សេរ៉ាមិចស៊ីលីកុនកាបូនដែលមានភាពបរិសុទ្ធខ្ពស់ (SiC) បានលេចចេញជាវត្ថុធាតុដើមដ៏ល្អសម្រាប់សមាសធាតុសំខាន់ៗនៅក្នុងឧស្សាហកម្ម semiconductor លំហអាកាស និងគីមី ដោយសារចរន្តកំដៅពិសេស ស្ថេរភាពគីមី និងកម្លាំងមេកានិច។ ជាមួយនឹងការកើនឡើងនៃតម្រូវការសម្រាប់ឧបករណ៍សេរ៉ាមិចដែលមានប្រសិទ្ធភាពខ្ពស់ និងមានការបំពុលទាប ការអភិវឌ្ឍន៍នៃបច្ចេកវិទ្យារៀបចំប្រកបដោយប្រសិទ្ធភាព និងអាចធ្វើមាត្រដ្ឋានបានសម្រាប់សេរ៉ាមិច SiC ដែលមានភាពបរិសុទ្ធខ្ពស់បានក្លាយទៅជាការផ្តោតសំខាន់នៃការស្រាវជ្រាវសកល។ ក្រដាសនេះពិនិត្យជាលក្ខណៈប្រព័ន្ធនូវវិធីសាស្រ្តរៀបចំសំខាន់ៗនាពេលបច្ចុប្បន្នសម្រាប់សេរ៉ាមិច SiC ដែលមានភាពបរិសុទ្ធខ្ពស់ រួមទាំងការ sintering rerystallization, sintering ដោយសម្ពាធ (PS), hot pressing (HP), spark plasma sintering (SPS) និង additive manufacturing (AM) ដោយសង្កត់ធ្ងន់ទៅលើការពិភាក្សាអំពីយន្តការ sintering ប៉ារ៉ាម៉ែត្រសំខាន់ៗ លក្ខណៈសម្បត្តិសម្ភារៈ និងបញ្ហាប្រឈមដែលមានស្រាប់នៃដំណើរការនីមួយៗ។
ការអនុវត្តសេរ៉ាមិច SiC ក្នុងវិស័យយោធា និងវិស្វកម្ម
បច្ចុប្បន្ននេះ សមាសធាតុសេរ៉ាមិច SiC ដែលមានភាពបរិសុទ្ធខ្ពស់ត្រូវបានប្រើប្រាស់យ៉ាងទូលំទូលាយនៅក្នុងឧបករណ៍ផលិតស៊ីលីកុន wafer ដោយចូលរួមក្នុងដំណើរការស្នូលដូចជា ការកត់សុី ការ lithography ការ etching និងការផ្សាំអ៊ីយ៉ុង។ ជាមួយនឹងការរីកចម្រើននៃបច្ចេកវិទ្យា wafer ការបង្កើនទំហំ wafer បានក្លាយជានិន្នាការដ៏សំខាន់មួយ។ ទំហំ wafer បច្ចុប្បន្នគឺ 300 មីលីម៉ែត្រដែលសម្រេចបាននូវតុល្យភាពដ៏ល្អរវាងតម្លៃនិងសមត្ថភាពផលិត។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ ជំរុញដោយច្បាប់របស់ Moore ការផលិតដ៏ធំនៃ wafers 450 mm គឺស្ថិតនៅក្នុងរបៀបវារៈរួចហើយ។ wafers ធំជាងជាធម្មតាត្រូវការកម្លាំងរចនាសម្ព័ន្ធខ្ពស់ដើម្បីទប់ទល់នឹងការឡើងរឹង និងការខូចទ្រង់ទ្រាយ ដែលជំរុញឱ្យតម្រូវការកើនឡើងសម្រាប់សមាសធាតុសេរ៉ាមិច SiC ដែលមានទំហំធំ កម្លាំងខ្ពស់ និងមានភាពបរិសុទ្ធ។ ក្នុងរយៈពេលប៉ុន្មានឆ្នាំចុងក្រោយនេះ ការផលិតបន្ថែម (ការបោះពុម្ព 3D) ដែលជាបច្ចេកវិទ្យាគំរូយ៉ាងឆាប់រហ័សដែលមិនត្រូវការផ្សិត បានបង្ហាញសក្តានុពលយ៉ាងខ្លាំងក្នុងការផលិតផ្នែកសេរ៉ាមិច SiC ដែលមានរចនាសម្ព័ន្ធស្មុគស្មាញ ដោយសារការសាងសង់ស្រទាប់ដោយស្រទាប់ និងសមត្ថភាពរចនាដែលអាចបត់បែនបាន ទាក់ទាញការចាប់អារម្មណ៍យ៉ាងទូលំទូលាយ។
ក្រដាសនេះនឹងវិភាគជាប្រព័ន្ធនូវវិធីសាស្រ្តរៀបចំតំណាងចំនួនប្រាំសម្រាប់សេរ៉ាមិច SiC ដែលមានភាពបរិសុទ្ធខ្ពស់ - ការដុតកម្ទេចថ្មឡើងវិញ ការដុតដោយគ្មានសម្ពាធ ការចុចក្តៅ ការដុតប្លាស្មា និងការផលិតសារធាតុបន្ថែម - ផ្តោតលើយន្តការ sintering របស់ពួកគេ យុទ្ធសាស្ត្របង្កើនប្រសិទ្ធភាពដំណើរការ លក្ខណៈនៃការអនុវត្តសម្ភារៈ និងការរំពឹងទុកនៃកម្មវិធីឧស្សាហកម្ម។
តម្រូវការវត្ថុធាតុដើម silicon carbide ភាពបរិសុទ្ធខ្ពស់។
I. Recrystallization Sintering
Recrystallized silicon carbide (RSiC) គឺជាវត្ថុធាតុ SiC ដែលមានភាពបរិសុទ្ធខ្ពស់ដែលត្រូវបានរៀបចំដោយមិនមានជំនួយការដុតនៅសីតុណ្ហភាពខ្ពស់នៃ 2100-2500 ° C ។ ចាប់តាំងពី Fredriksson បានរកឃើញបាតុភូតនៃការធ្វើគ្រីស្តាល់ឡើងវិញនៅចុងសតវត្សទី 19 RSiC បានទទួលការយកចិត្តទុកដាក់យ៉ាងខ្លាំងដោយសារតែព្រំដែនគ្រាប់ធញ្ញជាតិស្អាត និងអវត្តមាននៃដំណាក់កាលកញ្ចក់ និងភាពមិនបរិសុទ្ធ។ នៅសីតុណ្ហភាពខ្ពស់ SiC បង្ហាញសម្ពាធចំហាយខ្ពស់ដែលទាក់ទងគ្នា ហើយយន្តការ sintering របស់វាជាចម្បងពាក់ព័ន្ធនឹងដំណើរការហួត - condensation: គ្រាប់ធញ្ញជាតិល្អហួត និងដាក់ឡើងវិញលើផ្ទៃនៃគ្រាប់ធញ្ញជាតិធំជាងមុន ជំរុញការលូតលាស់ក និងការភ្ជាប់ដោយផ្ទាល់រវាងគ្រាប់ធញ្ញជាតិ ដោយហេតុនេះបង្កើនកម្លាំងសម្ភារៈ។
នៅឆ្នាំ 1990 Kriegesmann បានរៀបចំ RSiC ជាមួយនឹងដង់ស៊ីតេដែលទាក់ទងនៃ 79.1% ដោយប្រើ slip casting នៅ 2200 ° C ជាមួយនឹងផ្នែកឆ្លងកាត់បង្ហាញពី microstructure ដែលផ្សំឡើងដោយគ្រាប់ធញ្ញជាតិ និងរន្ធញើស។ ក្រោយមក Yi et al ។ ប្រើការខាសជែល ដើម្បីរៀបចំសាកសពពណ៌បៃតង និងដុតពួកវានៅសីតុណ្ហភាព 2450 អង្សាសេ ទទួលបានសេរ៉ាមិច RSiC ដែលមានដង់ស៊ីតេ 2.53 ក្រាម/cm³ និងកម្លាំងបត់បែន 55.4 MPa ។
ផ្ទៃបាក់ឆ្អឹង SEM នៃ RSiC
បើប្រៀបធៀបទៅនឹង SiC ក្រាស់ RSiC មានដង់ស៊ីតេទាបជាង (ប្រហែល 2.5 g/cm³) និងប្រហែល 20% នៃ porosity បើកចំហ ដែលកំណត់ការអនុវត្តរបស់វានៅក្នុងកម្មវិធីដែលមានកម្លាំងខ្ពស់។ ដូច្នេះ ការកែលម្អដង់ស៊ីតេ និងលក្ខណៈសម្បត្តិមេកានិចនៃ RSiC បានក្លាយជាការផ្តោតសំខាន់នៃការស្រាវជ្រាវ។ Sung et al ។ បានស្នើការជ្រៀតចូលស៊ីលីកូនរលាយចូលទៅក្នុងកាបូន/β-SiC បង្រួមបង្រួម និងដំណើរការឡើងវិញនៅសីតុណ្ហភាព 2200°C ដោយជោគជ័យក្នុងការសាងសង់រចនាសម្ព័ន្ធបណ្តាញដែលផ្សំឡើងពីគ្រាប់ធញ្ញជាតិ α-SiC ។ លទ្ធផល RSiC សម្រេចបាននូវដង់ស៊ីតេ 2.7 g/cm³ និងកម្លាំងបត់បែន 134 MPa ដោយរក្សាបាននូវស្ថេរភាពមេកានិចដ៏ល្អនៅសីតុណ្ហភាពខ្ពស់។
ដើម្បីបង្កើនដង់ស៊ីតេបន្ថែមទៀត Guo et al ។ ប្រើបច្ចេកវិទ្យាការជ្រៀតចូលវត្ថុធាតុ polymer និង pyrolysis (PIP) សម្រាប់ការព្យាបាលជាច្រើននៃ RSiC ។ ដោយប្រើដំណោះស្រាយ PCS/xylene និង SiC/PCS/xylene slurries ជាសារធាតុជ្រៀតចូល បន្ទាប់ពី 3-6 វដ្ត PIP ដង់ស៊ីតេនៃ RSiC ត្រូវបានធ្វើឱ្យប្រសើរឡើងយ៉ាងខ្លាំង (រហូតដល់ 2.90 g/cm³) រួមជាមួយនឹងកម្លាំងបត់បែនរបស់វា។ លើសពីនេះ ពួកគេបានស្នើនូវយុទ្ធសាស្ត្ររង្វិលដែលរួមបញ្ចូលគ្នារវាង PIP និងការគ្រីស្តាល់ឡើងវិញ៖ pyrolysis នៅ 1400°C អមដោយ recrystallization នៅ 2400°C ដោយមានប្រសិទ្ធភាពជម្រះការស្ទះភាគល្អិត និងកាត់បន្ថយ porosity។ សម្ភារៈ RSiC ចុងក្រោយទទួលបានដង់ស៊ីតេ 2.99 ក្រាម/cm³ និងកម្លាំងបត់បែន 162.3 MPa ដែលបង្ហាញពីដំណើរការដ៏ទូលំទូលាយដ៏អស្ចារ្យ។
រូបភាព SEM នៃការវិវត្តន៍នៃរចនាសម្ព័ន្ធខ្នាតតូចនៃ RSiC ប៉ូឡូញ បន្ទាប់ពីវដ្តនៃការបង្កើតវត្ថុធាតុ polymer impregnation និង pyrolysis (PIP)-recrystallization: RSiC ដំបូង (A) បន្ទាប់ពីវដ្ត PIP-recrystallization ដំបូង (B) ហើយបន្ទាប់ពីវដ្តទីបី (C)
II. ការដុតដោយគ្មានសម្ពាធ
សេរ៉ាមិចស៊ីលីកុនកាបែតគ្មានសម្ពាធ (SiC) ត្រូវបានរៀបចំជាធម្មតាដោយប្រើម្សៅ SiC ដែលមានភាពបរិសុទ្ធខ្ពស់ ជាវត្ថុធាតុដើម ជាមួយនឹងបរិមាណតិចតួចនៃជំនួយដុតបន្ថែម និងដុតក្នុងបរិយាកាសអសកម្ម ឬកន្លែងទំនេរនៅសីតុណ្ហភាព 1800–2150°C។ វិធីសាស្រ្តនេះគឺសមរម្យសម្រាប់ការផលិតសមាសធាតុសេរ៉ាមិចដែលមានទំហំធំនិងស្មុគស្មាញ។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ ដោយសារ SiC ត្រូវបានផ្សារភ្ជាប់ជាចម្បងដោយកូវ៉ាឡង់ មេគុណនៃការសាយភាយដោយខ្លួនឯងរបស់វាមានកម្រិតទាបខ្លាំង ដែលធ្វើឱ្យដង់ស៊ីតេពិបាកដោយគ្មានជំនួយ sintering ។
ដោយផ្អែកលើយន្តការ sintering ការ sintering គ្មានសម្ពាធអាចត្រូវបានបែងចែកជាពីរប្រភេទ: ការ sintering រាវគ្មានសម្ពាធ (PLS-SiC) និងការ sintering រដ្ឋរឹងគ្មានសម្ពាធ (PSS-SiC) ។
1.1 PLS-SiC (Liquid-phase Sintering)
PLS-SiC ជាធម្មតាត្រូវបានដុតនៅខាងក្រោម 2000°C ដោយបន្ថែមប្រហែល 10 wt.% នៃជំនួយ sintering eutectic (ដូចជា Al₂O₃, CaO, MgO, TiO₂ និង អុកស៊ីដកម្រនៃភពផែនដី RE₂O₃) ដើម្បីបង្កើតជាដំណាក់កាលនៃការបំប្លែងសារធាតុរាវ និងផ្នែកខាងក្រោយ។ ដំណើរការនេះគឺសមរម្យសម្រាប់សេរ៉ាមិច SiC ថ្នាក់ឧស្សាហ៍កម្ម ប៉ុន្តែមិនទាន់មានរបាយការណ៍អំពី SiC ភាពបរិសុទ្ធខ្ពស់ដែលសម្រេចបានតាមរយៈការ sintering ដំណាក់កាលរាវនោះទេ។
1.2 PSS-SiC (Solid-State Sintering)
PSS-SiC ពាក់ព័ន្ធនឹងការធ្វើឱ្យរឹងរបស់រដ្ឋនៅសីតុណ្ហភាពលើសពី 2000 ° C ជាមួយនឹងសារធាតុបន្ថែមប្រហែល 1 wt.% ។ ដំណើរការនេះពឹងផ្អែកជាចម្បងលើការសាយភាយអាតូមិក និងការរៀបចំគ្រាប់ធញ្ញជាតិឡើងវិញ ដែលជំរុញដោយសីតុណ្ហភាពខ្ពស់ ដើម្បីកាត់បន្ថយថាមពលលើផ្ទៃ និងសម្រេចបាននូវដង់ស៊ីតេ។ ប្រព័ន្ធ BC (boron-carbon) គឺជាការរួមបញ្ចូលគ្នានៃសារធាតុបន្ថែមធម្មតា ដែលអាចបន្ថយថាមពលព្រំដែនគ្រាប់ធញ្ញជាតិ និងយក SiO₂ ចេញពីផ្ទៃ SiC ។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ សារធាតុបន្ថែម BC ប្រពៃណីជារឿយៗណែនាំភាពមិនបរិសុទ្ធដែលនៅសេសសល់ កាត់បន្ថយភាពបរិសុទ្ធ SiC ។
ដោយការគ្រប់គ្រងសារធាតុបន្ថែម (B 0.4 wt.%, C 1.8 wt.%) និង sintering នៅ 2150°C រយៈពេល 0.5 ម៉ោង សេរ៉ាមិច SiC ដែលមានភាពបរិសុទ្ធខ្ពស់ជាមួយនឹងភាពបរិសុទ្ធ 99.6 wt.% និងដង់ស៊ីតេទាក់ទង 98.4% ត្រូវបានទទួល។ រចនាសម្ព័ន្ធមីក្រូបានបង្ហាញពីគ្រាប់ធញ្ញជាតិ (មានប្រវែងលើសពី 450 μm) ជាមួយនឹងរន្ធញើសតូចៗនៅព្រំដែនគ្រាប់ធញ្ញជាតិ និងភាគល្អិតក្រាហ្វិចនៅខាងក្នុងគ្រាប់ធញ្ញជាតិ។ សេរ៉ាមិចបានបង្ហាញកម្លាំងបត់បែននៃ 443 ± 27 MPa ម៉ូឌុលយឺតនៃ 420 ± 1 GPa និងមេគុណពង្រីកកំដៅនៃ 3.84 × 10⁻⁶ K⁻¹ ក្នុងចន្លោះសីតុណ្ហភាពបន្ទប់ដល់ 600 ° C ដែលបង្ហាញពីដំណើរការទាំងមូលដ៏ល្អឥតខ្ចោះ។
Microstructure នៃ PSS-SiC: (A) រូបភាព SEM បន្ទាប់ពី polishing និង NaOH etching; (BD) រូបភាព BSD បន្ទាប់ពីខាត់ និងឆ្លាក់
III. ការចុចក្តៅ Sintering
ការចុចក្តៅ (HP) sintering គឺជាបច្ចេកទេសដង់ស៊ីតេដែលអនុវត្តក្នុងពេលដំណាលគ្នានូវកំដៅ និងសម្ពាធ uniaxial ទៅនឹងវត្ថុធាតុម្សៅនៅក្រោមលក្ខខណ្ឌសីតុណ្ហភាពខ្ពស់ និងសម្ពាធខ្ពស់។ សម្ពាធខ្ពស់រារាំងការបង្កើតរន្ធញើស និងកំណត់ការលូតលាស់គ្រាប់ធញ្ញជាតិ ខណៈពេលដែលសីតុណ្ហភាពខ្ពស់ជំរុញការលាយគ្រាប់ធញ្ញជាតិ និងការបង្កើតរចនាសម្ព័ន្ធក្រាស់ ទីបំផុតផលិតសេរ៉ាមិច SiC ដែលមានដង់ស៊ីតេខ្ពស់ និងមានភាពបរិសុទ្ធខ្ពស់។ ដោយសារតែធម្មជាតិនៃទិសដៅនៃការចុច ដំណើរការនេះមានទំនោរទៅបង្កើត anisotropy គ្រាប់ធញ្ញជាតិ ដែលប៉ះពាល់ដល់លក្ខណៈសម្បត្តិមេកានិច និងការពាក់។
សេរ៉ាមិច SiC សុទ្ធមានការលំបាកក្នុងការធ្វើឱ្យដង់ស៊ីតេដោយគ្មានសារធាតុបន្ថែម ដែលទាមទារការដុតសម្ពាធខ្លាំង។ Nadeau et al ។ រៀបចំដោយជោគជ័យ SiC ក្រាស់ពេញលេញដោយគ្មានសារធាតុបន្ថែមនៅ 2500 ° C និង 5000 MPa; ព្រះអាទិត្យ et al ។ ទទួលបានសម្ភារៈភាគច្រើន β-SiC ជាមួយនឹងភាពរឹងរបស់ Vickers រហូតដល់ 41.5 GPa នៅ 25 GPa និង 1400°C ។ ដោយប្រើសម្ពាធ 4 GPa សេរ៉ាមិច SiC ដែលមានដង់ស៊ីតេទាក់ទងប្រហែល 98% និង 99% ភាពរឹងនៃ 35 GPa និងម៉ូឌុលយឺតនៃ 450 GPa ត្រូវបានរៀបចំនៅ 1500 ° C និង 1900 ° C រៀងគ្នា។ Sintering micron-size ម្សៅ SiC នៅ 5 GPa និង 1500 ° C ផ្តល់ទិន្នផលសេរ៉ាមិចដែលមានភាពរឹង 31.3 GPa និងដង់ស៊ីតេដែលទាក់ទងនៃ 98.4% ។
ទោះបីជាលទ្ធផលទាំងនេះបង្ហាញថាសម្ពាធខ្លាំងអាចសម្រេចបាននូវដង់ស៊ីតេគ្មានសារធាតុបន្ថែមក៏ដោយ ភាពស្មុគស្មាញ និងការចំណាយខ្ពស់នៃឧបករណ៍ដែលត្រូវការកំណត់កម្មវិធីឧស្សាហកម្ម។ ដូច្នេះ ក្នុងការរៀបចំជាក់ស្តែង សារធាតុបន្ថែមដាន ឬម្សៅម្សៅ ត្រូវបានគេប្រើជាញឹកញាប់ ដើម្បីបង្កើនកម្លាំងជំរុញការដុត។
ដោយការបន្ថែមជ័រ phenolic 4 wt.% ជាសារធាតុបន្ថែម និងការដុតនៅសីតុណ្ហភាព 2350°C និង 50 MPa សេរ៉ាមិច SiC ដែលមានអត្រាដង់ស៊ីតេ 92% និងភាពបរិសុទ្ធ 99.998% ត្រូវបានទទួល។ ដោយប្រើបរិមាណបន្ថែមទាប (អាស៊ីត boric និង D-fructose) និង sintering នៅ 2050 ° C និង 40 MPa, SiC ភាពបរិសុទ្ធខ្ពស់ជាមួយនឹងដង់ស៊ីតេទាក់ទង> 99.5% និងមាតិកា B នៅសល់ត្រឹមតែ 556 ppm ត្រូវបានរៀបចំ។ រូបភាព SEM បានបង្ហាញថា បើប្រៀបធៀបទៅនឹងសំណាកដែលមិនមានសម្ពាធ គំរូដែលចុចក្តៅមានគ្រាប់តូចៗ រន្ធញើសតិចជាង និងដង់ស៊ីតេខ្ពស់ជាង។ កម្លាំងបត់បែនគឺ 453.7 ± 44.9 MPa ហើយម៉ូឌុលបត់បែនបានឈានដល់ 444.3 ± 1.1 GPa ។
ដោយការពង្រីកពេលវេលាកាន់នៅសីតុណ្ហភាព 1900°C ទំហំគ្រាប់ធញ្ញជាតិបានកើនឡើងពី 1.5 μm ដល់ 1.8 μm ហើយចរន្តកំដៅបានប្រសើរឡើងពី 155 ទៅ 167 W·m⁻¹·K⁻¹ ខណៈពេលដែលក៏បង្កើនភាពធន់នឹងការច្រេះប្លាស្មាផងដែរ។
នៅក្រោមលក្ខខណ្ឌនៃ 1850 ° C និង 30 MPa ការចុចក្តៅនិងការសង្កត់យ៉ាងលឿននៃម្សៅ SiC granulated និង annealed ផ្តល់ទិន្នផលយ៉ាងពេញលេញ β-SiC សេរ៉ាមិចក្រាស់ដោយគ្មានសារធាតុបន្ថែមណាមួយជាមួយនឹងដង់ស៊ីតេ 3.2 g / cm³ និងសីតុណ្ហភាព sintering 150-200 ° C ទាបជាងដំណើរការប្រពៃណី។ សេរ៉ាមិចបង្ហាញភាពរឹងនៃ 2729 GPa ភាពរឹងនៃការប្រេះស្រាំ 5.25–5.30 MPa·m^1/2 និងភាពធន់នឹងការជ្រៀតចូលដ៏ល្អ (អត្រានៃការជ្រៀតចូលនៃ 9.9 × 10⁻¹⁰ s⁻¹ និង 3.8 × 10⁻⁹° C/10¹ និង 3.8 × 10⁻⁹° C/10¹ 100 MPa) ។
(ក) រូបភាព SEM នៃផ្ទៃប៉ូលា; (ខ) រូបភាព SEM នៃផ្ទៃបាក់ឆ្អឹង; (C, D) រូបភាព BSD នៃផ្ទៃប៉ូលា
នៅក្នុងការស្រាវជ្រាវការបោះពុម្ព 3D សម្រាប់សេរ៉ាមិច piezoelectric, slurry សេរ៉ាមិច ដែលជាកត្តាស្នូលដែលមានឥទ្ធិពលលើការបង្កើត និងដំណើរការ បានក្លាយជាការផ្តោតសំខាន់ក្នុងប្រទេស និងក្រៅប្រទេស។ ការសិក្សានាពេលបច្ចុប្បន្នជាទូទៅបង្ហាញថាប៉ារ៉ាម៉ែត្រដូចជាទំហំភាគល្អិតម្សៅ viscosity slurry និងមាតិការឹងប៉ះពាល់យ៉ាងខ្លាំងដល់គុណភាពបង្កើត និងលក្ខណៈសម្បត្តិ piezoelectric នៃផលិតផលចុងក្រោយ។
ការស្រាវជ្រាវបានរកឃើញថា slurries សេរ៉ាមិចដែលបានរៀបចំដោយប្រើ micron-, submicron-, និង nano-sized barium titanate powders បង្ហាញភាពខុសគ្នាយ៉ាងសំខាន់នៅក្នុង stereolithography (ឧ, LCD-SLA) processes ។ នៅពេលដែលទំហំភាគល្អិតមានការថយចុះ ភាពស្អិតនៃសារធាតុរំអិលកើនឡើងគួរឱ្យកត់សម្គាល់ ដោយម្សៅទំហំណាណូដែលផលិតសារធាតុរអិលដែលមាន viscosities ឈានដល់រាប់ពាន់លាន mPa·s ។ សារធាតុរអិលដែលមានម្សៅទំហំមីក្រូ ងាយនឹងខូចទ្រង់ទ្រាយ និងរបកកំឡុងពេលបោះពុម្ព ខណៈពេលដែលម្សៅទំហំតូច និង nano បង្ហាញពីឥរិយាបទនៃទម្រង់មានស្ថេរភាពជាងមុន។ បន្ទាប់ពីការ sintering សីតុណ្ហភាពខ្ពស់ សំណាកសេរ៉ាមិចលទ្ធផលទទួលបានដង់ស៊ីតេ 5.44 g/cm³ មេគុណ piezoelectric (d₃₃) ប្រហែល 200 pC/N និងកត្តាការបាត់បង់ទាប ដែលបង្ហាញពីលក្ខណៈសម្បត្តិឆ្លើយតបអេឡិចត្រូមេកានិកដ៏ល្អឥតខ្ចោះ។
លើសពីនេះទៀតនៅក្នុងដំណើរការមីក្រូស្តេរ៉េអូលីតការកែសំរួលមាតិការឹងនៃសារធាតុរអិលប្រភេទ PZT (ឧ, 75 wt.%) បានផ្តល់ទិន្នផលសាកសព sintered ជាមួយនឹងដង់ស៊ីតេ 7.35 g/cm³ ដោយសម្រេចបាននូវថេរ piezoelectric រហូតដល់ 600 pC/N ក្រោមប៉ូលវាលអគ្គិសនី។ ការស្រាវជ្រាវលើសំណងការខូចទ្រង់ទ្រាយខ្នាតតូចបានធ្វើឱ្យប្រសើរឡើងយ៉ាងខ្លាំងនូវភាពត្រឹមត្រូវនៃការបង្កើត ដោយបង្កើនភាពជាក់លាក់នៃធរណីមាត្ររហូតដល់ 80% ។
ការសិក្សាមួយផ្សេងទៀតលើសេរ៉ាមិច piezoelectric របស់ PMN-PT បានបង្ហាញថា មាតិការឹងមានឥទ្ធិពលយ៉ាងខ្លាំងទៅលើរចនាសម្ព័ន្ធសេរ៉ាមិច និងលក្ខណៈសម្បត្តិអគ្គិសនី។ នៅ 80 wt.% មាតិការឹង, អនុផលបានយ៉ាងងាយស្រួលលេចឡើងនៅក្នុងសេរ៉ាមិច; នៅពេលដែលមាតិការឹងបានកើនឡើងដល់ 82 wt.% និងខ្ពស់ជាងនេះ អនុផលបានបាត់បន្តិចម្តងៗ ហើយរចនាសម្ព័ន្ធសេរ៉ាមិចកាន់តែមានភាពបរិសុទ្ធ ជាមួយនឹងដំណើរការប្រសើរឡើងគួរឱ្យកត់សម្គាល់។ នៅ 82 wt.%, សេរ៉ាមិចបង្ហាញលក្ខណៈសម្បត្តិអគ្គិសនីល្អបំផុត: ថេរ piezoelectric នៃ 730 pC/N, permittivity ទាក់ទងនៃ 7226 និងការបាត់បង់ dielectric ត្រឹមតែ 0.07 ។
សរុបមក ទំហំភាគល្អិត មាតិការឹង និងលក្ខណៈសម្បត្តិ rheological នៃ slurries សេរ៉ាមិច មិនត្រឹមតែប៉ះពាល់ដល់ស្ថេរភាព និងភាពត្រឹមត្រូវនៃដំណើរការបោះពុម្ពប៉ុណ្ណោះទេ ប៉ុន្តែថែមទាំងកំណត់ដោយផ្ទាល់នូវដង់ស៊ីតេ និងការឆ្លើយតប piezoelectric នៃសាកសព sintered ដែលធ្វើឱ្យពួកវាជាប៉ារ៉ាម៉ែត្រសំខាន់ៗសម្រាប់ការសម្រេចបាននូវសេរ៉ាមិច piezoelectric 3D ដែលមានប្រសិទ្ធភាពខ្ពស់។
ដំណើរការចម្បងនៃការបោះពុម្ព LCD-SLA 3D នៃគំរូ BT/UV
លក្ខណៈសម្បត្តិនៃសេរ៉ាមិច PMN-PT ដែលមានមាតិការឹងខុសៗគ្នា
IV. Spark Plasma Sintering
Spark plasma sintering (SPS) គឺជាបច្ចេកវិទ្យា sintering កម្រិតខ្ពស់ដែលប្រើប្រាស់ចរន្តជីពចរ និងសម្ពាធមេកានិចដែលត្រូវបានអនុវត្តក្នុងពេលដំណាលគ្នាទៅនឹងម្សៅ ដើម្បីសម្រេចបាននូវដង់ស៊ីតេឆាប់រហ័ស។ នៅក្នុងដំណើរការនេះ ចរន្តដោយផ្ទាល់កំដៅផ្សិត និងម្សៅ បង្កើតកំដៅ Joule និងប្លាស្មា ដែលអាចឱ្យការដុតមានប្រសិទ្ធភាពក្នុងរយៈពេលដ៏ខ្លី (ជាធម្មតាក្នុងរយៈពេល 10 នាទី)។ ការឡើងកំដៅយ៉ាងលឿនលើកកម្ពស់ការសាយភាយលើផ្ទៃ ខណៈពេលដែលការបញ្ចេញផ្កាភ្លើងជួយយកឧស្ម័ន adsorbed និងស្រទាប់អុកស៊ីតចេញពីផ្ទៃម្សៅ ធ្វើអោយប្រសើរឡើងនូវដំណើរការដុត។ ឥទ្ធិពលអេឡិចត្រូម៉ាញេទិកដែលបង្កឡើងដោយវាលអេឡិចត្រូម៉ាញេទិកក៏ជួយបង្កើនការសាយភាយអាតូមផងដែរ។
បើប្រៀបធៀបទៅនឹងការចុចក្តៅបែបប្រពៃណី SPS ប្រើកំដៅដោយផ្ទាល់បន្ថែមទៀត ដែលអនុញ្ញាតឱ្យមានដង់ស៊ីតេនៅសីតុណ្ហភាពទាប ខណៈពេលដែលមានប្រសិទ្ធភាពរារាំងការលូតលាស់របស់គ្រាប់ធញ្ញជាតិ ដើម្បីទទួលបានរចនាសម្ព័ន្ធមីក្រូល្អ និងឯកសណ្ឋាន។ ឧទាហរណ៍៖
- ដោយគ្មានសារធាតុបន្ថែម ការប្រើម្សៅ SiC ដីជាវត្ថុធាតុដើម sintering នៅ 2100 ° C និង 70 MPa សម្រាប់រយៈពេល 30 នាទីបានផ្តល់លទ្ធផលគំរូជាមួយនឹងដង់ស៊ីតេទាក់ទង 98% ។
- Sintering នៅ 1700 ° C និង 40 MPa សម្រាប់រយៈពេល 10 នាទីផលិតគូប SiC ជាមួយនឹងដង់ស៊ីតេ 98% និងទំហំគ្រាប់ធញ្ញជាតិត្រឹមតែ 30-50 nm ។
- ការប្រើប្រាស់ម្សៅ SiC granular 80 µm និង sintering នៅ 1860°C និង 50 MPa សម្រាប់រយៈពេល 5 នាទី បណ្តាលឱ្យសេរ៉ាមិច SiC ដំណើរការខ្ពស់ជាមួយនឹងដង់ស៊ីតេទំនាក់ទំនង 98.5%, Vickers microhardness នៃ 28.5 GPa, កម្លាំងបត់បែននៃ 395 MPa, និងភាពធន់នៃការបាក់ឆ្អឹង · 4.1m.1m.
ការវិភាគមីក្រូរចនាសម្ព័ន្ធបានបង្ហាញថានៅពេលដែលសីតុណ្ហភាព sintering កើនឡើងពី 1600 ° C ទៅ 1860 ° C, porosity សម្ភារៈបានថយចុះយ៉ាងខ្លាំង, ខិតជិតដង់ស៊ីតេពេញលេញនៅសីតុណ្ហភាពខ្ពស់។
រចនាសម្ព័ន្ធមីក្រូនៃសេរ៉ាមិច SiC sintered នៅសីតុណ្ហភាពផ្សេងគ្នា: (A) 1600 ° C, (B) 1700 ° C, (C) 1790 ° C និង (D) 1860 ° C
V. ការផលិតសារធាតុបន្ថែម
ការផលិតសារធាតុបន្ថែម (AM) ថ្មីៗនេះបានបង្ហាញពីសក្តានុពលយ៉ាងខ្លាំងក្នុងការផលិតសមាសធាតុសេរ៉ាមិចដ៏ស្មុគស្មាញ ដោយសារដំណើរការសាងសង់ស្រទាប់ដោយស្រទាប់របស់វា។ សម្រាប់សេរ៉ាមិច SiC បច្ចេកវិទ្យា AM ជាច្រើនត្រូវបានបង្កើតឡើង រួមទាំង binder jetting (BJ), 3DP, selective laser sintering (SLS), direct ink writing (DIW) និង stereolithography (SL, DLP)។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ 3DP និង DIW មានភាពជាក់លាក់ទាបជាង ខណៈពេលដែល SLS មានទំនោរធ្វើឱ្យមានភាពតានតឹងកម្ដៅ និងការបង្ក្រាប។ ផ្ទុយទៅវិញ BJ និង SL ផ្តល់នូវគុណសម្បត្តិកាន់តែច្រើនក្នុងការផលិតសេរ៉ាមិចស្មុគស្មាញដែលមានភាពបរិសុទ្ធ និងមានភាពជាក់លាក់ខ្ពស់។
- Binder Jetting (BJ)
បច្ចេកវិជ្ជា BJ ពាក់ព័ន្ធនឹងការបាញ់ថ្នាំស្រទាប់ដោយស្រទាប់នៃសារធាតុចងទៅនឹងម្សៅស្អិតជាប់ អមដោយការរំលាយ និងការដុត ដើម្បីទទួលបានផលិតផលសេរ៉ាមិចចុងក្រោយ។ ការរួមបញ្ចូលគ្នារវាង BJ ជាមួយនឹងការជ្រៀតចូលនៃចំហាយគីមី (CVI) សេរ៉ាមិច SiC គ្រីស្តាល់ ភាពបរិសុទ្ធខ្ពស់ ត្រូវបានរៀបចំដោយជោគជ័យ។ ដំណើរការរួមមាន:
① បង្កើតរូបធាតុពណ៌បៃតងសេរ៉ាមិច SiC ដោយប្រើ BJ ។
② Densifying តាមរយៈ CVI នៅ 1000 ° C និង 200 Torr ។
③ សេរ៉ាមិច SiC ចុងក្រោយមានដង់ស៊ីតេ 2.95 ក្រាម/cm³ ចរន្តកំដៅ 37 W/m·K និងកម្លាំងបត់បែន 297 MPa ។
ដ្យាក្រាមគ្រោងការណ៍នៃការបោះពុម្ព adhesive jet (BJ) ។ (ក) គំរូរចនាកុំព្យូទ័រ (CAD) (ខ) ដ្យាក្រាមគំនូសតាងនៃគោលការណ៍ BJ, (C) ការបោះពុម្ព SiC ដោយ BJ, (D) ដង់ស៊ីតេនៃ SiC ដោយការជ្រៀតចូលចំហាយគីមី (CVI)
- Stereolithography (SL)
SL គឺជាបច្ចេកវិជ្ជាបង្កើតសេរ៉ាមិចដែលមានមូលដ្ឋានលើកាំរស្មីយូវី ជាមួយនឹងភាពជាក់លាក់ខ្ពស់ និងសមត្ថភាពបង្កើតរចនាសម្ព័ន្ធស្មុគស្មាញ។ វិធីសាស្រ្តនេះប្រើសារធាតុរលាយសេរ៉ាមិចដែលងាយនឹងប្រតិកម្មជាមួយនឹងមាតិការឹងខ្ពស់ និង viscosity ទាបដើម្បីបង្កើតជាតួសេរ៉ាមិចពណ៌បៃតង 3D តាមរយៈ photopolymerization បន្តដោយការរលាយ និងការដុតកំដៅសីតុណ្ហភាពខ្ពស់ដើម្បីទទួលបានផលិតផលចុងក្រោយ។
ដោយប្រើសារធាតុរអិល 35 vol.% SiC សាកសពពណ៌បៃតង 3D ដែលមានគុណភាពខ្ពស់ត្រូវបានរៀបចំក្រោមការ irradiation កាំរស្មី UV 405 nm និងធ្វើឱ្យដង់ស៊ីតេបន្ថែមទៀតតាមរយៈការដុតវត្ថុធាតុ polymer នៅ 800 ° C និងការព្យាបាល PIP ។ លទ្ធផលបានបង្ហាញថាសំណាកដែលបានរៀបចំជាមួយ 35 vol.% slurry សម្រេចបាននូវដង់ស៊ីតេដែលទាក់ទងនៃ 84.8%, ដំណើរការលើសពីក្រុមត្រួតពិនិត្យ 30% និង 40% ។
តាមរយៈការណែនាំ lipophilic SiO₂ និងជ័រ phenolic epoxy (PEA) ដើម្បីកែប្រែ slurry ប្រសិទ្ធភាព photopolymerization ត្រូវបានកែលម្អយ៉ាងមានប្រសិទ្ធភាព។ បន្ទាប់ពី sintering នៅ 1600 ° C សម្រាប់រយៈពេល 4 ម៉ោង ការបំប្លែងជិតពេញលេញទៅជា SiC ត្រូវបានសម្រេច ជាមួយនឹងមាតិកាអុកស៊ីសែនចុងក្រោយត្រឹមតែ 0.12% ដែលអនុញ្ញាតឱ្យផលិតមួយជំហាននៃសេរ៉ាមិច SiC ដ៏បរិសុទ្ធ និងរចនាសម្ព័ន្ធស្មុគស្មាញ ដោយមិនមានមុនអុកស៊ីតកម្ម ឬជំហានមុនជ្រៀតចូល។
រូបភាពនៃរចនាសម្ព័ន្ធបោះពុម្ព និងដំណើរការដុតរបស់វា។ រូបរាងនៃគំរូបន្ទាប់ពីស្ងួតនៅ (A) 25 ° C, pyrolysis នៅ (B) 1000 ° C និង sintering នៅ (C) 1600 ° C ។
តាមរយៈការរចនាវត្ថុរាវសេរ៉ាមិច Si₃N₄ ដែលមានពន្លឺរស្មីសម្រាប់ការបោះពុម្ព 3D stereolithography និងប្រើប្រាស់ដំណើរការ debinding-presintering និងដំណើរការចាស់ដោយសីតុណ្ហភាពខ្ពស់ សេរ៉ាមិច Si₃N₄ ជាមួយនឹងដង់ស៊ីតេទ្រឹស្តី 93.3% កម្លាំង tensile នៃ 279.8 MPa និងកម្លាំង 2-30.38 MPa ។ ការសិក្សាបានរកឃើញថានៅក្រោមលក្ខខណ្ឌនៃមាតិការឹង 45 vol.% និងពេលវេលាប៉ះពាល់ 10 វិនាទី ស្រទាប់ពណ៌បៃតងតែមួយជាមួយនឹងភាពជាក់លាក់កម្រិត IT77 អាចទទួលបាន។ ដំណើរការបំបែកសីតុណ្ហភាពទាបជាមួយនឹងអត្រាកំដៅ 0.1 °C/min បានជួយបង្កើតតួពណ៌បៃតងដែលមិនប្រេះ។
Sintering គឺជាជំហានសំខាន់ដែលប៉ះពាល់ដល់ដំណើរការចុងក្រោយនៅក្នុង stereolithography ។ ការស្រាវជ្រាវបង្ហាញថាការបន្ថែមជំនួយ sintering អាចធ្វើអោយប្រសើរឡើងនូវដង់ស៊ីតេសេរ៉ាមិចនិងលក្ខណៈសម្បត្តិមេកានិចប្រកបដោយប្រសិទ្ធភាព។ ដោយប្រើ CeO₂ ជាជំនួយការដុត និងបច្ចេកវិទ្យា sintering ជំនួយដោយវាលអគ្គិសនី ដើម្បីរៀបចំសេរ៉ាមិច Si₃N₄ ដង់ស៊ីតេខ្ពស់ CeO₂ ត្រូវបានគេរកឃើញដើម្បីបំបែកនៅព្រំដែនគ្រាប់ធញ្ញជាតិ លើកកម្ពស់ការរអិលព្រំដែនគ្រាប់ធញ្ញជាតិ និងដង់ស៊ីតេ។ សេរ៉ាមិចជាលទ្ធផលបង្ហាញភាពរឹងរបស់ Vickers នៃ HV10/10 (1347.9 ± 2.4) និងភាពធន់នៃការបាក់ឆ្អឹង (6.57 ± 0.07) MPa·m¹/²។ ជាមួយនឹង MgO-Y₂O₃ ជាសារធាតុបន្ថែម ភាពដូចគ្នានៃរចនាសម្ព័ន្ធមីក្រូសេរ៉ាមិចត្រូវបានធ្វើឱ្យប្រសើរឡើង ដែលបង្កើនប្រសិទ្ធភាពយ៉ាងខ្លាំង។ នៅកម្រិតសារធាតុ doping សរុប 8 wt.%, កម្លាំងបត់បែន និងចរន្តកម្ដៅបានឈានដល់ 915.54 MPa និង 59.58 W·m⁻¹·K⁻¹ រៀងគ្នា។
VI. សេចក្តីសន្និដ្ឋាន
សរុបមក សេរ៉ាមិចស៊ីលីកុន កាបៃ (SiC) ភាពបរិសុទ្ធខ្ពស់ ដែលជាសម្ភារៈសេរ៉ាមិចវិស្វកម្មដ៏ឆ្នើម បានបង្ហាញនូវលទ្ធភាពប្រើប្រាស់យ៉ាងទូលំទូលាយនៅក្នុងឧបករណ៍អេឡិចត្រូនិក លំហអាកាស និងឧបករណ៍ដែលមានលក្ខខណ្ឌធ្ងន់ធ្ងរ។ ក្រដាសនេះបានវិភាគជាប្រព័ន្ធនូវផ្លូវរៀបចំធម្មតាចំនួន 5 សម្រាប់សេរ៉ាមិច SiC ដែលមានភាពបរិសុទ្ធខ្ពស់ - ការស៊ីរ៉ែនឡើងវិញ ការដុតដោយគ្មានសម្ពាធ ការចុចក្តៅ ការដុតប្លាស្មា និងការផលិតសារធាតុបន្ថែម - ជាមួយនឹងការពិភាក្សាលម្អិតលើយន្តការដង់ស៊ីតេ ការបង្កើនប្រសិទ្ធភាពប៉ារ៉ាម៉ែត្រសំខាន់ ការអនុវត្តសម្ភារៈ និងគុណសម្បត្តិ និងដែនកំណត់រៀងៗខ្លួន។
វាជាភស្តុតាងដែលថាដំណើរការផ្សេងគ្នានីមួយៗមានលក្ខណៈប្លែកពីគេក្នុងការសម្រេចបាននូវភាពបរិសុទ្ធខ្ពស់ ដង់ស៊ីតេខ្ពស់ រចនាសម្ព័ន្ធស្មុគស្មាញ និងលទ្ធភាពឧស្សាហកម្ម។ បច្ចេកវិជ្ជាផលិតបន្ថែម ជាពិសេសបានបង្ហាញសក្តានុពលខ្លាំងក្នុងការផលិតសមាសធាតុដែលមានរាងស្មុគ្រស្មាញ និងប្ដូរតាមបំណង ដោយមានការទម្លាយនៅក្នុងផ្នែករងដូចជា stereolithography និង binder jetting ដែលធ្វើឱ្យវាក្លាយជាទិសដៅអភិវឌ្ឍន៍ដ៏សំខាន់សម្រាប់ការរៀបចំសេរ៉ាមិច SiC ដែលមានភាពបរិសុទ្ធខ្ពស់។
ការស្រាវជ្រាវនាពេលអនាគតលើការរៀបចំសេរ៉ាមិច SiC ដែលមានភាពបរិសុទ្ធខ្ពស់ត្រូវការស្វែងយល់ឱ្យកាន់តែស៊ីជម្រៅ ជំរុញការផ្លាស់ប្តូរពីមន្ទីរពិសោធន៍ទៅជាទ្រង់ទ្រាយធំ កម្មវិធីវិស្វកម្មដែលអាចទុកចិត្តបានខ្ពស់ ដោយហេតុនេះផ្តល់នូវការគាំទ្រសម្ភារៈសំខាន់ៗសម្រាប់ការផលិតឧបករណ៍កម្រិតខ្ពស់ និងបច្ចេកវិទ្យាព័ត៌មានជំនាន់ក្រោយ។
XKH គឺជាសហគ្រាសបច្ចេកវិទ្យាខ្ពស់ដែលមានឯកទេសក្នុងការស្រាវជ្រាវ និងផលិតសម្ភារៈសេរ៉ាមិចដែលមានប្រសិទ្ធភាពខ្ពស់។ វាត្រូវបានឧទ្ទិសដល់ការផ្តល់នូវដំណោះស្រាយតាមតម្រូវការសម្រាប់អតិថិជនក្នុងទម្រង់នៃសេរ៉ាមិចស៊ីលីកុនកាបៃ (SiC) ភាពបរិសុទ្ធខ្ពស់។ ក្រុមហ៊ុនមានបច្ចេកវិទ្យារៀបចំសម្ភារៈកម្រិតខ្ពស់ និងសមត្ថភាពដំណើរការច្បាស់លាស់។ អាជីវកម្មរបស់វាគ្របដណ្តប់លើការស្រាវជ្រាវ ការផលិត ដំណើរការច្បាស់លាស់ និងការព្យាបាលលើផ្ទៃនៃសេរ៉ាមិច SiC ដែលមានភាពបរិសុទ្ធខ្ពស់ ដោយបំពេញតាមតម្រូវការដ៏តឹងរឹងនៃ semiconductor ថាមពលថ្មី លំហអាកាស និងវិស័យផ្សេងទៀតសម្រាប់សមាសធាតុសេរ៉ាមិចដែលមានប្រសិទ្ធភាពខ្ពស់។ ដោយប្រើប្រាស់ដំណើរការ sintering ចាស់ទុំ និងបច្ចេកវិជ្ជាផលិតបន្ថែម យើងអាចផ្តល់ជូនអតិថិជននូវសេវាកម្មតែម្តងគត់ពីការបង្កើនប្រសិទ្ធភាពរូបមន្តសម្ភារៈ ការបង្កើតរចនាសម្ព័ន្ធស្មុគ្រស្មាញ រហូតដល់ដំណើរការច្បាស់លាស់ ដោយធានាថាផលិតផលមានលក្ខណៈសម្បត្តិមេកានិចដ៏ល្អឥតខ្ចោះ ស្ថេរភាពកម្ដៅ និងធន់នឹងការ corrosion ។
ពេលវេលាបង្ហោះ៖ ថ្ងៃទី ៣០ ខែកក្កដា ឆ្នាំ ២០២៥