപനത്തിനും ലഭ്യമായ സമയം പരിമിതമാണ്. രണ്ട്-ഘട്ട സിൻ്ററിംഗ് പ്രക്രിയയിൽ, ആദ്യ ഘട്ടം കുറഞ്ഞ താപനിലയിലും കുറഞ്ഞ വാതക മർദ്ദത്തിലും നടത്തപ്പെടുന്നു, ഇത് കണിക പുനഃക്രമീകരണ സമയം വർദ്ധിപ്പിക്കുകയും വലിയ ധാന്യങ്ങൾക്ക് കാരണമാവുകയും ചെയ്യുന്നു. പിന്നീട് താപനില ഉയർന്ന-താപനിലയിലേക്ക് വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നു, അവിടെ ഓസ്റ്റ്വാൾഡ് പാകമാകുന്ന പ്രക്രിയയിലൂടെ ധാന്യങ്ങൾ വളരുന്നത് തുടരുന്നു, ഉയർന്ന സാന്ദ്രതയുള്ള Si₃N₄ സെറാമിക്സ് ലഭിക്കുന്നു.
മെക്കാനിക്കൽ പ്രോപ്പർട്ടികൾ ഉയർന്ന ഊഷ്മാവിൽ ഇൻ്റർഗ്രാനുലാർ ഘട്ടം മൃദുവാക്കുന്നതാണ് ശക്തി കുറയാനുള്ള പ്രാഥമിക കാരണം. ഒരു-ഘട്ട സിൻ്ററിംഗിൽ, അസാധാരണമായ ധാന്യ വളർച്ച ധാന്യങ്ങൾക്കിടയിൽ ചെറിയ സുഷിരങ്ങൾ സൃഷ്ടിക്കുന്നു, ഇത് ഉയർന്ന താപനില ശക്തിയിൽ ഗണ്യമായ പുരോഗതി തടയുന്നു. എന്നിരുന്നാലും, രണ്ട്-ഘട്ട സിൻ്ററിംഗ് പ്രക്രിയയിൽ, ധാന്യത്തിൻ്റെ അതിരുകളിൽ ഏകതാനമായി വിതരണം ചെയ്യപ്പെടുന്ന ഗ്ലാസ് ഘട്ടം, ഏകീകൃത വലുപ്പമുള്ള ധാന്യങ്ങൾ എന്നിവ ഇൻ്റർഗ്രാനുലാർ ശക്തി വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നു, ഇത് ഉയർന്ന താപനിലയിൽ വളയുന്ന ശക്തിയിലേക്ക് നയിക്കുന്നു.
ഉപസംഹാരമായി, ഒറ്റ-ഘട്ട സിൻ്ററിംഗ് സമയത്ത് നീണ്ടുനിൽക്കുന്നത് ഫലപ്രദമായി ആന്തരിക സുഷിരം കുറയ്ക്കുകയും ഏകീകൃത ആന്തരിക നിറവും ഘടനയും കൈവരിക്കുകയും ചെയ്യും, എന്നാൽ ചില മെക്കാനിക്കൽ ഗുണങ്ങളെ അപകീർത്തിപ്പെടുത്തുന്ന അസാധാരണമായ ധാന്യ വളർച്ചയിലേക്ക് നയിച്ചേക്കാം. ഏകീകൃത ധാന്യ വളർച്ചയെ പ്രോത്സാഹിപ്പിക്കുന്നതിന് കണികാ പുനഃക്രമീകരണ സമയവും ഉയർന്ന താപനില ഹോൾഡിംഗും വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നതിന് രണ്ട്-ഘട്ട സിൻ്ററിംഗ് പ്രക്രിയ ഉപയോഗിച്ച് - 98.25% ആപേക്ഷിക സാന്ദ്രത, ഏകീകൃത സൂക്ഷ്മഘടന, മികച്ച മെക്കാനിക്കൽ ഗുണങ്ങൾ എന്നിവയുള്ള Si₃N₄ സെറാമിക്. വിജയകരമായി തയ്യാറാക്കാം.
| പേര് | അടിവസ്ത്രം | എപ്പിറ്റാക്സിയൽ പാളിയുടെ ഘടന | എപ്പിറ്റാക്സിയൽ പ്രക്രിയ | എപ്പിറ്റാക്സിയൽ മീഡിയം |
| സിലിക്കൺ ഹോമോപിറ്റാക്സിയൽ | Si | Si | നീരാവി ഘട്ടം എപ്പിറ്റാക്സി (VPE) | SiCl4+H2 |
| സിലിക്കൺ ഹെറ്ററോപിറ്റാക്സിയൽ | നീലക്കല്ല് അല്ലെങ്കിൽ സ്പൈനൽ | Si | നീരാവി ഘട്ടം എപ്പിറ്റാക്സി (VPE) | SiH₄+H₂ |
| GaAs homoepitaxial | GaAs | GaAs GaAs | നീരാവി ഘട്ടം എപ്പിറ്റാക്സി (VPE) | AsCl₃+Ga+H₂ (Ar) |
| GaAs | GaAs GaAs | മോളിക്യുലാർ ബീം എപിറ്റാക്സി (MBE) | Ga+As | |
| GaAs heteroepitaxial | GaAs GaAs | GaAlAs/GaAs/GaAlAs | ലിക്വിഡ് ഫേസ് എപിറ്റാക്സി (LPE) നീരാവി ഘട്ടം (VPE) | Ga+Al+CaAs+ H2 Ga+ASH3+PH3+CHl+H2 |
| ജിഎപി ഹോമോപിറ്റാക്സിയൽ | GaP | GaP(GaP;N) | ലിക്വിഡ് ഫേസ് എപിറ്റാക്സി (LPE) ലിക്വിഡ് ഫേസ് എപിറ്റാക്സി (LPE) | Ga+GaP+H2+(NH3) Ga+GaAs+GaP+NH3 |
| സൂപ്പർലാറ്റിസ് | GaAs | GaAlAs/GaAs (ചക്രം) | മോളിക്യുലാർ ബീം എപിറ്റാക്സി (MBE) MOCVD | Ca,As,Al GaR₃+AlR3+AsH3+H2 |
| ഇൻപി ഹോമോപിറ്റാക്സിയൽ | ഇൻപി | ഇൻപി | നീരാവി ഘട്ടം എപ്പിറ്റാക്സി (VPE) ലിക്വിഡ് ഫേസ് എപിറ്റാക്സി (LPE) | PCl3+In+H2 In+InAs+GaAs+InP+H₂ |
| Si/GaAs Epitaxy | Si | GaAs | മോളിക്യുലാർ ബീം എപിറ്റാക്സി (MBE) MOGVD | Ga, As GaR₃+AsH₃+H₂ |
പോസ്റ്റ് സമയം: ഡിസംബർ-24-2024