Silikon nitridi (Si₃N₄) keramika ilg'or strukturali keramika sifatida yuqori haroratga chidamlilik, yuqori quvvat, yuqori qattiqlik, yuqori qattiqlik, o'rmalanish qarshiligi, oksidlanishga chidamlilik va aşınma qarshilik kabi ajoyib xususiyatlarga ega. Bundan tashqari, ular yaxshi termal zarba qarshiligini, dielektrik xususiyatlarni, yuqori issiqlik o'tkazuvchanligini va yuqori chastotali elektromagnit to'lqinlarni uzatishning ajoyib ishlashini taklif qiladi. Ushbu ajoyib kompleks xususiyatlar ularni murakkab tarkibiy qismlarda, ayniqsa aerokosmik va boshqa yuqori texnologiyali sohalarda keng qo'llashga imkon beradi.
Biroq, Si₃N₄ kuchli kovalent bog'lanishga ega bo'lgan birikma bo'lib, barqaror tuzilishga ega bo'lib, faqat qattiq holatdagi diffuziya orqali yuqori zichlikka sinterlashni qiyinlashtiradi. Sinterlashni rag'batlantirish uchun metall oksidlari (MgO, CaO, Al₂O₃) va nodir tuproq oksidlari (Yb₂O₃, Y₂O₃, Lu₂O₃, CeO₂) kabi sinterlash vositalari suyuq fazali sinterlash mexanizmi orqali zichlashni osonlashtirish uchun qo'shiladi.
Hozirgi vaqtda global yarimo'tkazgichli qurilmalar texnologiyasi yuqori kuchlanish, katta oqim va katta quvvat zichligi tomon rivojlanmoqda. Si₃N₄ keramika ishlab chiqarish usullari bo'yicha tadqiqotlar keng qamrovli. Ushbu maqola silikon nitridli keramika zichligi va keng qamrovli mexanik xususiyatlarini samarali yaxshilaydigan sinterlash jarayonlarini taqdim etadi.
Si₃N₄ Seramika uchun umumiy sinterlash usullari
Turli xil sinterlash usullari bilan tayyorlangan Si₃N₄ keramika samaradorligini taqqoslash
1. Reaktiv sinterlash (RS):Reaktiv sinterlash sanoatda Si₃N₄ keramika tayyorlash uchun ishlatiladigan birinchi usul edi. Bu oddiy, tejamkor va murakkab shakllarni shakllantirishga qodir. Biroq, u uzoq ishlab chiqarish tsikliga ega, bu sanoat miqyosida ishlab chiqarish uchun qulay emas.
2. Bosimsiz sinterlash (PLS):Bu eng asosiy va oddiy sinterlash jarayonidir. Biroq, bu yuqori sifatli Si₃N₄ xom ashyoni talab qiladi va ko'pincha pastroq zichlik, sezilarli qisqarish va yorilish yoki deformatsiyaga moyil bo'lgan keramikalarga olib keladi.
3. Issiq pressda sinterlash (HP):Bir o'qli mexanik bosimni qo'llash sinterlash uchun harakatlantiruvchi kuchni oshiradi, bu esa zich keramikalarni bosimsiz sinterlashda ishlatiladiganlardan 100-200 ° S past haroratlarda ishlab chiqarish imkonini beradi. Ushbu usul odatda nisbatan oddiy blok shaklidagi keramika ishlab chiqarish uchun ishlatiladi, ammo substrat materiallari uchun qalinligi va shakli talablariga javob berish qiyin.
4. Spark Plazma Sinterlash (SPS):SPS tez sinterlash, donni tozalash va sinterlash haroratining pasayishi bilan tavsiflanadi. Biroq, SPS uskunalarga katta sarmoya talab qiladi va SPS orqali yuqori issiqlik o'tkazuvchanligi Si₃N₄ keramika tayyorlash hali ham tajriba bosqichida va hali sanoatlashtirilmagan.
5. Gaz bosimini sinterlash (GPS):Gaz bosimini qo'llash orqali bu usul yuqori haroratlarda keramika parchalanishini va vazn yo'qotishini inhibe qiladi. Yuqori zichlikdagi keramika ishlab chiqarish osonroq va ommaviy ishlab chiqarish imkonini beradi. Biroq, bir bosqichli gaz bosimini sinterlash jarayoni bir xil ichki va tashqi rang va tuzilishga ega bo'lgan tarkibiy qismlarni ishlab chiqarish uchun kurashadi. Ikki bosqichli yoki ko'p bosqichli sinterlash jarayonidan foydalanish intergranulyar kislorod miqdorini sezilarli darajada kamaytirishi, issiqlik o'tkazuvchanligini yaxshilash va umumiy xususiyatlarni yaxshilashi mumkin.
Shu bilan birga, ikki bosqichli gaz bosimini sinterlashning yuqori sinterlash harorati oldingi tadqiqotlarni asosan yuqori issiqlik o'tkazuvchanligi va xona haroratida egilish kuchiga ega Si₃N₄ seramika substratlarini tayyorlashga qaratilgan. Keng qamrovli mexanik xususiyatlarga va yuqori haroratli mexanik xususiyatlarga ega Si₃N₄ keramika bo'yicha tadqiqotlar nisbatan cheklangan.
Si₃N₄ uchun gaz-bosimli ikki bosqichli sinterlash usuli
Yang Chjou va Chongqing Texnologiya Universitetidagi hamkasblari 1800 ° C da bir bosqichli va ikki bosqichli gaz bosimini sinterlash jarayonlaridan foydalangan holda Si₃N₄ keramika tayyorlash uchun 5 og'irlikdagi Yb₂O₃ + 5 og'irlikdagi% Al₂O₃ sinterlash yordami tizimidan foydalanganlar. Ikki bosqichli sinterlash jarayonida ishlab chiqarilgan Si₃N₄ keramika yuqori zichlikka va yaxshi keng qamrovli mexanik xususiyatlarga ega edi. Quyida bir bosqichli va ikki bosqichli gaz bosimli sinterlash jarayonlarining Si₃N₄ keramika komponentlarining mikro tuzilishi va mexanik xususiyatlariga ta'siri jamlangan.
Zichlik Si₃N₄ zichlash jarayoni odatda bosqichlar o'rtasida bir-biriga mos keladigan uch bosqichni o'z ichiga oladi. Birinchi bosqich - zarrachalarning qayta joylashishi va ikkinchi bosqich - erish - cho'kish - zichlashtirishning eng muhim bosqichlari. Ushbu bosqichlarda etarli reaktsiya vaqti namuna zichligini sezilarli darajada yaxshilaydi. Ikki bosqichli sinterlash jarayoni uchun sinterlashdan oldingi harorat 1600 ° C ga o'rnatilganda, b-Si₃N₄ donalari ramka hosil qiladi va yopiq teshiklarni hosil qiladi. Oldindan sinterlangandan so'ng, yuqori harorat va azot bosimi ostida qo'shimcha isitish suyuqlik-fazali oqim va to'ldirishni rag'batlantiradi, bu esa yopiq teshiklarni yo'q qilishga yordam beradi va Si₃N₄ keramika zichligini yanada oshiradi. Shuning uchun, ikki bosqichli sinterlash jarayoni tomonidan ishlab chiqarilgan namunalar bir bosqichli sinterlash bilan ishlab chiqarilganlarga qaraganda yuqori zichlik va nisbiy zichlikni ko'rsatadi.
Faza va mikrostruktura Bir bosqichli sinterlash jarayonida zarrachalarni qayta tartibga solish va don chegarasi tarqalishi uchun vaqt cheklangan. Ikki bosqichli sinterlash jarayonida birinchi bosqich past haroratda va past gaz bosimida amalga oshiriladi, bu zarrachalarni qayta tashkil etish vaqtini uzaytiradi va kattaroq donalarga olib keladi. Keyin harorat yuqori haroratli bosqichga ko'tariladi, bu erda donalar Ostvald pishib etish jarayoni orqali o'sishda davom etadi va yuqori zichlikdagi Si₃N₄ keramika hosil qiladi.
Mexanik xususiyatlar Yuqori haroratlarda intergranular fazaning yumshashi kuchning pasayishining asosiy sababidir. Bir bosqichli sinterlashda g'ayritabiiy don o'sishi donalar orasida kichik teshiklarni hosil qiladi, bu esa yuqori harorat kuchining sezilarli yaxshilanishiga to'sqinlik qiladi. Shu bilan birga, ikki bosqichli sinterlash jarayonida shisha faza, don chegaralarida bir xil tarzda taqsimlanadi va bir xil o'lchamdagi donalar intergranular kuchni oshiradi, natijada yuqori haroratli bükme kuchi yuqori bo'ladi.
Xulosa qilib aytadigan bo'lsak, bir bosqichli sinterlash paytida uzoq vaqt ushlab turish ichki g'ovaklikni samarali ravishda kamaytirishi va bir xil ichki rang va tuzilishga erishishi mumkin, ammo ba'zi mexanik xususiyatlarni buzadigan g'ayritabiiy don o'sishiga olib kelishi mumkin. Ikki bosqichli sinterlash jarayonini qo'llash orqali - zarrachalarni qayta joylashish vaqtini uzaytirish uchun past haroratli oldindan sinterlash va donning bir xil o'sishini ta'minlash uchun yuqori haroratda ushlab turish - nisbiy zichligi 98,25%, bir xil mikro tuzilma va mukammal keng qamrovli mexanik xususiyatlarga ega Si₃N₄ keramika. muvaffaqiyatli tayyorlanishi mumkin.
| Ism | Substrat | Epitaksial qatlam tarkibi | Epitaksial jarayon | Epitaksial muhit |
| Silikon gomoepitaksial | Si | Si | Bug 'fazasi epitaksisi (VPE) | SiCl4+H2 |
| Kremniyning heteroepitaksial | Safir yoki shpinel | Si | Bug 'fazasi epitaksisi (VPE) | SiH₄+H₂ |
| GaAs gomoepitaksial | GaAs | GaAs GaAs | Bug 'fazasi epitaksisi (VPE) | AsCl₃+Ga+H₂ (Ar) |
| GaAs | GaAs GaAs | Molekulyar nur epitaksisi (MBE) | Ga+As | |
| GaAs heteroepitaksial | GaAs GaAs | GaAlAs/GaAs/GaAlAs | Suyuq faza epitaksisi (LPE) Bug 'fazasi (VPE) | Ga+Al+CaAs+ H2 Ga+AsH3+PH3+CHl+H2 |
| GaP gomoepitaksial | GaP | GaP(GaP;N) | Suyuq faza epitaksisi (LPE) Suyuq faza epitaksisi (LPE) | Ga+GaP+H2+(NH3) Ga+GaAs+GaP+NH3 |
| Super panjara | GaAs | GaAlAs/GaAs (tsikl) | Molekulyar nur epitaksisi (MBE) MOCVD | Ca, As, Al GaR₃+AlR3+AsH3+H2 |
| InP gomoepitaksial | InP | InP | Bug 'fazasi epitaksisi (VPE) Suyuq faza epitaksisi (LPE) | PCl3+In+H2 In+InAs+GaAs+InP+H₂ |
| Si/GaAs epitaksisi | Si | GaAs | Molekulyar nur epitaksisi (MBE) MOGVD | Ga, As GaR₃+AsH₃+H₂ |
Xat vaqti: 24-dekabr 2024-yil