אַדוואַנסאַז אין הויך-ריינקייט סיליקאָן קאַרבייד קעראַמיק צוגרייטונג טעקנאַלאַדזשיז

הויך-ריינקייט סיליקאן קאַרבייד (SiC) קעראַמיקס זענען ארויסגעקומען ווי אידעאַלע מאַטעריאַלן פֿאַר קריטישע קאָמפּאָנענטן אין האַלב-קאָנדוקטאָר, אַעראָספּייס און כעמישע אינדוסטריעס צוליב זייער אויסערגעוויינלעכער טערמישער קאַנדאַקטיוויטי, כעמישע פעסטקייט און מעכאַנישע שטאַרקייט. מיט די וואַקסנדיקע פאָדערונגען פֿאַר הויך-פאָרשטעלונג, נידעריק-פאַרפּעסטיקונג קעראַמישע דעוויסעס, איז די אַנטוויקלונג פון עפֿעקטיווע און סקאַלירבאַרע צוגרייטונג טעכנאָלאָגיעס פֿאַר הויך-ריינקייט SiC קעראַמיקס געוואָרן אַ גלאָבאַלע פאָרשונג פאָקוס. די פּאַפּיר רעצענזירט סיסטעמאַטיש די איצטיקע הויפּט צוגרייטונג מעטאָדן פֿאַר הויך-ריינקייט SiC קעראַמיקס, אַרייַנגערעכנט רעקריסטאַליזאַציע סינטערינג, דרוקלאָז סינטערינג (PS), הייס פּרעסינג (HP), ספּאַרק פּלאַזמע סינטערינג (SPS) און אַדאַטיוו מאַנופאַקטורינג (AM), מיט אַ טראָפּ אויף דיסקוטירן די סינטערינג מעקאַניזמען, שליסל פּאַראַמעטערס, מאַטעריאַל פּראָפּערטיעס און יגזיסטינג טשאַלאַנדזשיז פון יעדן פּראָצעס.

די אַפּליקאַציע פון SiC קעראַמיק אין די מיליטערישע און אינזשעניריע פעלדער

איצט ווערן הויך-ריינקייט SiC קעראַמישע קאָמפּאָנענטן ברייט גענוצט אין סיליקאָן וועיפער פאַבריקאַציע עקוויפּמענט, און נעמען אָנטייל אין קערן פּראָצעסן ווי אַקסאַדיישאַן, ליטאָגראַפֿיע, עטשינג און יאָן ימפּלאַנטיישאַן. מיטן פֿאָרשריט פֿון וועיפער טעכנאָלאָגיע, איז די פֿאַרגרעסערונג פֿון וועיפער גרייסן געוואָרן אַ באַדייטנדיקער גאַנג. די איצטיקע הויפּטשטראָם וועיפער גרייס איז 300 מם, וואָס דערגרייכט אַ גוטע וואָג צווישן קאָסטן און פּראָדוקציע קאַפּאַציטעט. אָבער, געטריבן דורך מור'ס געזעץ, איז די מאַסע פּראָדוקציע פֿון 450 מם וועיפער שוין אויף דער אַגענדאַ. גרעסערע וועיפער דאַרפֿן טיפּיש העכערע סטרוקטורעלע שטאַרקייט צו אַנטקעגנשטעלנ זיך וואָרפּינג און דעפֿאָרמאַציע, וואָס פֿאָרט ווייטער די וואַקסנדיקע נאָכפֿראַגע פֿאַר גרויסע, הויך-שטאַרקייט, הויך-ריינקייט SiC קעראַמישע קאָמפּאָנענטן. אין די לעצטע יאָרן, האָט אַדיטיוו מאַנופֿאַקטורינג (3D דרוקן), ווי אַ שנעלע פּראָוטאַטייפּינג טעכנאָלאָגיע וואָס דאַרף נישט קיין פורמען, דעמאָנסטרירט אַ ריזיקן פּאָטענציאַל אין דער פֿאַבריקאַציע פֿון קאָמפּלעקס-סטרוקטורירטע SiC קעראַמישע טיילן צוליב איר שיכט-ביי-שיכט קאָנסטרוקציע און פֿלעקסיבלע פּלאַן קייפּאַבילאַטיז, וואָס ציט ברייטע אויפֿמערקזאַמקייט.

די דאזיגע פאפיר וועט סיסטעמאטיש אנאליזירן פינף רעפרעזענטאטיווע צוגרייטונג מעטאדן פאר הויך-ריינקייט SiC קעראמיקס - רעקריסטאליזאציע סינטערינג, דרוקלאז סינטערינג, הייס פרעסינג, ספּאַרק פּלאַזמע סינטערינג, און אַדאַטיוו מאַנופאַקטורינג - פאָקוסירנדיק אויף זייערע סינטערינג מעקאַניזמען, פּראָצעס אָפּטימיזאַציע סטראַטעגיעס, מאַטעריאַל פאָרשטעלונג קעראַקטעריסטיקס, און ינדאַסטריאַל אַפּלאַקיישאַן פּראַספּעקס.

הויך-ריינקייט סיליקאָן קאַרבייד רוי מאַטעריאַל רעקווייערמענץ

I. רעקריסטאַליזאַציע סינטערינג

רעקריסטאַליזירט סיליקאָן קאַרבייד (RSiC) איז אַ הויך-ריינקייט SiC מאַטעריאַל צוגעגרייט אָן סינטערינג הילף ביי הויך טעמפּעראַטורן פון 2100-2500°C. זינט פרעדריקסאָן האָט ערשט אַנטדעקט דעם רעקריסטאַליזאַציע דערשיינונג אין די שפּעט 19טן יאָרהונדערט, האָט RSiC באַקומען באַדייטנדיקע ופֿמערקזאַמקייט צוליב זיינע ריינע קערל גרענעצן און אָפּוועזנהייט פֿון גלאָז פֿאַזעס און פֿאַרפּעסטיקונגען. ביי הויך טעמפּעראַטורן, ווייזט SiC אַ רעלאַטיוו הויכן פארע דרוק, און זיין סינטערינג מעקאַניזם באַשטייט בפֿרט פֿון אַ פֿאַרדאַמפּונג-קאָנדענסאַציע פּראָצעס: פֿײַנע קערלעך פֿאַרדאַמפּפֿן און ווידער אָפּזעצן אויף די ייבערפֿלאַכן פֿון גרעסערע קערלעך, וואָס פֿאַרשטאַרקט האַלדז וווּקס און דירעקט פֿאַרבינדונג צווישן קערלעך, דערמיט פֿאַרשטאַרקנדיק מאַטעריאַל שטאַרקייט.

אין 1990, האט קריגעסמאן צוגעגרייט RSiC מיט א רעלאטיווער געדיכטקייט פון 79.1% ניצנדיק גליטש-קאסטן ביי 2200°C, מיטן קראָס-סעקציע וואָס ווייזט א מיקראָסטרוקטור צוזאַמענגעשטעלט פון גראָבע קערלעך און פּאָרן. דערנאָך, האבן יי און אַנדערע גענוצט געל-קאסטן צו צוגרייטן גרינע קערפּערס און זיי געסינטערט ביי 2450°C, באַקומענדיג RSiC קעראַמיק מיט א מאַסע געדיכטקייט פון 2.53 ג/קמ³ און א בייג-שטאַרקייט פון 55.4 MPa.

די SEM בראָך ייבערפלאַך פון RSiC

קאַמפּערד צו געדיכטן SiC, האט RSiC אַ נידעריקערע געדיכטקייט (אומגעפער 2.5 ג/קמ³) און בערך 20% אָפֿענע פּאָראָסיטעט, וואָס באַגרענעצט זיין פאָרשטעלונג אין הויך-שטאַרקייט אַפּליקאַציעס. דעריבער, איז פֿאַרבעסערן די געדיכטקייט און מעכאַנישע אייגנשאַפֿטן פֿון RSiC געוואָרן אַ שליסל פֿאָרשונג פֿאָקוס. סונג און אַנדערע האָבן פֿאָרגעלייגט אינפֿילטרירן געשמאָלצן סיליקאָן אין קאַרבאָן/β-SiC געמישטע קאָמפּאַקטן און ריקריסטאַליזירן ביי 2200°C, און דערפֿאָלגרײַך קאָנסטרויִרן אַ נעץ סטרוקטור צוזאַמענגעשטעלט פֿון α-SiC גראָבע גריינז. דער רעזולטאַט RSiC האָט דערגרייכט אַ געדיכטקייט פֿון 2.7 ג/קמ³ און אַ בייגונג שטאַרקייט פֿון 134 MPa, און האַלט אַן אויסגעצייכנטע מעכאַנישע סטאַביליטעט ביי הויכע טעמפּעראַטורן.

כדי ווייטער צו פארבעסערן די געדיכטקייט, האבן גואָ און אנדערע גענוצט פּאָלימער אינפילטראַציע און פּיראָליזיס (PIP) טעכנאָלאָגיע פאר קייפל באַהאַנדלונגען פון RSiC. ניצנדיק PCS/קסילען לייזונגען און SiC/PCS/קסילען סלאַריז ווי אינפילטראַנץ, נאָך 3-6 PIP ציקלען, איז די געדיכטקייט פון RSiC באַדייטנד פארבעסערט געוואָרן (ביז 2.90 ג/קמ³), צוזאַמען מיט זיין בייגונג שטאַרקייט. דערצו, האבן זיי פארגעשטעלט א ציקלישע סטראַטעגיע וואָס קאָמבינירט PIP און רעקריסטאַליזאַציע: פּיראָליזיס ביי 1400°C נאכגעפאלגט דורך רעקריסטאַליזאַציע ביי 2400°C, עפעקטיוו רייניגנדיק פּאַרטיקל בלאַקאַדזשאַז און רעדוצירנדיק פּאָראָסיטי. דער לעצטער RSiC מאַטעריאַל האט דערגרייכט א געדיכטקייט פון 2.99 ג/קמ³ און א בייגונג שטאַרקייט פון 162.3 MPa, דעמאָנסטרירנדיק אויסגעצייכנטע קאָמפּרעהענסיווע פאָרשטעלונג.

SEM בילדער פון דער מיקראָסטרוקטור עוואָלוציע פון פּאָלירט RSiC נאָך פּאָלימער ימפּרעגניישאַן און פּיראָליזיס (PIP)-רעקריסטאַליזאַציע ציקלען: ערשט RSiC (A), נאָך דעם ערשטן PIP-רעקריסטאַליזאַציע ציקל (B), און נאָך דעם דריטן ציקל (C)

II. דרוקלאָז סינטערינג

דרוקלאָז-געסינטערטע סיליקאָן קאַרבייד (SiC) קעראַמיקס ווערן טיפּיש צוגעגרייט מיט הויך-ריינקייט, אולטראַפיין SiC פּודער ווי רוי מאַטעריאַל, מיט קליינע מאָסן פון סינטערינג הילף-מיטלען צוגעגעבן, און געסינטערט אין אַן ינערט אַטמאָספער אָדער וואַקוום ביי 1800-2150°C. די מעטאָדע איז פּאַסיק פֿאַר פּראָדוצירן גרויס-גרייס און קאָמפּלעקס-סטרוקטורירטע קעראַמישע קאָמפּאָנענטן. אָבער, ווייַל SiC איז בפֿרט קאָוואַלענטלי געבונדן, איז זיין זיך-דיפוזיע קאָעפֿיציענט גאָר נידעריק, וואָס מאַכט דענסיפיקאַציע שווער אָן סינטערינג הילף-מיטלען.

באַזירט אויף דעם סינטערינג מעקאַניזאַם, קען מען צעטיילט דרוקלאָזע סינטערינג אין צוויי קאַטעגאָריעס: דרוקלאָזע פליסיק-פאַסע סינטערינג (PLS-SiC) און דרוקלאָזע האַרט-שטאַט סינטערינג (PSS-SiC).

1.1 PLS-SiC (פליסיק-פאזע סינטערינג)

PLS-SiC ווערט טיפּיש געסינטערט אונטער 2000°C דורך צולייגן בערך 10% פון עוטעקטיש סינטערינג הילף-מיטלען (ווי Al₂O₃, CaO, MgO, TiO₂, און זעלטן-ערד אָקסיידן RE₂O₃) צו פארמירן א פליסיקע פאזע, וואס פארשפרייט פארטיקל איבערריכטונג און מאסע טראנספער צו דערגרייכן פארדעכטיגונג. דער פראצעס איז פאסיג פאר אינדוסטריעל-קלאס SiC קעראמיקס, אבער עס זענען נישט געווען קיין באריכטן וועגן הויך-ריינקייט SiC דערגרייכט דורך פליסיק-פאזע סינטערינג.

1.2 PSS-SiC (סאָליד-סטעיט סינטערינג)

PSS-SiC באַשטייט פון האַרטע-שטאַט דענסיפיקאַציע ביי טעמפּעראַטורן העכער 2000°C מיט אַרום 1% פון אַדיטיוון. דער פּראָצעס באַשטייט דער הויפּט אויף אַטאָמישע דיפוזיע און קערל ריעריינדזשמאַנט געטריבן דורך הויכע טעמפּעראַטורן צו רעדוצירן ייבערפלאַך ענערגיע און דערגרייכן דענסיפיקאַציע. די BC (באָר-קאַרבאָן) סיסטעם איז אַ געוויינטלעכע אַדיטיוו קאָמבינאַציע, וואָס קען נידעריקערן קערל גרענעץ ענערגיע און אַראָפּנעמען SiO₂ פון דער SiC ייבערפלאַך. אָבער, טראַדיציאָנעלע BC אַדיטיוון אָפט פירן איין רעשטלעך אומריינקייטן, וואָס רעדוצירן SiC ריינקייט.

דורך קאנטראלירן דעם צוגאב אינהאלט (B 0.4 wt.%, C 1.8 wt.%) און סינטערן ביי 2150°C פאר 0.5 שעה, זענען באקומען געווארן הויך-ריינקייט SiC קעראמיקס מיט א ריינקייט פון 99.6 wt.% און א רעלאטיווע געדיכטקייט פון 98.4%. די מיקראסטרוקטור האט געוויזן זייל-גריינז (געוויסע לענגער ווי 450 µm), מיט קליינע פארן ביי די גרענעצן פון די גרינז און גראַפיט פּאַרטיקלען אינעווייניק פון די גרינז. די קעראמיקס האבן אויסגעוויזן א בייגונג שטאַרקייט פון 443 ± 27 MPa, אן עלאַסטישן מאָדולוס פון 420 ± 1 GPa, און א טערמישן אויסברייטונג קאָעפיציענט פון 3.84 × 10⁻⁶ K⁻¹ אין די קייט פון צימער טעמפּעראַטור ביז 600°C, דעמאָנסטרירנדיק אן אויסגעצייכנטע אַלגעמיינע פאָרשטעלונג.

מיקראָסטרוקטור פון PSS-SiC: (א) SEM בילד נאָך פּאָלירן און NaOH עטשינג; (BD) BSD בילדער נאָך פּאָלירן און עטשינג

III. הייסע פרעסינג סינטערינג

הייס פּרעסינג (HP) סינטערינג איז אַ דענסיפיקאַציע טעכניק וואָס סיימאַלטייניאַסלי אַפּלייז היץ און יוניאַקסיאַל דרוק צו פּודער מאַטעריאַלס אונטער הויך-טעמפּעראַטור און הויך-דרוק באדינגונגען. הויך דרוק ינכיבאַץ באַדייטנד פּאָרע פאָרמירונג און לימיטירט קערל וווּקס, בשעת הויך טעמפּעראַטור פּראַמאָוטאַד קערל פוסיאָן און די פאָרמירונג פון געדיכטע סטראַקטשערז, לעסאָף פּראַדוסינג הויך-געדיכטיק, הויך-ריינקייַט SiC קעראַמיקס. רעכט צו דער דירעקציאָנעל נאַטור פון פּרעסינג, דעם פּראָצעס טענדז צו פאַראורזאַכן קערל אַניזאָטראָפּי, אַפעקטינג מעכאַנישע און טראָגן פּראָפּערטיעס.

ריינע SiC קעראַמיקס זענען שווער צו פארדיכטן אָן צוגעגעבענע מאַטעריאַלן, וואָס דאַרפן סינטערינג מיט אַולטראַהויך דרוק. נאַדאָ און אַנדערע האָבן מצליח געווען צו צוגרייטן גאָר געדיכטן SiC אָן צוגעגעבענע מאַטעריאַלן ביי 2500°C און 5000 MPa; זון און אַנדערע האָבן באַקומען β-SiC מאַסע מאַטעריאַלן מיט אַ וויקערס כאַרדנאַס פון ביז 41.5 GPa ביי 25 GPa און 1400°C. ניצנדיק 4 GPa דרוק, זענען SiC קעראַמיקס מיט רעלאַטיווע געדיכטקייטן פון אַפּראָקסימאַטלי 98% און 99%, כאַרדנאַס פון 35 GPa, און עלאַסטישן מאָדולוס פון 450 GPa צוגעגרייט געוואָרן ביי 1500°C און 1900°C, ריספּעקטיוולי. סינטערינג פון מיקראָן-גרייס SiC פּודער ביי 5 GPa און 1500°C האָט געגעבן קעראַמיקס מיט אַ כאַרדנאַס פון 31.3 GPa און אַ רעלאַטיווע געדיכטקייט פון 98.4%.

כאָטש די רעזולטאַטן ווייַזן אַז אולטראַהויכע דרוק קען דערגרייכן אַדיטיוו-פֿרייע דענסיפיקאַציע, די קאָמפּלעקסיטי און הויכע קאָסטן פֿון די נויטיקע עקוויפּמענט באַגרענעצן אינדוסטריעלע אַפּליקאַציעס. דעריבער, אין פּראַקטישער צוגרייטונג, ווערן טראַסע אַדיטיוון אָדער פּודער גראַניאַליישאַן אָפֿט געניצט צו פֿאַרבעסערן די סינטערינג טרייבקראַפט.

דורך צולייגן 4 וואָג% פענאָליש רעזין ווי אַן אַדיטיוו און סינטערן ביי 2350°C און 50 MPa, זענען באַקומען געוואָרן SiC קעראַמיקס מיט אַ דענסיפיקאַציע קורס פון 92% און ריינקייט פון 99.998%. ניצנדיק נידעריקע אַדיטיוו מאָסן (באָריק זויער און D-פראַקטאָז) און סינטערן ביי 2050°C און 40 MPa, איז צוגעגרייט געוואָרן הויך-ריינקייט SiC מיט אַ רעלאַטיווער געדיכטקייט >99.5% און רעזידועל B אינהאַלט פון בלויז 556 ppm. SEM בילדער האָבן געוויזן אַז, קאַמפּערד צו דרוקלאָז-געסינטערטע מוסטערן, האָבן הייס-געפּרעסטע מוסטערן געהאַט קלענערע גריינז, ווייניקער פּאָרן, און העכערע געדיכטקייט. די בייגונג שטאַרקייט איז געווען 453.7 ± 44.9 MPa, און דער עלאַסטישער מאָדולוס האָט דערגרייכט 444.3 ± 1.1 GPa.

דורך פארלענגערן די האלט-צייט ביי 1900°C, איז די קערנדל גרייס געוואקסן פון 1.5 מיקראָמעטער צו 1.8 מיקראָמעטער, און די טערמישע קאנדוקטיוויטעט האט זיך פארבעסערט פון 155 צו 167 וו·מ⁻¹·K⁻¹, בשעת אויך פארבעסערט די פלאזמע קאראזיע קעגנשטעל.

אונטער באדינגונגען פון 1850°C און 30 MPa, האט הייס פרעסינג און שנעל הייס פרעסינג פון גראַניולירט און אויסגעגליכן SiC פּודער געגעבן גאָר געדיכט β-SiC קעראַמיק אָן קיין אַדיטיוון, מיט אַ געדיכטקייט פון 3.2 ג/קמ³ און אַ סינטערינג טעמפּעראַטור 150–200°C נידעריקער ווי טראַדיציאָנעלע פּראָצעסן. די קעראַמיק האט אויסגעשטעלט אַ כאַרדנאַס פון 2729 GPa, בראָך טאַפנאַס פון 5.25–5.30 MPa·m^1/2, און ויסגעצייכנט קריך קעגנשטעל (קריך ראַטעס פון 9.9 × 10⁻¹⁰ s⁻¹ און 3.8 × 10⁻⁹ s⁻¹ ביי 1400°C/1450°C און 100 MPa).

(א) SEM בילד פון דער פאלירטער ייבערפלאך; (ב) SEM בילד פון דער בראָך-ייבערפלאך; (ג, ד) BSD בילד פון דער פאלירטער ייבערפלאך

אין 3D דרוקן פאָרשונג פֿאַר פּיעזאָעלעקטרישע קעראַמיק, קעראַמיק סלאַרי, ווי דער קערן פאַקטאָר וואָס השפּעה האָט אויף פֿאָרמינג און פאָרשטעלונג, איז געוואָרן אַ שליסל פאָקוס אין לאַנד און אינטערנאַציאָנאַל. איצטיקע שטודיעס ווײַזן בכלל אַז פּאַראַמעטערס ווי פּודער פּאַרטיקל גרייס, סלאַרי וויסקאָסיטי, און האַרט אינהאַלט האָבן אַ באַטייטיק השפּעה אויף די פֿאָרמינג קוואַליטעט און פּיעזאָעלעקטרישע אייגנשאַפֿטן פֿון די לעצט פּראָדוקט.

פאָרשונג האט געפונען אַז קעראַמישע סלאַריז צוגעגרייט מיט מיקראָן-, סובמיקראָן-, און נאַנאָ-גרייס באַריום טיטאַנאַט פּודערס ווייַזן באַדייטנדיקע אונטערשיידן אין סטערעאָליטהאָגראַפי (למשל, LCD-SLA) פּראָצעסן. ווי פּאַרטיקל גרייס פאַרקלענערט זיך, וואַקסט די וויסקאָסיטי פון די סלאַרי באַדייטנד, מיט נאַנאָ-גרייס פּודערס וואָס פּראָדוצירן סלאַריז מיט וויסקאָסיטיעס וואָס דערגרייכן ביליאָנען mPa·s. סלאַריז מיט מיקראָן-גרייס פּודערס זענען פּראָנע צו דעלאַמינאַציע און שאָלעכץ בעת דרוקן, בשעת סובמיקראָן און נאַנאָ-גרייס פּודערס ווייַזן אַ מער סטאַביל פאָרמינג נאַטור. נאָך הויך-טעמפּעראַטור סינטערינג, די ריזאַלטינג קעראַמישע סאַמפּאַלז דערגרייכט אַ געדיכטקייט פון 5.44 ג/קמ³, אַ פּיעזאָעלעקטריק קאָואַפישאַנט (d₃₃) פון בעערעך 200 pC/N, און נידעריק אָנווער פאַקטאָרן, ווייַזן ויסגעצייכנט עלעקטראָמעכאַנישע ענטפער פּראָפּערטיעס.

דערצו, אין מיקראָ-סטערעאָליטהאָגראַפי פּראָצעסן, האָט אַדזשאַסטינג די סאָליד אינהאַלט פון PZT-טיפּ סלאַריז (למשל, 75 wt.%) געגעבן סינטערד קערפּערס מיט אַ געדיכטקייט פון 7.35 ג/קמ³, דערגרייכנדיק אַ פּיעזאָעלעקטרישע קאָנסטאַנט פון ביז 600 pC/N אונטער פּאָולינג עלעקטרישע פעלדער. פאָרשונג אויף מיקראָ-וואָג דעפאָרמאַציע קאָמפּענסאַציע האָט באַדייטנד פֿאַרבעסערט פֿאָרמינג אַקיעראַסי, ענכאַנסינג דזשיאַמעטרישע פּינקטלעכקייט מיט ביז 80%.

נאך א שטודיע אויף PMN-PT פּיעזאָעלעקטרישע קעראַמיקס האט געוויזן אז האַרטע אינהאַלט האט א קריטישן איינפלוס אויף דער קעראַמישער סטרוקטור און עלעקטרישע אייגנשאַפטן. ביי 80 wt.% האַרטע אינהאַלט, זענען בייפּראָדוקטן לייכט ארויסגעקומען אין דער קעראַמיק; ווי דער האַרטער אינהאַלט איז געוואַקסן צו 82 wt.% און העכער, זענען בייפּראָדוקטן ביסלעכווייַז פאַרשוואונדן, און די קעראַמישע סטרוקטור איז געוואָרן ריינער, מיט באַדייטנד פֿאַרבעסערטע פאָרשטעלונג. ביי 82 wt.%, האָבן די קעראַמיקס אויסגעוויזן אָפּטימאַלע עלעקטרישע אייגנשאַפטן: אַ פּיעזאָעלעקטרישע קאָנסטאַנטע פון 730 pC/N, רעלאַטיווע פּערמיטיוויטי פון 7226, און דיעלעקטרישער פארלוסט פון בלויז 0.07.

אין קורצן, פּאַרטיקל גרייס, סאָליד אינהאַלט, און רעאָלאָגישע אייגנשאַפטן פון קעראַמישע סלאַריז ניט בלויז אַפעקטירן די פעסטקייט און אַקיעראַסי פון די דרוק פּראָצעס, אָבער אויך גלייַך באַשטימען די געדיכטקייט און פּיעזאָעלעקטרישע ענטפער פון סינטערד ללבער, מאכן זיי שליסל פּאַראַמעטערס פֿאַר דערגרייכן הויך-פאָרשטעלונג 3D-געדרוקט פּיעזאָעלעקטרישע קעראַמיקס.

דער הויפּט פּראָצעס פון LCD-SLA 3D דרוקן פון BT/UV סאַמפּאַלז

די אייגנשאפטן פון PMN-PT קעראַמיק מיט פאַרשידענע האַרטע אינהאַלטן

IV. ספּאַרק פּלאַזמע סינטערינג

שפּאַרק פּלאַזמע סינטערינג (SPS) איז אַן אַוואַנסירטע סינטערינג טעכנאָלאָגיע וואָס ניצט פּולסירטן קראַנט און מעכאַנישן דרוק סיימאַלטייניאַסלי אַפּליייד צו פּודערס צו דערגרייכן שנעלע דענסיפיקאַציע. אין דעם פּראָצעס, דער קראַנט גלייך וואַרעמט די פורעם און פּודער, דזשענערייטינג דזשול היץ און פּלאַזמע, וואָס אַלאַוז עפעקטיוו סינטערינג אין אַ קורצער צייט (טיפּיקלי ין 10 מינוט). שנעל הייצונג פּראַמאָוטאַז ייבערפלאַך דיפיוזשאַן, בשעת שפּאַרק דיסטשאַרדזש העלפּס באַזייַטיקן אַדסאָרבעד גאַזן און אָקסייד לייַערס פון פּודער סערפאַסיז, ימפּרוווינג סינטערינג פאָרשטעלונג. דער עלעקטראָמיגראַטיאָן ווירקונג ינדוסט דורך עלעקטראָמאַגנעטישע פעלדער אויך ענכאַנסיז אַטאָמישע דיפיוזשאַן.

קאַמפּערד צו טראַדיציאָנעל הייס פּרעסינג, ניצט SPS מער דירעקט הייצונג, וואָס ערמעגליכט דענסיפיקאַציע ביי נידעריקער טעמפּעראַטורן בשעת עפעקטיוולי ינכיבאַטינג קערל וווּקס צו באַקומען פייַן און מונדיר מיקראָסטרוקטורעס. למשל:

• אָן צוגעגעבענע מאַטעריאַלן, ניצנדיק געמאָלן SiC פּודער ווי רוי מאַטעריאַל, סינטערינג ביי 2100°C און 70 MPa פֿאַר 30 מינוט, האָט געגעבן מוסטערן מיט 98% רעלאַטיווע געדיכטקייט.
• סינטערן ביי 1700°C און 40 MPa פאר 10 מינוט האט פראדוצירט קוביק SiC מיט 98% געדיכטקייט און קערל גרייסן פון בלויז 30-50 נאַנאָמעטער.
• ניצן 80 µm גראַנולאַר SiC פּודער און סינטערינג ביי 1860°C און 50 MPa פֿאַר 5 מינוט האָט רעזולטירט אין הויך-פּערפאָרמאַנס SiC קעראַמיק מיט 98.5% רעלאַטיווע געדיכטקייט, וויקערס מיקראָכאַרדנאַס פון 28.5 GPa, בייגן שטאַרקייט פון 395 MPa, און בראָך טאַפנאַס פון 4.5 MPa·m^1/2.

מיקראָסטרוקטורעלע אַנאַליז האָט געוויזן אַז ווי די סינטערינג טעמפּעראַטור איז געשטיגן פון 1600°C צו 1860°C, האָט די מאַטעריאַל פּאָראָסיטי באַדייטנד פאַרקלענערט זיך, און האָט זיך דערנענטערט צו דער פולער געדיכטקייט ביי הויכע טעמפּעראַטורן.

די מיקראָסטרוקטור פון SiC קעראַמיק סינטערד ביי פאַרשידענע טעמפּעראַטורן: (A) 1600°C, (B) 1700°C, (C) 1790°C און (D) 1860°C

V. אַדיטיוו מאַנופאַקטורינג

אַדיטיוו מאַנופאַקטורינג (AM) האט לעצטנס דעמאָנסטרירט ריזיק פּאָטענציאַל אין פאַבריצירן קאָמפּלעקס קעראַמיק קאָמפּאָנענטן רעכט צו זיין שיכט-ביי-שיכט קאַנסטראַקשאַן פּראָצעס. פֿאַר SiC קעראַמיק, קייפל AM טעקנאַלאַדזשיז זענען דעוועלאָפּעד געוואָרן, אַרייַנגערעכנט בינדער דזשעטינג (BJ), 3DP, סעלעקטיוו לאַזער סינטערינג (SLS), דירעקט טינט שרייבן (DIW), און סטערעאָליטהאָגראַפי (SL, DLP). אָבער, 3DP און DIW האָבן נידעריקער פּינקטלעכקייט, בשעת SLS טענד צו פאַראורזאַכן טערמישע דרוק און ריסן. אין קאַנטראַסט, BJ און SL פאָרשלאָגן גרעסערע אַדוואַנידזשיז אין פּראָדוצירן הויך-ריינקייט, הויך-פּינקטלעכקייט קאָמפּלעקס קעראַמיק.

1. בינדער דזשעטינג (BJ)

BJ טעכנאָלאָגיע באַשטייט פון שפּריצן שיכט-ביי-שיכט פון בינדער צו בונד פּודער, נאכגעפאָלגט דורך דעבינדינג און סינטערינג צו באַקומען דעם לעצטן קעראַמישן פּראָדוקט. דורך קאָמבינירן BJ מיט כעמישער פארע אינפילטראַציע (CVI), זענען הויך-ריינקייט, גאָר קריסטאַלינע SiC קעראַמיקס געראָטן צוגעגרייט געוואָרן. דער פּראָצעס באַשטייט פון:

① שאַפֿן SiC קעראַמישע גרינע קערפּערס מיט BJ.
② דענסיפֿיקירן דורך CVI ביי 1000°C און 200 טאָר.
③ די לעצטע SiC קעראַמיק האט געהאט אַ געדיכטקייט פון 2.95 ג/קמ³, טערמישע קאַנדאַקטיוויטי פון 37 וו/מ·ק, און בייגן שטאַרקייט פון 297 MPa.

סכעמאטישע דיאַגראַמע פון קלעפּיק דזשעט (BJ) דרוקן. (א) קאָמפּיוטער-געשטיצטע פּלאַן (CAD) מאָדעל, (ב) סכעמאטישע דיאַגראַמע פון BJ פּרינציפּ, (C) דרוקן פון SiC דורך BJ, (D) דענסיפיקאַציע פון SiC דורך כעמישע פארע אינפילטראַציע (CVI)

2. סטערעאָליטהאָגראַפי (SL)

SL איז אַ UV-היילונג-באַזירטע קעראַמישע פאָרמירונג טעכנאָלאָגיע מיט גאָר הויכער פּינטלעכקייט און קאָמפּלעקסע סטרוקטור פאַבריקאַציע קייפּאַבילאַטיז. די מעטאָדע ניצט פאָטאָסענסיטיוו קעראַמישע סלאַריז מיט הויך סאָליד אינהאַלט און נידעריק וויסקאָסיטי צו פאָרמירן 3D קעראַמישע גרינע ללבער דורך פאָטאָפּאָלימעריזאַציע, נאכגעגאנגען דורך דעבינדינג און הויך-טעמפּעראַטור סינטערינג צו באַקומען די לעצט פּראָדוקט.

ניצנדיק אַ 35 וואָל.% SiC שלייַם, זענען הויך-קוואַליטעט 3D גרינע קערפּערס צוגעגרייט געוואָרן אונטער 405 נם UV באַשטראַלונג און ווייטער דענסאַפייד דורך פּאָלימער בערנאַוט ביי 800°C און PIP באַהאַנדלונג. רעזולטאַטן האָבן געוויזן אַז מוסטערן צוגעגרייט מיט 35 וואָל.% שלייַם האָבן דערגרייכט אַ רעלאַטיווע געדיכטקייט פון 84.8%, וואָס האָט איבערגעשטיגן די 30% און 40% קאָנטראָל גרופּעס.

דורך איינפירן ליפאפילישע SiO₂ און פענאלישע עפאקסי רעזין (PEA) צו מאדיפיצירן די סלערי, איז די פאטאפאלימעריזאציע פאָרשטעלונג עפעקטיוו פארבעסערט געווארן. נאך סינטערן ביי 1600°C פאר 4 שעה, איז כמעט-פולשטענדיגע קאנווערסיע צו SiC דערגרייכט געווארן, מיט א לעצטן זויערשטאף אינהאלט פון בלויז 0.12%, וואס האט ערמעגליכט איין-שריט פאבריקאציע פון הויך-ריינקייט, קאמפלעקס-סטרוקטורירטע SiC קעראמיקס אן פאר-אקסידאציע אדער פאר-אינפילטראציע טריט.

אילוסטראציע פון דער דרוק סטרוקטור און איר סינטערינג פראצעס. די אויסזען פון דער מוסטער נאך טריקענען ביי (א) 25°C, פּיראָליז ביי (ב) 1000°C, און סינטערינג ביי (ג) 1600°C.

דורך דיזיינען פאָטאָסענסיטיוו Si₃N₄ קעראַמיק סלאַריז פֿאַר סטערעאָליטהאָגראַפי 3D דרוקן און ניצן דעבינדינג-פּרעסינטערינג און הויך-טעמפּעראַטור אַלטערינג פּראָצעסן, Si₃N₄ קעראַמיקס מיט 93.3% טעאָרעטישע געדיכטקייט, טענסאַל שטאַרקייט פון 279.8 MPa, און בייגן שטאַרקייט פון 308.5–333.2 MPa זענען צוגעגרייט געוואָרן. שטודיעס האָבן געפֿונען אַז אונטער באַדינגונגען פון 45 וואָל.% האַרט אינהאַלט און 10 סעקונדעס ויסשטעלן צייט, קען מען באַקומען איין-שיכטע גרין קערפּערס מיט IT77-לעוועל קיורינג פּרעציזיע. א נידעריק-טעמפּעראַטור דעבינדינג פּראָצעס מיט אַ הייצונג קורס פון 0.1 °C/מינוט האָט געהאָלפֿן פּראָדוצירן ריס-פֿרייע גרין קערפּערס.

סינטערינג איז א שליסל שריט וואס באאיינפלוסט די לעצטע פאָרשטעלונג אין סטערעאָליטהאָגראַפי. פאָרשונג ווייזט אַז צולייגן סינטערינג הילף-מיטלען קען עפעקטיוו פֿאַרבעסערן קעראַמישע געדיכטקייט און מעכאַנישע אייגנשאַפטן. ניצן CeO₂ ווי אַ סינטערינג הילף און עלעקטריש פעלד-אַסיסטעד סינטערינג טעכנאָלאָגיע צו צוגרייטן הויך-געדיכטקייט Si₃N₄ קעראַמיקס, איז געפונען געוואָרן אַז CeO₂ צעשיידט זיך ביי קערל גרענעצן, וואָס פּראָמאָטירט קערל גרענעץ גליטשן און דענסיפיקאַציע. די רעזולטאַט קעראַמיקס האָבן אויסגעשטעלט וויקערס כאַרדנאַס פון HV10/10 (1347.9 ± 2.4) און בראָך טאַפנאַס פון (6.57 ± 0.07) MPa·m¹/². מיט MgO–Y₂O₃ ווי אַדאַטיווז, איז קעראַמישע מיקראָסטרוקטור כאָומאַדזשאַניטי פֿאַרבעסערט געוואָרן, וואָס האָט באַדייטנד פֿאַרבעסערט פאָרשטעלונג. ביי אַ גאַנץ דאָפּינג מדרגה פון 8 wt.%, האָבן בייגן שטאַרקייט און טערמישע קאַנדאַקטיוויטי דערגרייכט 915.54 MPa און 59.58 W·m⁻¹·K⁻¹, ריספּעקטיוולי.

VI. מסקנא

אין קורצן, הויך-ריינקייט סיליקאן קאַרבייד (SiC) קעראַמיקס, ווי אַן אויסגעצייכנט אינזשעניריע קעראַמיק מאַטעריאַל, האָבן דעמאָנסטרירט ברייטע אַפּליקאַציע פּראַספּעקטן אין האַלב-קאָנדוקטאָרן, אַעראָספּייס, און עקסטרעם-צושטאַנד ויסריכט. די פּאַפּיר האָט סיסטעמאַטיש אַנאַליזירט פינף טיפּישע צוגרייטונג רוטעס פֿאַר הויך-ריינקייט SiC קעראַמיקס - ריקריסטאַליזאַציע סינטערינג, דרוקלאָז סינטערינג, הייס פּרעסינג, ספּאַרק פּלאַזמע סינטערינג, און אַדאַטיוו מאַנופאַקטורינג - מיט דיטיילד דיסקוסיעס וועגן זייער דענסיפיקאַטיאָן מעקאַניזאַמז, שליסל פּאַראַמעטער אָפּטימיזאַציע, מאַטעריאַל פאָרשטעלונג, און ריספּעקטיוו אַדוואַנידזשיז און לימיטיישאַנז.

עס איז קלאָר אז יעדער פון די פארשידענע פּראָצעסן האט אייגענאַרטיקע כאַראַקטעריסטיקס אין טערמינען פון דערגרייכן הויך ריינקייט, הויך געדיכטקייט, קאָמפּלעקסע סטרוקטורן, און אינדוסטריעלע מעגלעכקייט. אַדיטיוו מאַנופאַקטורינג טעכנאָלאָגיע, ספּעציעל, האט געוויזן שטאַרק פּאָטענציאַל אין פאַבריצירן קאָמפּלעקס-פאָרמיגע און קאַסטאַמייזד קאָמפּאָנענטן, מיט דורכברוכן אין סובפיעלדס ווי סטערעאָליטהאָגראַפי און בינדער דזשעטינג, מאַכנדיג עס אַ וויכטיקע אַנטוויקלונג ריכטונג פֿאַר הויך-ריינקייט SiC קעראַמיק צוגרייטונג.

צוקונפטיגע פאָרשונג אויף הויך-ריינקייט SiC קעראַמיק צוגרייטונג דאַרף זיך פֿאַרטיפֿן אין דער וועלט, און העלפֿן דעם איבערגאַנג פֿון לאַבאָראַטאָריע-וואָג צו גרויס-וואָג, העכסט פֿאַרלעסלעכע אינזשעניריע אַפּליקאַציעס, און דערמיט צושטעלן קריטישע מאַטעריאַל שטיצע פֿאַר הויך-סוף ויסריכט פּראָדוקציע און נעקסטע-דור אינפֿאָרמאַציע טעקנאַלאַדזשיז.

XKH איז אַ הויך-טעק פירמע וואָס ספּעציאַליזירט זיך אין דער פאָרשונג און פּראָדוקציע פון הויך-פאָרשטעלונג קעראַמישע מאַטעריאַלן. עס איז דעדאַקייטאַד צו צושטעלן קאַסטאַמייזד סאַלושאַנז פֿאַר קאַסטאַמערז אין דער פאָרעם פון הויך-ריינקייט סיליקאָן קאַרבייד (SiC) קעראַמיקס. די פירמע פאַרמאָגט אַוואַנסירטע מאַטעריאַל צוגרייטונג טעקנאַלאַדזשיז און פּינקטלעך פּראַסעסינג קייפּאַבילאַטיז. איר געשעפט נעמט אַרום די פאָרשונג, פּראָדוקציע, פּינקטלעך פּראַסעסינג און ייבערפלאַך באַהאַנדלונג פון הויך-ריינקייט SiC קעראַמיקס, וואָס טרעפן די שטרענגע רעקווירעמענץ פון האַלב-קאָנדוקטאָר, נייַ ענערגיע, אַעראָספּייס און אנדערע פעלדער פֿאַר הויך-פאָרשטעלונג קעראַמישע קאָמפּאָנענטן. דורך נוצן דערוואַקסן סינטערינג פּראַסעסאַז און אַדאַטיוו מאַנופאַקטורינג טעקנאַלאַדזשיז, קענען מיר פאָרשלאָגן קאַסטאַמערז אַ איין-האַלטן סערוויס פון מאַטעריאַל פאָרמולע אָפּטימיזאַציע, קאָמפּלעקס סטרוקטור פאָרמירונג צו פּינקטלעך פּראַסעסינג, ענשורינג אַז די פּראָדוקטן פאַרמאָגן ויסגעצייכנט מעכאַנישע פּראָפּערטיעס, טערמאַל פעסטקייַט און קעראָוזשאַן קעגנשטעל.