Silicia nitruro (Si₃N₄) ceramikaĵo, kiel altnivela struktura ceramikaĵo, posedas bonegajn trajtojn kiel alta temperaturrezisto, alta forto, alta fortikeco, alta malmoleco, ŝtelrezisto, oksidiĝa rezisto kaj eluziĝorezisto. Aldone, ili ofertas bonan termikan ŝokon reziston, dielektrajn trajtojn, altan varmokonduktecon kaj bonegan altfrekvencan elektromagnetan ondo-transsendon. Ĉi tiuj elstaraj ampleksaj propraĵoj faras ilin vaste uzataj en kompleksaj strukturaj komponantoj, precipe en aerospacaj kaj aliaj altteknologiaj kampoj.
Tamen, Si₃N₄, estante kunmetaĵo kun fortaj kovalentaj ligoj, havas stabilan strukturon kiu malfaciligas sinteradon al alta denseco tra solidsubstanca difuzo sole. Por antaŭenigi sinterizadon, sinteraj helpoj, kiel ekzemple metaloksidoj (MgO, CaO, Al₂O₃) kaj rarateraj oksidoj (Yb₂O₃, Y₂O₃, Lu₂O₃, CeO₂), estas aldonitaj por faciligi densiĝon per likvafaza sintermekanismo.
Nuntempe, tutmonda semikonduktaĵa aparatteknologio progresas al pli altaj tensioj, pli grandaj fluoj kaj pli grandaj potencdensecoj. Esplorado en metodojn por fabrikado de Si₃N₄-ceramikaĵo estas ampleksa. Ĉi tiu artikolo prezentas sinterizajn procezojn, kiuj efike plibonigas la densecon kaj ampleksajn mekanikajn ecojn de silicinitruda ceramikaĵo.
Oftaj Sintering Methods for Si₃N₄ Ceramics
Komparo de Efikeco por Si₃N₄ Ceramiko Preparita per Malsamaj Sintering-Metodoj
1. Reaktiva Sinterizado (RS):Reaktiva sinterizado estis la unua metodo uzita por industrie prepari Si₃N₄ ceramikaĵon. Ĝi estas simpla, kostefika kaj kapabla formi kompleksajn formojn. Tamen, ĝi havas longan produktadciklon, kiu ne favoras al industriskala produktado.
2. Senprema Sinterizado (PLS):Ĉi tio estas la plej baza kaj simpla sinteriza procezo. Tamen, ĝi postulas altkvalitajn Si₃N₄ krudaĵojn kaj ofte rezultigas ceramikaĵon kun pli malalta denseco, signifa ŝrumpado, kaj emo fendetiĝi aŭ misformiĝi.
3. Varma-Prema Sinterizado (HP):La apliko de unuaksa mekanika premo pliigas la movan forton por sinterizado, permesante al densa ceramikaĵo esti produktita ĉe temperaturoj 100-200 °C pli malaltaj ol tiuj uzitaj en senprema sinterizado. Tiu metodo estas tipe uzita por fabrikado de relative simpla blokforma ceramikaĵo sed malfacilas renkonti la dikecon kaj formpostulojn por substratmaterialoj.
4. Spark Plasma Sintering (SPS):SPS estas karakterizita per rapida sinterizado, grenrafinado, kaj reduktitaj sinterizadoj temperaturoj. Tamen, SPS postulas signifan investon en ekipaĵo, kaj la preparado de alta termika konduktiveco Si₃N₄-ceramikaĵo per SPS daŭre estas en la eksperimenta stadio kaj ankoraŭ ne estis industriigita.
5. Sinterizado de Gas-Premo (GPS):Aplikante gaspremon, ĉi tiu metodo malhelpas ceramikan putriĝon kaj malplipeziĝon ĉe altaj temperaturoj. Estas pli facile produkti alt-densecan ceramikaĵon kaj ebligas grupproduktadon. Tamen, unupaŝa gas-prema sinteriza procezo luktas por produkti strukturajn komponentojn kun unuforma interna kaj ekstera koloro kaj strukturo. Uzado de du-paŝa aŭ plurpaŝa sinteriza procezo povas signife redukti intergranulan oksigenenhavon, plibonigi termikan konduktivecon kaj plibonigi ĝeneralajn proprietojn.
Tamen, la alta sinteriza temperaturo de dupaŝa gas-prema sinterizado igis antaŭan esploradon koncentriĝi ĉefe pri preparado de Si₃N₄ ceramikaj substratoj kun alta varmokondukteco kaj ĉambra temperaturo fleksebla forto. Esplorado pri Si₃N₄-ceramikaĵo kun ampleksaj mekanikaj trajtoj kaj alt-temperaturaj mekanikaj trajtoj estas relative limigitaj.
Gas-Premo Du-paŝa Sintering Method por Si₃N₄
Yang Zhou kaj kolegoj de Chongqing-Universitato de Teknologio uzis sinterigan helpsistemon de 5 pez% Yb₂O₃ + 5 pez% Al₂O₃ por prepari Si₃N₄-ceramikaĵon uzante kaj unupaŝan kaj du-paŝan gaspreman sinterizajn procezojn je 1800°C. La Si₃N₄-ceramikaĵo produktita per la du-ŝtupa sinteriza procezo havis pli altan densecon kaj pli bonajn ampleksajn mekanikajn trajtojn. La sekvanta resumas la efikojn de unu-paŝaj kaj du-ŝtupaj gas-premaj sinterizaj procezoj sur la mikrostrukturo kaj mekanikaj trajtoj de Si₃N₄ ceramikaj komponentoj.
Denseco La densigprocezo de Si₃N₄ tipe implikas tri stadiojn, kun interkovro inter la stadioj. La unua etapo, partiklorearanĝo, kaj la dua etapo, dissolvo-precipitaĵo, estas la plej kritikaj stadioj por densiĝo. Sufiĉa reagtempo en ĉi tiuj stadioj signife plibonigas specimenan densecon. Kiam la antaŭ-sinteriza temperaturo por la du-ŝtupa sinteriza procezo estas fiksita al 1600 °C, β-Si₃N₄-grajnoj formas kadron kaj kreas fermitajn porojn. Post antaŭ-sinterigado, plua hejtado sub alta temperaturo kaj nitrogena premo antaŭenigas likvafazan fluon kaj plenigon, kio helpas forigi fermitajn porojn, plu plibonigante la densecon de Si₃N₄-ceramikaĵo. Tial, la provaĵoj produktitaj per la du-paŝa sinteriza procezo montras pli altan densecon kaj relativan densecon ol tiuj produktitaj per unu-paŝa sinterizado.
Fazo kaj Mikrostrukturo Dum unupaŝa sinterizado, la tempo disponebla por partikla rearanĝo kaj grenlimdisvastigo estas limigita. En la du-ŝtupa sinteriza procezo, la unua paŝo estas farita ĉe malalta temperaturo kaj malalta gaspremo, kiu plilongigas la partiklan rearanĝan tempon kaj rezultigas pli grandajn grajnojn. La temperaturo tiam estas pliigita al la alt-temperatura stadio, kie la grajnoj daŭre kreskas tra la Ostwald-maturiĝa procezo, donante alt-densecan Si₃N₄-ceramikaĵon.
Mekanikaj Propraĵoj La moliĝo de la intergranula fazo ĉe altaj temperaturoj estas la ĉefa kialo de reduktita forto. En unupaŝa sinterizado, nenormala grena kresko kreas malgrandajn porojn inter la grajnoj, kio malhelpas signifan plibonigon de alt-temperatura forto. Tamen, en la du-ŝtupa sinteriza procezo, la vitra fazo, unuforme distribuita en la grenlimoj, kaj la unuforme grandigitaj grajnoj plibonigas la intergranulan forton, rezultigante pli altan alt-temperaturan fleksan forton.
Konklude, longedaŭra tenado dum unupaŝa sinterizado povas efike redukti internan porecon kaj atingi unuforman internan koloron kaj strukturon sed povas konduki al nenormala grenkresko, kiu degradas iujn mekanikajn trajtojn. Uzante du-ŝtupan sinterigan procezon—uzante malalttemperaturan antaŭ-sinterigon por plilongigi partiklan rearanĝan tempon kaj alt-temperaturan tenadon por antaŭenigi unuforman grenan kreskon— Si₃N₄-ceramikaĵo kun relativa denseco de 98.25%, unuforma mikrostrukturo, kaj bonegaj ampleksaj mekanikaj trajtoj. povas esti sukcese preparita.
| Nomo | Substrato | Epitaksa tavolo-konsisto | Epitaksia procezo | Epitaksa medio |
| Silicio homoepitaxial | Si | Si | Vaporfaza Epitaksio (VPE) | SiCl4+H2 |
| Silicio heteroepitaxial | Safiro aŭ spinelo | Si | Vaporfaza Epitaksio (VPE) | SiH₄+H2 |
| GaAs homoepitaxial | GaAs | GaAs GaAs | Vaporfaza Epitaksio (VPE) | AsCl₃+Ga+H₂ (Ar) |
| GaAs | GaAs GaAs | Molekula Radio-Epitaksio (MBE) | Ga+As | |
| GaAs heteroepitaxial | GaAs GaAs | GaAlAs/GaAs/GaAlAs | Likva Faza Epitaksio (LPE) Vaporfazo (VPE) | Ga+Al+CaAs+ H2 Ga+Cindro3+PH3+CHl+H2 |
| GaP homoepitaxial | GaP | GaP(GaP;N) | Likva Faza Epitaksio (LPE) Likva Faza Epitaksio (LPE) | Ga+GaP+H2+(NH3) Ga+GaAs+GaP+NH3 |
| Superlatico | GaAs | GaAlAs/GaAs (ciklo) | Molekula Radio-Epitaksio (MBE) MOCVD | Ca,As,Al GaR₃+AlR3+AsH3+H2 |
| InP homoepitaxial | InP | InP | Vaporfaza Epitaksio (VPE) Likva Faza Epitaksio (LPE) | PCl3+In+H2 En+InAs+GaAs+InP+H₂ |
| Si/GaAs Epitaksio | Si | GaAs | Molekula Radio-Epitaksio (MBE) MOGVD | Ga、As GaR₃+AsH₃+H₂ |
Afiŝtempo: Dec-24-2024