Өндөр цэвэршилттэй цахиурын карбид керамик бэлтгэх технологийн дэвшил

Өндөр цэвэршилттэй цахиурын карбид (SiC) керамик нь онцгой дулаан дамжуулалт, химийн тогтвортой байдал, механик бат бөх чанараараа хагас дамжуулагч, сансар судлал, химийн үйлдвэрлэлийн чухал бүрэлдэхүүн хэсгүүдэд тохиромжтой материал болж гарч ирсэн. Өндөр хүчин чадалтай, бага бохирдолтой керамик төхөөрөмжүүдийн эрэлт хэрэгцээ нэмэгдэж байгаатай холбогдуулан өндөр цэвэршилттэй SiC керамикийн үр ашигтай, өргөтгөх боломжтой бэлтгэх технологийг хөгжүүлэх нь дэлхийн судалгааны гол чиглэл болсон. Энэхүү өгүүлэлд дахин талстжуулалтын хайлуулах, даралтгүй хайлуулах (PS), халуун шахалт (HP), оч плазмын хайлуулах (SPS), нэмэлт үйлдвэрлэл (AM) зэрэг өндөр цэвэршилттэй SiC керамикийн одоогийн гол бэлтгэх аргуудыг системтэйгээр авч үзэж, хайлуулах механизм, гол параметрүүд, материалын шинж чанар, үйл явц бүрийн одоо байгаа бэрхшээлүүдийг хэлэлцэхэд анхаарлаа хандуулсан болно.

SiC керамикийг цэргийн болон инженерийн салбарт хэрэглэх нь

Одоогийн байдлаар өндөр цэвэршилттэй SiC керамик эд ангиудыг цахиурын вафли үйлдвэрлэх тоног төхөөрөмжид өргөн ашиглаж, исэлдэлт, литографи, сийлбэр, ионы суулгац зэрэг үндсэн процессуудад оролцдог. Вафли технологийн дэвшлийн ачаар вафлины хэмжээг нэмэгдүүлэх нь чухал чиг хандлага болж байна. Одоогийн байдлаар вафлины гол хэмжээ нь 300 мм бөгөөд өртөг болон үйлдвэрлэлийн хүчин чадлын хооронд сайн тэнцвэрийг бий болгож байна. Гэсэн хэдий ч Мурын хуулиар 450 мм-ийн вафлиг олноор үйлдвэрлэх нь аль хэдийн хэлэлцэх асуудал болж байна. Том вафли нь гажуудал, деформацид тэсвэртэй байхын тулд илүү өндөр бүтцийн бат бөх чанарыг шаарддаг бөгөөд энэ нь том хэмжээтэй, өндөр бат бэх, өндөр цэвэршилттэй SiC керамик эд ангиудын эрэлт хэрэгцээг улам бүр нэмэгдүүлдэг. Сүүлийн жилүүдэд хэв шаарддаггүй хурдан туршилтын технологи болох нэмэлт үйлдвэрлэл (3D хэвлэх) нь давхарга бүрээр нь бүтээх, уян хатан дизайны чадварын ачаар нарийн төвөгтэй бүтэцтэй SiC керамик эд анги үйлдвэрлэхэд асар их боломжийг харуулж, өргөн хүрээний анхаарлыг татаж байна.

Энэхүү өгүүлэлд өндөр цэвэршилттэй SiC керамикийн таван төлөөллийн бэлтгэлийн аргыг системтэйгээр шинжилж, тэдгээрийн шатаах механизм, процессын оновчлолын стратеги, материалын гүйцэтгэлийн шинж чанар, үйлдвэрлэлийн хэрэглээний хэтийн төлөвт анхаарлаа хандуулах болно.

Өндөр цэвэршилттэй цахиурын карбидын түүхий эдийн шаардлага

I. Дахин талстжуулалтын синтез

Дахин талсжуулсан цахиурын карбид (RSiC) нь 2100–2500°C өндөр температурт хайлуулах хэрэгсэлгүйгээр бэлтгэсэн өндөр цэвэршилттэй SiC материал юм. Фредрикссон 19-р зууны сүүлчээр дахин талсжих үзэгдлийг анх нээснээс хойш RSiC нь цэвэр ширхэгийн хил хязгаар, шилэн фаз болон хольцгүй байдгаараа ихээхэн анхаарал татаж ирсэн. Өндөр температурт SiC нь харьцангуй өндөр уурын даралттай байдаг бөгөөд түүний хайлуулах механизм нь голчлон ууршилт-конденсацийн процессыг хамардаг: нарийн ширхэгүүд нь ууршиж, том ширхэгийн гадаргуу дээр дахин тунадасжиж, хүзүүний ургалтыг дэмжиж, ширхэгүүдийн хооронд шууд холбоо тогтоож, улмаар материалын бат бөх чанарыг нэмэгдүүлдэг.

1990 онд Кригесманн 2200°C-д гулсмал цутгах аргаар 79.1% харьцангуй нягтралтай RSiC бэлтгэсэн бөгөөд хөндлөн огтлол нь бүдүүн ширхэгтэй, нүх сүвээс бүрдсэн бичил бүтэцтэй болохыг харуулж байна. Үүний дараа И нар ногоон биетүүдийг бэлтгэхийн тулд гель цутгах аргыг ашиглаж, 2450°C-д шатааж, 2.53 г/см³ нягтралтай, 55.4 МПа гулзайлтын бат бэхтэй RSiC керамикийг гаргаж авсан.

RSiC-ийн SEM хугарлын гадаргуу

Нягт SiC-тэй харьцуулахад RSiC нь бага нягтралтай (ойролцоогоор 2.5 г/см³) ба 20% орчим нээлттэй сүвэрхэг чанартай тул өндөр бат бэхийн хэрэглээнд гүйцэтгэлийг нь хязгаарладаг. Тиймээс RSiC-ийн нягтрал болон механик шинж чанарыг сайжруулах нь судалгааны гол чиглэл болсон. Сунг нар хайлсан цахиурыг нүүрстөрөгч/β-SiC холимог нягтралд нэвчиж, 2200°C-д дахин талсжуулахыг санал болгосноор α-SiC бүдүүн ширхэгээс бүрдсэн сүлжээний бүтцийг амжилттай бүтээжээ. Үүссэн RSiC нь 2.7 г/см³ нягтралтай, 134 МПа гулзайлтын бат бэхтэй болж, өндөр температурт маш сайн механик тогтвортой байдлыг хадгалж чадсан.

Нягтралыг цаашид нэмэгдүүлэхийн тулд Гуо нар RSiC-ийг олон удаа боловсруулахад полимер нэвчилт ба пиролиз (PIP) технологийг ашигласан. PCS/ксилений уусмал болон SiC/PCS/ксилений зутанг нэвчилт болгон ашигласнаар 3-6 PIP мөчлөгийн дараа RSiC-ийн нягтрал нь нугалах бат бэхийн хамт мэдэгдэхүйц сайжирсан (2.90 г/см³ хүртэл). Нэмж дурдахад тэд PIP болон дахин талсжилтыг хослуулсан мөчлөгийн стратегийг санал болгосон: 1400°C-д пиролиз, дараа нь 2400°C-д дахин талсжилт хийж, бөөмсийн бөглөрлийг үр дүнтэй арилгаж, сүвэрхэг чанарыг бууруулсан. Эцсийн RSiC материал нь 2.99 г/см³ нягтралтай, 162.3 МПа нугалах бат бэхтэй болсон нь гайхалтай цогц гүйцэтгэлийг харуулсан.

Полимер шингээлт ба пиролиз (PIP)-дахин талсжих мөчлөгийн дараа өнгөлсөн RSiC-ийн бичил бүтцийн хувьслын SEM зургууд: Эхний RSiC (A), эхний PIP-дахин талсжих мөчлөгийн дараа (B), гурав дахь мөчлөгийн дараа (C)

II. Даралтгүй шаталт

Даралтгүй шатаах цахиурын карбид (SiC) керамикийг ихэвчлэн өндөр цэвэршилттэй, хэт нарийн ширхэгтэй SiC нунтаг түүхий эд болгон ашиглаж, бага хэмжээний шатаах туслах бодис нэмж, 1800–2150°C температурт идэвхгүй агаар мандал эсвэл вакуумд шатаах аргаар бэлтгэдэг. Энэ арга нь том хэмжээтэй, нарийн төвөгтэй бүтэцтэй керамик эд анги үйлдвэрлэхэд тохиромжтой. Гэсэн хэдий ч SiC нь голчлон ковалент холбоогоор холбогддог тул түүний өөрөө тархах коэффициент нь маш бага тул шатаах туслахгүйгээр нягтрал үүсгэхэд хэцүү болгодог.

Шатах механизмын дагуу даралтгүй шатаах ажиллагааг хоёр ангилалд хувааж болно: даралтгүй шингэн фазын шатаах (PLS-SiC) ба даралтгүй хатуу төлөвт шатаах (PSS-SiC).

1.1 PLS-SiC (Шингэн фазын хайлшжуулалт)

PLS-SiC-ийг ихэвчлэн 2000°C-аас доош температурт эвтектикийн шаталтын туслахуудын (Al₂O₃, CaO, MgO, TiO₂, ховор шороон исэл RE₂O₃ гэх мэт) ойролцоогоор 10 жингийн% нэмж шингэн фаз үүсгэн, бөөмсийн дахин зохион байгуулалт болон массын шилжилтийг дэмжиж нягтрал үүсгэдэг. Энэ процесс нь үйлдвэрлэлийн зориулалттай SiC керамикт тохиромжтой боловч шингэн фазын шаталтын аргаар өндөр цэвэршилттэй SiC-ийг гаргаж авсан тухай мэдээлэл байхгүй байна.

1.2 PSS-SiC (Хатуу төлөвт шатаах)

PSS-SiC нь 2000°C-аас дээш температурт ойролцоогоор 1 жингийн% нэмэлт ашиглан хатуу төлөвт нягтрал үүсгэдэг. Энэ процесс нь гадаргуугийн энергийг бууруулж, нягтралд хүрэхийн тулд голчлон өндөр температурын нөлөөгөөр атомын диффуз болон үр тарианы дахин зохион байгуулалтад суурилдаг. BC (бор-нүүрстөрөгч) систем нь үр тарианы хил хязгаарын энергийг бууруулж, SiO₂-г SiC гадаргуугаас зайлуулж чаддаг нийтлэг нэмэлт хослол юм. Гэсэн хэдий ч уламжлалт BC нэмэлтүүд нь ихэвчлэн үлдэгдэл хольцыг оруулж, SiC-ийн цэвэр байдлыг бууруулдаг.

Нэмэлт агууламжийг (B 0.4 жин, C 1.8 жин) хянаж, 2150°C-д 0.5 цагийн турш шатаах замаар 99.6 жин.% цэвэршилттэй, 98.4% харьцангуй нягтралтай өндөр цэвэршилттэй SiC керамикийг гаргаж авсан. Микро бүтэц нь багана хэлбэртэй мөхлөгүүд (зарим нь 450 мкм-ээс урт), мөхлөгийн хил дээр жижиг нүх сүв, мөхлөгийн дотор бал чулуун хэсгүүд байгааг харуулсан. Керамик нь өрөөний температураас 600°C хүртэлх хугацаанд 443 ± 27 МПа гулзайлтын бат бэх, 420 ± 1 ГПа уян хатан модуль, 3.84 × 10⁻⁶ K⁻¹ дулааны тэлэлтийн коэффициенттэй байсан нь ерөнхийдөө маш сайн гүйцэтгэлийг харуулсан.

PSS-SiC-ийн бичил бүтэц: (A) Өнгөлгөө болон NaOH сийлбэрийн дараах SEM дүрс; (BD) Өнгөлгөө болон сийлбэрийн дараах BSD дүрс

III. Халуун шахалтын аргаар шатаах

Халуун шахалт (HP) хайлуулах нь өндөр температур болон өндөр даралтын нөхцөлд нунтаг материалд дулаан болон нэг тэнхлэгт даралтыг нэгэн зэрэг хэрэглэдэг нягтруулах арга юм. Өндөр даралт нь нүх сүв үүсэхийг мэдэгдэхүйц дарангуйлж, үр тарианы ургалтыг хязгаарладаг бол өндөр температур нь үр тарианы нэгдэл болон өтгөн бүтэц үүсэхийг дэмжиж, эцэст нь өндөр нягтралтай, өндөр цэвэршилттэй SiC керамик үүсгэдэг. Шахалтын чиглэлийн шинж чанараас шалтгаалан энэ процесс нь үр тарианы анизотропийг өдөөж, механик болон элэгдлийн шинж чанарт нөлөөлдөг.

Цэвэр SiC керамикийг нэмэлтгүйгээр нягтруулахад хэцүү тул хэт өндөр даралттай хайлуулах шаардлагатай. Надо нар 2500°C ба 5000 МПа температурт нэмэлтгүйгээр бүрэн нягт SiC-г амжилттай бэлтгэсэн; Сан нар 25 GPa ба 1400°C температурт 41.5 GPa хүртэлх Викерсийн хатуулагтай β-SiC задгай материалыг гаргаж авсан. 4 GPa даралт ашиглан 1500°C ба 1900°C температурт тус тус ойролцоогоор 98% ба 99% харьцангуй нягтралтай, 35 GPa хатуулагтай, 450 GPa уян хатан модультай SiC керамикийг бэлтгэсэн. 5 GPa ба 1500°C температурт микрон хэмжээтэй SiC нунтагыг хайлуулахад 31.3 GPa хатуулагтай, 98.4% харьцангуй нягтралтай керамик гарган авсан.

Эдгээр үр дүнгүүд нь хэт өндөр даралт нь нэмэлтгүй нягтралд хүрч болохыг харуулж байгаа боловч шаардлагатай тоног төхөөрөмжийн нарийн төвөгтэй байдал, өндөр өртөг нь үйлдвэрлэлийн хэрэглээг хязгаарладаг. Тиймээс практик бэлтгэлд ул мөрийн нэмэлт эсвэл нунтаг мөхлөгийг ихэвчлэн хайлуулах хөдөлгөгч хүчийг нэмэгдүүлэхэд ашигладаг.

Нэмэлт болгон 4 жингийн% фенолын давирхайг нэмж, 2350°C ба 50 МПа температурт шатаах замаар 92% нягтралын түвшин, 99.998% цэвэршилттэй SiC керамикийг гаргаж авсан. Бага нэмэлт хэмжээ (борын хүчил ба D-фруктоз) ​​ашиглан 2050°C ба 40 МПа температурт шатаах замаар харьцангуй нягтрал >99.5%, үлдэгдэл B агууламж ердөө 556 ppm өндөр цэвэршилттэй SiC бэлтгэсэн. SEM зургуудаас харахад даралтгүй шатаах дээжтэй харьцуулахад халуун шахалттай дээж нь жижиг ширхэгтэй, цөөн нүх сүвтэй, өндөр нягтралтай байв. Гулзайлтын бат бэх нь 453.7 ± 44.9 МПа байсан бөгөөд уян хатан модуль нь 444.3 ± 1.1 ГПа хүрсэн байна.

1900°C-д барих хугацааг уртасгаснаар үр тарианы хэмжээ 1.5 μм-ээс 1.8 μм болж нэмэгдэж, дулаан дамжуулалт 155-аас 167 W·m⁻¹·K⁻¹ болж сайжирсан бөгөөд плазмын зэврэлтээс хамгаалах чадварыг нэмэгдүүлсэн.

1850°C ба 30 МПа температурт мөхлөгжүүлсэн болон шарсан SiC нунтагыг халуунаар шахаж, хурдан халуунаар шахаж, нэмэлтгүйгээр бүрэн нягт β-SiC керамик гаргаж авсан бөгөөд нягтрал нь 3.2 г/см³, шаталтын температур нь уламжлалт процессоос 150-200°C бага байв. Керамик нь 2729 ГПа хатуулаг, хугарлын бат бөх чанар 5.25-5.30 МПа·м^1/2, маш сайн мөлхөх эсэргүүцэлтэй байв (1400°C/1450°C ба 100 МПа температурт мөлхөх хурд 9.9 × 10⁻¹⁰ s⁻¹ ба 3.8 × 10⁻⁹ s⁻¹).

(A) Өнгөлсөн гадаргуугийн SEM зураг; (B) Хагарлын гадаргуугийн SEM зураг; (C, D) Өнгөлсөн гадаргуугийн BSD зураг

Пьезоэлектрик керамикийн 3D хэвлэлийн судалгаанд керамик зутан нь хэлбэржүүлэлт болон гүйцэтгэлд нөлөөлдөг гол хүчин зүйл болох нь дотоод болон олон улсын хэмжээнд гол анхаарал хандуулж байна. Одоогийн судалгаагаар нунтаг ширхэгийн хэмжээ, зутангийн зуурамтгай чанар, хатуу бодисын агууламж зэрэг үзүүлэлтүүд нь эцсийн бүтээгдэхүүний хэлбэржүүлэлтийн чанар болон пьезоэлектрик шинж чанарт мэдэгдэхүйц нөлөөлдөг болохыг харуулж байна.

Судалгаагаар микрон, субмикрон болон нано хэмжээтэй барийн титанатын нунтаг ашиглан бэлтгэсэн керамик зутан нь стереолитографийн (жишээ нь, LCD-SLA) процесст мэдэгдэхүйц ялгааг харуулдаг болохыг тогтоожээ. Бөөмийн хэмжээ багасах тусам зутангийн зуурамтгай чанар мэдэгдэхүйц нэмэгдэж, нано хэмжээтэй нунтаг нь тэрбум мПа·с хүртэл зуурамтгай чанар бүхий зутан үүсгэдэг. Микрон хэмжээтэй нунтагтай зутан нь хэвлэх явцад хальслах, хальслах хандлагатай байдаг бол субмикрон болон нано хэмжээтэй нунтаг нь илүү тогтвортой үүсэх шинж чанартай байдаг. Өндөр температурт хайлуулах процессын дараа үүссэн керамик дээж нь 5.44 г/см³ нягтралтай, пьезоэлектрик коэффициент (d₃₃) нь ойролцоогоор 200 pC/N, алдагдлын коэффициент багатай, маш сайн цахилгаан механик хариу урвалын шинж чанартай болсон.

Үүнээс гадна, микро стереолитографийн процесст PZT төрлийн зутангийн хатуу агууламжийг (жишээ нь, 75 жингийн%) тохируулахад 7.35 г/см³ нягтралтай шатсан биетүүд гарч ирсэн бөгөөд туйлшралын цахилгаан талбайн дор 600 pC/N хүртэл пьезоэлектрик тогтмолыг бий болгосон. Микро хэмжээний деформацийн нөхөн олговрын судалгаа нь хэлбэржүүлэх нарийвчлалыг мэдэгдэхүйц сайжруулж, геометрийн нарийвчлалыг 80% хүртэл нэмэгдүүлсэн.

PMN-PT пьезоэлектрик керамикийн өөр нэг судалгаагаар хатуу агууламж нь керамик бүтэц болон цахилгаан шинж чанарт чухал нөлөө үзүүлдэг болохыг тогтоожээ. 80 жингийн% хатуу агууламжтай үед керамикт дайвар бүтээгдэхүүн амархан гарч ирдэг; хатуу агууламж 82 жингийн% ба түүнээс дээш болж нэмэгдэхэд дайвар бүтээгдэхүүн аажмаар алга болж, керамик бүтэц нь илүү цэвэр болж, гүйцэтгэл нь мэдэгдэхүйц сайжирсан. 82 жингийн% үед керамик нь оновчтой цахилгаан шинж чанарыг харуулсан: пьезоэлектрик тогтмол 730 pC/N, харьцангуй диэлектрик нэвчилт 7226, диэлектрик алдагдал ердөө 0.07 байна.

Товчхондоо, керамик зуурмагийн бөөмийн хэмжээ, хатуу агууламж, реологийн шинж чанарууд нь хэвлэх процессын тогтвортой байдал, нарийвчлалд нөлөөлөхөөс гадна шатаасан биетүүдийн нягтрал болон пьезоэлектрик хариу үйлдлийг шууд тодорхойлдог бөгөөд энэ нь өндөр хүчин чадалтай 3D хэвлэмэл пьезоэлектрик керамик үйлдвэрлэх гол параметр болдог.

BT/UV дээжийг LCD-SLA 3D хэвлэх үндсэн үйл явц

Өөр өөр хатуу агууламжтай PMN-PT керамикийн шинж чанарууд

IV. Оч плазмын синтез

Оч плазмын хайлуулах (SPS) нь хурдан нягтралд хүрэхийн тулд нунтагт импульсийн гүйдэл болон механик даралтыг нэгэн зэрэг ашигладаг дэвшилтэт хайлуулах технологи юм. Энэ процесст гүйдэл нь хэв болон нунтагыг шууд халааж, Жоуль дулаан болон плазм үүсгэж, богино хугацаанд (ихэвчлэн 10 минутын дотор) үр дүнтэй хайлуулах боломжийг олгодог. Хурдан халаах нь гадаргуугийн тархалтыг дэмждэг бол оч хаях нь нунтаг гадаргуугаас адсорбцлогдсон хий болон исэл давхаргыг арилгахад тусалдаг бөгөөд хайлуулах гүйцэтгэлийг сайжруулдаг. Цахилгаан соронзон орны өдөөгдсөн цахилгаан шилжилтийн нөлөө нь атомын тархалтыг нэмэгдүүлдэг.

Уламжлалт халуун шахалттай харьцуулахад SPS нь илүү шууд халаалтыг ашигладаг бөгөөд энэ нь бага температурт нягтруулах боломжийг олгодог бөгөөд үр тарианы ургалтыг үр дүнтэй дарангуйлж, нарийн, жигд бичил бүтэц бий болгодог. Жишээлбэл:

• Нэмэлтгүйгээр нунтагласан SiC нунтагыг түүхий эд болгон ашиглаж, 2100°C температурт болон 70 МПа-д 30 минутын турш шатаахад 98% харьцангуй нягтралтай дээж гарган авсан.
• 1700°C температурт болон 40 МПа-д 10 минутын турш хайлуулахад 98% нягтралтай, ердөө 30-50 нм ширхэгийн хэмжээтэй куб SiC үүсгэсэн.
• 80 µм мөхлөгт SiC нунтаг ашиглан 1860°C ба 50 МПа температурт 5 минутын турш шатаахад 98.5% харьцангуй нягтралтай, 28.5 ГПа Викерсийн микро хатуулагтай, 395 МПа гулзайлтын бат бэхтэй, 4.5 МПа·м^1/2 хугарлын бат бэхтэй өндөр хүчин чадалтай SiC керамик үүссэн.

Микро бүтцийн шинжилгээгээр хайлуулах температур 1600°C-аас 1860°C хүртэл нэмэгдэхэд материалын сүвэрхэг чанар мэдэгдэхүйц буурч, өндөр температурт бүрэн нягтралд ойртдог болохыг харуулсан.

Өөр өөр температурт хайлуулсан SiC керамикийн бичил бүтэц: (A) 1600°C, (B) 1700°C, (C) 1790°C ба (D) 1860°C

V. Нэмэлт үйлдвэрлэл

Нэмэлт үйлдвэрлэл (AM) нь давхарга бүрээр нь бүтээх үйл явцын ачаар нарийн төвөгтэй керамик эд анги үйлдвэрлэхэд саяхан асар их боломжийг харуулсан. SiC керамикийн хувьд холбогч тийрэлтэт (BJ), 3DP, сонгомол лазер хайлуулах (SLS), шууд бэхээр бичих (DIW), стереолитографи (SL, DLP) зэрэг олон төрлийн AM технологиудыг боловсруулсан. Гэсэн хэдий ч 3DP болон DIW нь нарийвчлал багатай байдаг бол SLS нь дулааны стресс, хагарал үүсгэдэг хандлагатай байдаг. Үүний эсрэгээр BJ болон SL нь өндөр цэвэршилттэй, өндөр нарийвчлалтай нарийн төвөгтэй керамик үйлдвэрлэхэд илүү давуу талтай байдаг.

1. Биндэрийн тийрэлтэт (BJ)

BJ технологи нь холбогчийг давхаргаар нь холбогч нунтаг болгон шүршиж, дараа нь холбогчийг цэвэрлэж, эцсийн керамик бүтээгдэхүүнийг гарган авах үйл явцыг хамардаг. BJ-г химийн уурын нэвчилт (CVI)-тай хослуулан өндөр цэвэршилттэй, бүрэн талстжсан SiC керамикийг амжилттай бэлтгэсэн. Энэ үйл явцад дараахь зүйлс орно.

1 BJ ашиглан SiC керамик ногоон биет үүсгэх.
2 1000°C ба 200 Торр температурт CVI-ээр дамжуулан нягтруулна.
3 Эцсийн SiC керамик нь 2.95 г/см³ нягтралтай, 37 Вт/м·К дулаан дамжуулалттай, 297 МПа гулзайлтын бат бэхтэй байв.

Наалдамхай тийрэлтэт (BJ) хэвлэх бүдүүвч диаграмм. (A) Компьютерийн тусламжтай дизайн (CAD) загвар, (B) BJ зарчмын бүдүүвч диаграмм, (C) SiC-г BJ-ээр хэвлэх, (D) химийн уурын нэвчилтээр (CVI) SiC-г нягтруулах.

2. Стереолитографи (SL)

SL нь маш өндөр нарийвчлалтай, нарийн төвөгтэй бүтэцтэй үйлдвэрлэх чадвартай, хэт ягаан туяанд суурилсан керамик хэлбэржүүлэх технологи юм. Энэ арга нь өндөр хатуу агууламжтай, бага зуурамтгай чанартай гэрэл мэдрэмтгий керамик зутанг ашиглан фотополимержилтийн аргаар 3D керамик ногоон биетийг үүсгэж, дараа нь холбогч болон өндөр температурт шатаах замаар эцсийн бүтээгдэхүүнийг гаргаж авдаг.

35 вольтын % SiC зутан ашиглан өндөр чанартай 3D ногоон биетүүдийг 405 нм хэт ягаан туяаны цацрагийн дор бэлтгэж, 800°C-д полимер шатаах болон PIP боловсруулалтаар нягтруулсан. Үр дүнгээс харахад 35 вольтын % зутангаар бэлтгэсэн дээжүүд нь 84.8% харьцангуй нягтралтай байсан нь хяналтын бүлгүүдийн 30% ба 40%-ийн үзүүлэлтээс давсан үзүүлэлт юм.

Зуурмагийг өөрчлөхийн тулд липофиль SiO₂ болон фенолын эпокси давирхай (PEA)-г нэвтрүүлснээр фотополимержих гүйцэтгэлийг үр дүнтэй сайжруулсан. 1600°C-д 4 цагийн турш шатаасны дараа бараг бүрэн SiC болж хувирсан бөгөөд эцсийн хүчилтөрөгчийн агууламж ердөө 0.12% байсан нь өндөр цэвэршилттэй, нарийн төвөгтэй бүтэцтэй SiC керамикийг урьдчилан исэлдүүлэх эсвэл нэвчилтийн өмнөх алхамгүйгээр нэг үе шаттайгаар үйлдвэрлэх боломжийг олгосон.

Хэвлэх бүтэц болон түүнийг шатаах процессын жишээ. (A) 25°C-д хатаасны дараа, (B) 1000°C-д пиролизийн дараа, (C) 1600°C-д шатаалтын дараа дээжийн гадаад төрх байдал.

Стереолитографийн 3D хэвлэх зориулалттай гэрэл мэдрэмтгий Si₃N₄ керамик зутанг зохион бүтээж, холбогч-урьдчилан боловсруулах болон өндөр температурт хөгшрөлтийн процессыг ашиглан 93.3% онолын нягтралтай, 279.8 МПа суналтын бат бэх, 308.5–333.2 МПа нугалах бат бэхтэй Si₃N₄ керамикийг бэлтгэсэн. Судалгаагаар 45 эзэлхүүний хатуу агууламжтай, 10 секундын өртөлтийн нөхцөлд IT77 түвшний хатууралтын нарийвчлалтай нэг давхаргат ногоон биетийг гаргаж авах боломжтой болохыг тогтоожээ. 0.1 °C/мин халаалтын хурдтай бага температурт холбогч процесс нь хагаралгүй ногоон биетийг бий болгоход тусалсан.

Шахмалжуулалт нь стереолитографийн эцсийн гүйцэтгэлд нөлөөлдөг гол алхам юм. Судалгаанаас харахад шатамхай бодисын туслах бодис нэмэх нь керамик нягтрал болон механик шинж чанарыг үр дүнтэй сайжруулж чадна. CeO₂-г шатамхай бодисын туслах бодис болгон болон цахилгаан талбайн тусламжтайгаар шатамхай бодисын технологийг ашиглан өндөр нягтралтай Si₃N₄ керамик бэлтгэхэд CeO₂ нь үр тарианы хил дээр ялгарч, үр тарианы хил хязгаарыг гулсуулж, нягтруулдаг болохыг тогтоожээ. Үүссэн керамик нь Викерсийн HV10/10 хатуулаг (1347.9 ± 2.4) ба хугарлын бат бөх чанар (6.57 ± 0.07) МПа·м¹/²-ийг харуулсан. MgO–Y₂O₃-ийг нэмэлт болгон ашигласнаар керамик бичил бүтцийн нэгэн төрлийн байдал сайжирч, гүйцэтгэлийг мэдэгдэхүйц сайжруулсан. Нийт 8 жингийн түвшинд, гулзайлтын бат бэх ба дулаан дамжуулалт тус тус 915.54 МПа ба 59.58 Вт·м⁻¹·К⁻¹ хүрсэн.

VI. Дүгнэлт

Товчхондоо, өндөр цэвэршилттэй цахиурын карбид (SiC) керамик нь инженерийн гайхалтай керамик материал болохын хувьд хагас дамжуулагч, сансар судлал, онцгой нөхцөлд ажиллах тоног төхөөрөмжид өргөн хэрэглээний хэтийн төлөвийг харуулсан. Энэхүү өгүүлэлд өндөр цэвэршилттэй SiC керамикийн таван ердийн бэлтгэлийн аргыг системтэйгээр шинжилсэн бөгөөд эдгээр нь дахин талстжуулалтын хайлуулах, даралтгүй хайлуулах, халуун шахах, оч плазмын хайлуулах, нэмэлт үйлдвэрлэл бөгөөд тэдгээрийн нягтруулах механизм, гол параметрийн оновчлол, материалын гүйцэтгэл, харгалзах давуу болон сул талуудын талаар дэлгэрэнгүй хэлэлцсэн болно.

Өндөр цэвэршилт, өндөр нягтрал, нарийн төвөгтэй бүтэц, үйлдвэрлэлийн хэрэгжилтийг хангах тал дээр өөр өөр процессууд тус бүр өвөрмөц онцлогтой байдаг нь илэрхий юм. Нэмэлт үйлдвэрлэлийн технологи нь нарийн төвөгтэй хэлбэртэй, захиалгат эд анги үйлдвэрлэхэд өндөр боломжийг харуулсан бөгөөд стереолитографи, холбогч тийрэлтэт технологи зэрэг дэд салбаруудад нээлт хийсэн нь өндөр цэвэршилттэй SiC керамик бэлтгэлийн чухал хөгжлийн чиглэл болгож байна.

Өндөр цэвэршилттэй SiC керамик бэлтгэх ирээдүйн судалгааг илүү гүнзгий судлах шаардлагатай бөгөөд ингэснээр лабораторийн хэмжээнээс том хэмжээний, өндөр найдвартай инженерийн хэрэглээнд шилжих шилжилтийг дэмжих, улмаар өндөр зэрэглэлийн тоног төхөөрөмж үйлдвэрлэл болон дараагийн үеийн мэдээллийн технологид чухал материалын дэмжлэг үзүүлэх шаардлагатай.

XKH нь өндөр хүчин чадалтай керамик материалын судалгаа, үйлдвэрлэлд мэргэшсэн өндөр технологийн аж ахуйн нэгж юм. Энэ нь өндөр цэвэршилттэй цахиурын карбид (SiC) керамик хэлбэрээр хэрэглэгчдэд зориулсан захиалгат шийдлүүдийг санал болгоход зориулагдсан. Тус компани нь дэвшилтэт материал бэлтгэх технологи, нарийн боловсруулалтын чадвартай. Түүний бизнес нь өндөр хүчин чадалтай керамик эд ангиудын хагас дамжуулагч, шинэ эрчим хүч, сансар судлал болон бусад салбарын хатуу шаардлагыг хангасан өндөр цэвэршилттэй SiC керамикийн судалгаа, үйлдвэрлэл, нарийн боловсруулалт, гадаргуугийн боловсруулалтыг хамардаг. Төлөвшсөн хайлуулах процесс болон нэмэлт үйлдвэрлэлийн технологийг ашиглан бид хэрэглэгчдэд материалын томъёог оновчтой болгох, нарийн бүтэц бүрдүүлэхээс эхлээд нарийн боловсруулалт хүртэл нэг цэгийн үйлчилгээг санал болгож, бүтээгдэхүүн нь маш сайн механик шинж чанар, дулааны тогтвортой байдал, зэврэлтээс хамгаалах чадвартай байхыг баталгаажуулж чадна.