Кремний нитриди (Si₃N₄) керамика, өркүндөтүлгөн структуралык керамика катары, жогорку температурага туруктуулук, жогорку бекемдик, жогорку катуулук, жогорку катуулук, сойлоо каршылык, кычкылданууга туруштук берүү жана эскирүүгө туруктуулук сыяктуу сонун касиеттерге ээ. Кошумча, алар жакшы жылуулук шок каршылык, диэлектрдик касиеттери, жогорку жылуулук өткөрүмдүүлүк жана мыкты жогорку жыштыктагы электромагниттик толкун берүү аткарууну сунуш. Бул көрүнүктүү комплекстүү касиеттери аларды татаал структуралык компоненттерде, айрыкча аэрокосмостук жана башка жогорку технологиялык тармактарда кеңири колдонулат.
Бирок, Si₃N₄ күчтүү коваленттик байланыштары бар кошулма болгондуктан, катуу абалдын диффузиясы аркылуу жогорку тыгыздыкка агломерациялоону кыйындаткан туруктуу түзүлүшкө ээ. Агломерацияга көмөктөшүү үчүн металл оксиддери (MgO, CaO, Al₂O₃) жана сейрек кездешүүчү жер оксиддери (Yb₂O₃, Y₂O₃, Lu₂O₃, CeO₂) сыяктуу агломерациялоочу каражаттар суюк фазалык агломерация механизми аркылуу тыгыздалууга көмөктөшөт.
Азыркы учурда, дүйнөлүк жарым өткөргүч түзмөк технологиясы жогорку чыңалуу, чоң агымдар жана көбүрөөк кубаттуулук тыгыздыгы көздөй илгерилеп жатат. Si₃N₄ керамикасын жасоо ыкмаларын изилдөө кеңири. Бул макалада кремний нитриди керамикасынын тыгыздыгын жана комплекстүү механикалык касиеттерин эффективдүү жакшыртуучу агломерация процесстери камтылган.
Si₃N₄ Керамика үчүн жалпы агломерациялоо ыкмалары
Ар кандай агломерациялоо ыкмалары менен даярдалган Si₃N₄ керамика үчүн өндүрүмдүүлүктү салыштыруу
1. Реактивдүү агломерация (RS):Реактивдүү агломерация өнөр жайлык Si₃N₄ керамикасын даярдоо үчүн колдонулган биринчи ыкма болгон. Бул жөнөкөй, үнөмдүү жана татаал формаларды түзүүгө жөндөмдүү. Бирок анын өндүрүштүк цикли узакка созулгандыктан, өнөр жайлык масштабдагы өндүрүшкө ылайыктуу эмес.
2. Басымсыз агломерация (PLS):Бул эң негизги жана жөнөкөй агломерация процесси. Бирок, ал жогорку сапаттагы Si₃N₄ чийки затты талап кылат жана көбүнчө тыгыздыгы азыраак керамикага, олуттуу кичирейүүгө жана жарака же деформацияга тенденциясына алып келет.
3. Ысык-прессте агломерациялоо (HP):Бир октуу механикалык басымдын колдонулушу агломерациялоонун кыймылдаткыч күчүн жогорулатып, тыгыз керамикаларды басымсыз агломерацияда колдонулгандан 100-200°С төмөн температурада өндүрүүгө мүмкүндүк берет. Бул ыкма, адатта, салыштырмалуу жөнөкөй блок түрүндөгү керамика даярдоо үчүн колдонулат, бирок субстрат материалдары үчүн коюу жана калыпка талаптарды канааттандыруу кыйын.
4. Spark плазма агломерациялоо (SPS):SPS тез агломерациялоо, данды тазалоо жана агломерациялоо температурасынын төмөндөшү менен мүнөздөлөт. Бирок, SPS жабдууларга олуттуу инвестицияны талап кылат жана SPS аркылуу жогорку жылуулук өткөргүчтүү Si₃N₄ керамикасын даярдоо дагы эле эксперименттик стадияда турат жана али индустриализациялана элек.
5. Газ басымы агломерациялоо (GPS):Газ басымын колдонуу менен, бул ыкма керамикалык ажыроону жана жогорку температурада салмак жоготууга бөгөт коёт. Бул жогорку тыгыздыктагы керамика өндүрүү үчүн жеңил болуп саналат жана сериясы өндүрүүгө мүмкүндүк берет. Бирок, бир кадамдык газ басымы агломерациялоо процесси бирдиктүү ички жана тышкы түсү жана структурасы бар структуралык компоненттерди өндүрүү үчүн күрөшөт. Эки баскычтуу же көп баскычтуу агломерациялоо процессин колдонуу гранулдар аралык кычкылтектин мазмунун олуттуу түрдө азайтат, жылуулук өткөрүмдүүлүктү жакшыртат жана жалпы касиеттерин жакшыртат.
Бирок, эки баскычтуу газ басымы агломерациялоонун жогорку агломерация температурасы мурунку изилдөөлөрдү негизинен жогорку жылуулук өткөрүмдүүлүккө жана бөлмө температурасында ийилүүчү күчкө ээ Si₃N₄ керамикалык субстраттарды даярдоого багытталган. Комплекстүү механикалык касиеттери жана жогорку температурадагы механикалык касиеттери бар Si₃N₄ керамика боюнча изилдөөлөр салыштырмалуу чектелген.
Si₃N₄ үчүн газ басымдуу эки баскычтуу агломерациялоо ыкмасы
Янг Чжоу жана Чунцин технологиялык университетинин кесиптештери 1800°C температурада бир кадамдуу жана эки кадамдуу газ басымында агломерация процесстерин колдонуп Si₃N₄ керамика даярдоо үчүн 5 масса.% Yb₂O₃ + 5 масса.% Al₂O₃ агломерациялоочу жардам системасын колдонушту. Эки баскычтуу агломерациялоо процессинде өндүрүлгөн Si₃N₄ керамика тыгыздыгы жогору жана комплекстүү механикалык касиеттерге ээ болгон. Төмөндө Si₃N₄ керамикалык компоненттердин микроструктурасына жана механикалык касиеттерине бир кадамдуу жана эки баскычтуу газ басымы агломерация процесстеринин таасири жалпыланган.
Тыгыздык Si₃N₄ тыгыздоо процесси, адатта, этаптардын бири-бирине дал келиши менен үч этапты камтыйт. Биринчи этап, бөлүкчөлөрдүн кайра түзүлүшү жана экинчи этап, эрүү-жаан-чачындар тыгыздашуунун эң маанилүү этаптары болуп саналат. Бул этаптарда жетиштүү реакция убактысы үлгүнүн тыгыздыгын олуттуу жакшыртат. Эки баскычтуу агломерациялоо процесси үчүн агломерацияга чейинки температура 1600°Cге коюлганда, β-Si₃N₄ бүртүкчөлөрү алкак түзүшөт жана жабык тешикчелерди түзөт. Алдын ала агломерациялоодон кийин, жогорку температурада жана азот басымында андан ары ысытуу суюк фазалык агымды жана толтурууну шарттайт, бул жабык тешикчелерди жок кылууга жардам берет, Si₃N₄ керамикасынын тыгыздыгын андан ары жакшыртат. Ошондуктан, эки баскычтуу агломерациялоо процессинде өндүрүлгөн үлгүлөр бир кадам агломерациялоодо өндүрүлгөнгө караганда жогорку тыгыздыкты жана салыштырмалуу тыгыздыкты көрсөтөт.
Фаза жана микроструктура Бир кадамдуу агломерацияда бөлүкчөлөрдүн кайра түзүлүшү жана дан чектеринин диффузиясы үчүн жеткиликтүү убакыт чектелген. Эки баскычтуу агломерация процессинде биринчи кадам төмөнкү температурада жана төмөн газ басымында жүргүзүлөт, бул бөлүкчөлөрдүн кайра жайгашуу убактысын узартат жана ири дандарга алып келет. Температура андан кийин жогорку температура стадиясына чейин көтөрүлөт, мында дандар Оствальд бышуусу аркылуу өсө берет жана жогорку тыгыздыктагы Si₃N₄ керамикасын берет.
Механикалык касиеттери Жогорку температурада гранула аралык фазанын жумшаруусу күчтүн төмөндөшүнүн негизги себеби болуп саналат. Бир этаптуу агломерацияда дандын анормалдуу өсүшү бүртүкчөлөрдүн ортосунда майда тешикчелерди пайда кылат, бул жогорку температурадагы күчтүн олуттуу жакшырышына жол бербейт. Бирок, эки баскычтуу агломерация процессинде айнек фазасы, дан чектеринде бирдей бөлүштүрүлөт жана бирдей өлчөмдөгү бүртүкчөлөр гранула аралык күчтү күчөтөт, натыйжада жогорку температурада ийилүүчү күч пайда болот.
Жыйынтыктап айтканда, бир кадам агломерациялоодо узак убакытка кармап туруу ички көзөнөктүүлүктү эффективдүү түрдө азайтып, бирдиктүү ички түскө жана түзүлүшкө жетише алат, бирок дандын анормалдуу өсүшүнө алып келиши мүмкүн, бул белгилүү бир механикалык касиеттерди начарлатат. Эки баскычтуу агломерациялоо процессин колдонуу менен — бөлүкчөлөрдүн кайра жайгашуу убактысын узартуу үчүн төмөнкү температурада алдын ала агломерациялоону жана дандын бирдей өсүшүн камсыз кылуу үчүн жогорку температурада кармап туруу — салыштырмалуу тыгыздыгы 98,25% болгон Si₃N₄ керамика, бирдиктүү микроструктура жана эң сонун комплекстүү механикалык касиеттери бар. ийгиликтүү даярдоого болот.
| аты | Субстрат | Эпитаксиалдык катмардын курамы | Эпитаксиалдык процесс | Эпитаксиалдык чөйрө |
| Кремний гомоэпитаксиалдык | Si | Si | буу фаза эпитаксиси (VPE) | SiCl4+H2 |
| Кремний гетероэпитаксиалдык | Сапфир же шпинель | Si | буу фаза эпитаксиси (VPE) | SiH₄+H₂ |
| GaAs гомоэпитаксиалдык | GaAs | GaAs GaAs | буу фаза эпитаксиси (VPE) | AsCl₃+Ga+H₂ (Ar) |
| GaAs | GaAs GaAs | Молекулярдык нур эпитаксиясы (MBE) | Ga+As | |
| GaAs гетероэпитаксиалдык | GaAs GaAs | GaAlAs/GaAs/GaAlAs | Суюк фаза эпитаксиясы (LPE) Буу фазасы (VPE) | Ga+Al+CaAs+ H2 Ga+Ash3+PH3+CHl+H2 |
| GaP гомоэпитаксиалдык | GaP | GaP(GaP;N) | Суюк фаза эпитаксиясы (LPE) Суюк фаза эпитаксиясы (LPE) | Ga+GaP+H2+(NH3) Ga+GaAs+GaP+NH3 |
| Superlattice | GaAs | GaAlAs/GaAs (цикл) | Молекулярдык нур эпитаксиясы (MBE) MOCVD | Ca,As,Al GaR₃+AlR3+AsH3+H2 |
| InP гомоэпитаксиалдык | InP | InP | буу фаза эпитаксиси (VPE) Суюк фаза эпитаксиясы (LPE) | PCl3+In+H2 In+InAs+GaAs+InP+H₂ |
| Si/GaAs эпитакси | Si | GaAs | Молекулярдык нур эпитаксиясы (MBE) MOGVD | Га, Ас GaR₃+AsH₃+H₂ |
Посттун убактысы: 24-декабрь-2024