सिलिकॉन कार्बाइड सिरॅमिक्ससाठी 9 सिंटरिंग तंत्रांचे पुनरावलोकन

सिलिकॉन कार्बाइड (SiC), एक प्रमुख स्ट्रक्चरल सिरॅमिक, उच्च-तापमान सामर्थ्य, कडकपणा, लवचिक मॉड्यूलस, पोशाख प्रतिरोध, थर्मल चालकता आणि गंज प्रतिकार यासह अपवादात्मक गुणधर्मांसाठी प्रसिद्ध आहे. या गुणधर्मांमुळे ते उच्च-तापमान भट्टीतील फर्निचर, बर्नर नोझल्स, हीट एक्सचेंजर्स, सीलिंग रिंग आणि स्लाइडिंग बेअरिंगमधील पारंपारिक औद्योगिक वापरापासून ते बॅलिस्टिक आर्मर, स्पेस मिरर, सेमीकंडक्टर वेफर चक्स, यांसारख्या प्रगत ऍप्लिकेशन्सपर्यंत विस्तृत अनुप्रयोगांसाठी योग्य बनवतात. आणि आण्विक इंधन क्लेडिंग.

च्या अंतिम गुणधर्मांचे निर्धारण करण्यासाठी सिंटरिंग प्रक्रिया महत्त्वपूर्ण आहेSiC सिरेमिक. विस्तृत संशोधनामुळे रिॲक्शन सिंटरिंग, प्रेशरलेस सिंटरिंग, रिक्रिस्टलायझेशन सिंटरिंग आणि हॉट प्रेसिंग यासारख्या प्रस्थापित पद्धतींपासून ते स्पार्क प्लाझ्मा सिंटरिंग, फ्लॅश सिंटरिंग आणि ऑसिलेटरिंग प्रेशर सारख्या अलीकडील नवकल्पनांपर्यंत विविध सिंटरिंग तंत्रांचा विकास झाला आहे.

येथे नऊ प्रमुखांवर जवळून नजर टाकली आहेSiC सिरेमिकसिंटरिंग तंत्र:

1. गरम दाबणे:

Alliegro et al ने पायनियर केले. नॉर्टन कंपनीमध्ये, हॉट प्रेसिंगमध्ये एकाच वेळी उष्णता आणि दाब लागू करणे समाविष्ट आहेSiC पावडरएक डाई आत संक्षिप्त. ही पद्धत एकाच वेळी घनता आणि आकार देण्यास सक्षम करते. प्रभावी असताना, हॉट प्रेसिंगसाठी जटिल उपकरणे, विशेष डाईज आणि कडक प्रक्रिया नियंत्रण आवश्यक आहे. त्याच्या मर्यादांमध्ये उच्च ऊर्जा वापर, मर्यादित आकाराची जटिलता आणि उच्च उत्पादन खर्च यांचा समावेश आहे.

2. प्रतिक्रिया सिंटरिंग:

पी. पॉपर यांनी 1950 च्या दशकात सर्वप्रथम प्रस्तावित केले, प्रतिक्रिया सिंटरिंगमध्ये मिश्रणाचा समावेश होतोSiC पावडरकार्बन स्त्रोतासह. स्लिप कास्टिंग, ड्राय प्रेसिंग किंवा कोल्ड आयसोस्टॅटिक प्रेसिंगद्वारे तयार झालेले हिरवे शरीर सिलिकॉन घुसखोरी प्रक्रियेतून जाते. व्हॅक्यूम किंवा जड वातावरणात 1500°C वर गरम केल्याने सिलिकॉन वितळतो, जो केशिका क्रियेद्वारे छिद्रयुक्त शरीरात घुसतो. द्रव किंवा वायू सिलिकॉन कार्बनवर प्रतिक्रिया देते, β-SiC तयार करते जे विद्यमान SiC कणांशी जोडते, परिणामी दाट सिरॅमिक बनते.

रिॲक्शन-बॉन्डेड SiC कमी सिंटरिंग तापमान, खर्च-प्रभावीता आणि उच्च घनता यांचा अभिमान बाळगतो. सिंटरिंग दरम्यान नगण्य संकोचन हे मोठ्या, जटिल-आकाराच्या घटकांसाठी विशेषतः योग्य बनवते. ठराविक ऍप्लिकेशन्समध्ये उच्च-तापमान भट्टीचे फर्निचर, तेजस्वी नळ्या, हीट एक्सचेंजर्स आणि डिसल्फरायझेशन नोझल्स यांचा समावेश होतो.

RBSiC बोटीचा सेमीकोरेक्स प्रक्रिया मार्ग

3. प्रेशरलेस सिंटरिंग:

S. Prochazka et al द्वारे विकसित. 1974 मध्ये GE येथे, दबावरहित सिंटरिंग बाह्य दाबाची गरज काढून टाकते. घनता 2000-2150°C वर वातावरणाच्या दाबाखाली (1.01×105 Pa) अक्रिय वातावरणात सिंटरिंग ऍडिटीव्हच्या मदतीने होते. प्रेशरलेस सिंटरिंगचे पुढे सॉलिड-स्टेट आणि लिक्विड-फेज सिंटरिंगमध्ये वर्गीकरण केले जाऊ शकते.

सॉलिड-स्टेट प्रेशरलेस सिंटरिंग आंतरग्रॅन्युलर काचेच्या टप्प्यांशिवाय उच्च घनता (3.10-3.15 g/cm3) प्राप्त करते, परिणामी अपवादात्मक उच्च-तापमान यांत्रिक गुणधर्म प्राप्त होतात, वापर तापमान 1600°C पर्यंत पोहोचते. तथापि, उच्च सिंटरिंग तापमानात जास्त प्रमाणात धान्य वाढल्याने शक्तीवर नकारात्मक परिणाम होतो.

लिक्विड-फेज प्रेशरलेस सिंटरिंग SiC सिरॅमिक्सच्या अनुप्रयोगाची व्याप्ती विस्तृत करते. द्रव टप्पा, एक घटक वितळवून किंवा अनेक घटकांच्या युटेक्टिक अभिक्रियाने तयार होतो, उच्च प्रसरण मार्ग प्रदान करून घनता गतीशीलता वाढवते, ज्यामुळे सॉलिड-स्टेट सिंटरिंगच्या तुलनेत कमी सिंटरिंग तापमान होते. लिक्विड-फेज सिंटर्ड SiC मधील सूक्ष्म धान्याचा आकार आणि अवशिष्ट आंतरग्रॅन्युलर लिक्विड फेज ट्रान्सग्रॅन्युलर ते इंटरग्रॅन्युलर फ्रॅक्चरमध्ये संक्रमणास प्रोत्साहन देते, फ्लेक्सरल ताकद आणि फ्रॅक्चर कडकपणा वाढवते.

प्रेशरलेस सिंटरिंग हे एक परिपक्व तंत्रज्ञान आहे ज्यात किफायतशीरपणा आणि आकार अष्टपैलुत्व यासारखे फायदे आहेत. सॉलिड-स्टेट सिंटर्ड SiC, विशेषतः, उच्च घनता, एकसमान मायक्रोस्ट्रक्चर आणि उत्कृष्ट एकूण कार्यप्रदर्शन देते, ज्यामुळे ते परिधान आणि गंज-प्रतिरोधक घटक जसे की सीलिंग रिंग आणि स्लाइडिंग बेअरिंगसाठी योग्य बनते.

प्रेशरलेस सिंटर्ड सिलिकॉन कार्बाइड आर्मर

4. रीक्रिस्टलायझेशन सिंटरिंग:

1980 च्या दशकात, क्रिगेसमॅनने उच्च-कार्यक्षमतेची पुनर्रचना करून दाखवली.SiC सिरेमिकस्लिप कास्टिंग आणि त्यानंतर 2450°C वर सिंटरिंग करून. हे तंत्र एफसीटी (जर्मनी) आणि नॉर्टन (यूएसए) द्वारे मोठ्या प्रमाणात उत्पादनासाठी त्वरीत स्वीकारले गेले.

रीक्रिस्टॉलाइज्ड SiC मध्ये वेगवेगळ्या आकाराचे SiC कण पॅक करून तयार झालेल्या हिरव्या शरीराला सिंटरिंगचा समावेश होतो. बारीक कण, खडबडीत कणांच्या अंतर्भागात समान रीतीने वितरीत केले जातात, नियंत्रित वातावरणात 2100 डिग्री सेल्सियसपेक्षा जास्त तापमानात मोठ्या कणांच्या संपर्क बिंदूंवर बाष्पीभवन आणि घनरूप होतात. ही बाष्पीभवन-संक्षेपण यंत्रणा कणांच्या मानेवर नवीन धान्य सीमा तयार करते, ज्यामुळे धान्याची वाढ होते, मानेची निर्मिती होते आणि अवशिष्ट सच्छिद्रतेसह एक sintered शरीर.

रीक्रिस्टलीकृत SiC च्या मुख्य वैशिष्ट्यांमध्ये हे समाविष्ट आहे:

किमान संकोचन: सिंटरिंग दरम्यान धान्य सीमा किंवा खंड प्रसार नसल्यामुळे नगण्य संकोचन होते.

निअर-नेट शेपिंग: सिंटर्ड घनता जवळजवळ हिरव्या शरीराच्या घनतेसारखीच राहते.

स्वच्छ धान्य सीमा: पुनर्क्रिस्टॉल केलेले SiC काचेचे टप्पे किंवा अशुद्धता नसलेल्या स्वच्छ धान्य सीमा प्रदर्शित करते.

अवशिष्ट सच्छिद्रता: sintered शरीर विशेषत: 10-20% सच्छिद्रता राखून ठेवते.

5. हॉट आयसोस्टॅटिक प्रेसिंग (HIP):

घनता वाढविण्यासाठी HIP निष्क्रिय वायू दाब (सामान्यत: आर्गॉन) वापरते. काचेच्या किंवा धातूच्या कंटेनरमध्ये बंद केलेले SiC पावडर कॉम्पॅक्ट, भट्टीच्या आत आयसोस्टॅटिक दाबाच्या अधीन आहे. जसजसे तापमान सिंटरिंग श्रेणीपर्यंत वाढते, कॉम्प्रेसर अनेक मेगापास्कल्सचा प्रारंभिक वायू दाब राखतो. हा दाब गरम करताना हळूहळू वाढतो, 200 MPa पर्यंत पोहोचतो, प्रभावीपणे अंतर्गत छिद्र काढून टाकतो आणि उच्च घनता प्राप्त करतो.

6. स्पार्क प्लाझ्मा सिंटरिंग (एसपीएस):

एसपीएस हे धातू, सिरॅमिक्स आणि कंपोझिटसह दाट सामग्री तयार करण्यासाठी एक नवीन पावडर धातूशास्त्र तंत्र आहे. हे स्पंदित विद्युत प्रवाह आणि पावडर कणांमधील स्पार्क प्लाझ्मा निर्माण करण्यासाठी उच्च-ऊर्जा इलेक्ट्रिकल पल्स वापरते. हे स्थानिकीकृत हीटिंग आणि प्लाझ्मा निर्मिती तुलनेने कमी तापमानात आणि कमी कालावधीत होते, ज्यामुळे जलद सिंटरिंग सक्षम होते. प्रक्रिया प्रभावीपणे पृष्ठभाग दूषित काढून टाकते, कण पृष्ठभाग सक्रिय करते आणि जलद घनता वाढवते. Al2O3 आणि Y2O3 चा वापर करून सिंटरिंग एड्स म्हणून दाट SiC सिरेमिक तयार करण्यासाठी SPS यशस्वीरित्या कार्यरत आहे.

7. मायक्रोवेव्ह सिंटरिंग:

पारंपारिक हीटिंगच्या विपरीत, मायक्रोवेव्ह सिंटरिंग व्हॉल्यूमेट्रिक हीटिंग आणि सिंटरिंग प्राप्त करण्यासाठी मायक्रोवेव्ह इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक फील्डमधील सामग्रीच्या डायलेक्ट्रिक नुकसानाचा फायदा घेते. ही पद्धत कमी सिंटरिंग तापमान, जलद गरम दर आणि सुधारित घनता यासारखे फायदे देते. मायक्रोवेव्ह सिंटरिंग दरम्यान वर्धित वस्तुमान वाहतूक देखील सूक्ष्म-दाणेदार सूक्ष्म संरचनांना प्रोत्साहन देते.

8. फ्लॅश सिंटरिंग:

फ्लॅश सिंटरिंग (FS) ने त्याच्या कमी उर्जेचा वापर आणि अल्ट्रा-फास्ट सिंटरिंग किनेटिक्ससाठी लक्ष वेधले आहे. प्रक्रियेमध्ये भट्टीच्या आत हिरव्या शरीरावर व्होल्टेज लागू करणे समाविष्ट आहे. थ्रेशोल्ड तापमानापर्यंत पोहोचल्यावर, विद्युत् प्रवाहात अचानक नॉन-रेखीय वाढ जलद ज्युल ताप निर्माण करते, ज्यामुळे काही सेकंदात जवळ-जवळ तात्काळ घनता येते.

9. ओसीलेटरी प्रेशर सिंटरिंग (OPS):

सिंटरिंग दरम्यान डायनॅमिक प्रेशर सादर केल्याने कण इंटरलॉकिंग आणि एकत्रीकरणात व्यत्यय येतो, छिद्रांचा आकार आणि वितरण कमी होते. याचा परिणाम अत्यंत दाट, सूक्ष्म आणि एकसंध मायक्रोस्ट्रक्चर्समध्ये होतो, ज्यामुळे उच्च-शक्ती आणि विश्वासार्ह सिरेमिक मिळतात. सिंघुआ विद्यापीठातील Xie Zhipeng च्या टीमने पायनियर केलेले, OPS पारंपारिक सिंटरिंगमधील स्थिर स्थिर दाब डायनॅमिक दोलन दाबाने बदलते.

OPS अनेक फायदे देते:

वर्धित हिरवी घनता: सतत दोलन दाब कणांच्या पुनर्रचनाला प्रोत्साहन देते, पावडर कॉम्पॅक्टच्या हिरव्या घनतेत लक्षणीय वाढ करते.

वाढलेले सिंटरिंग ड्रायव्हिंग फोर्स: ओपीएस घनतेसाठी, ग्रेन रोटेशन वाढवणे, सरकणे आणि प्लास्टिकच्या प्रवाहासाठी अधिक प्रेरक शक्ती प्रदान करते. हे विशेषतः सिंटरिंगच्या नंतरच्या टप्प्यात फायदेशीर आहे, जेथे नियंत्रित दोलन वारंवारता आणि मोठेपणा धान्याच्या सीमेवरील अवशिष्ट छिद्र प्रभावीपणे काढून टाकतात.

ओसीलेटरी प्रेशर सिंटरिंग उपकरणाचे छायाचित्र

सामान्य तंत्रांची तुलना:

या तंत्रांपैकी, रिॲक्शन सिंटरिंग, प्रेशरलेस सिंटरिंग आणि रीक्रिस्टलायझेशन सिंटरिंग औद्योगिक SiC उत्पादनासाठी मोठ्या प्रमाणावर वापरले जातात, प्रत्येकाचे अद्वितीय फायदे आहेत, परिणामी विशिष्ट सूक्ष्म संरचना, गुणधर्म आणि अनुप्रयोग तयार होतात.

प्रतिक्रिया-बंधित SiC:कमी सिंटरिंग तापमान, किफायतशीरपणा, कमीतकमी संकोचन आणि उच्च घनता देते, ज्यामुळे ते मोठ्या, जटिल-आकाराच्या घटकांसाठी योग्य बनते. ठराविक अनुप्रयोगांमध्ये उच्च-तापमान भट्टीचे फर्निचर, बर्नर नोझल्स, हीट एक्सचेंजर्स आणि ऑप्टिकल रिफ्लेक्टर यांचा समावेश होतो.

प्रेशरलेस सिंटर्ड SiC:किंमत-प्रभावीता, आकार अष्टपैलुत्व, उच्च घनता, एकसमान मायक्रोस्ट्रक्चर आणि उत्कृष्ट एकूण गुणधर्म प्रदान करते, ज्यामुळे ते सील, स्लाइडिंग बेअरिंग, बॅलिस्टिक आर्मर, ऑप्टिकल रिफ्लेक्टर आणि सेमीकंडक्टर वेफर चक्स सारख्या अचूक घटकांसाठी आदर्श बनते.

रीक्रिस्टॉल केलेले SiC:शुद्ध SiC फेज, उच्च शुद्धता, उच्च सच्छिद्रता, उत्कृष्ट थर्मल चालकता आणि थर्मल शॉक रेझिस्टन्सची वैशिष्ट्ये आहेत, ज्यामुळे ते उच्च-तापमान भट्टीतील फर्निचर, हीट एक्सचेंजर्स आणि बर्नर नोझल्ससाठी योग्य बनते.**

सेमिकोरेक्समध्ये आम्ही विशेष आहोतSiC सिरॅमिक्स आणि इतरसिरेमिक साहित्यसेमीकंडक्टर मॅन्युफॅक्चरिंगमध्ये लागू, तुमच्याकडे काही चौकशी असल्यास किंवा अतिरिक्त तपशीलांची आवश्यकता असल्यास, कृपया आमच्याशी संपर्क साधण्यास अजिबात संकोच करू नका.

संपर्क फोन: +86-13567891907

ईमेल: sales@semicorex.com