Iċ-ċeramika tan-nitrur tas-silikon (Si₃N₄), bħala ċeramika strutturali avvanzata, jippossjedi proprjetajiet eċċellenti bħal reżistenza għat-temperatura għolja, saħħa għolja, toughness għolja, ebusija għolja, reżistenza għat-tkaxkir, reżistenza għall-ossidazzjoni u reżistenza għall-ilbies. Barra minn hekk, joffru reżistenza tajba għal xokk termali, proprjetajiet dielettriċi, konduttività termali għolja, u prestazzjoni eċċellenti ta 'trasmissjoni ta' mewġ elettromanjetiku ta 'frekwenza għolja. Dawn il-proprjetajiet komprensivi pendenti jagħmluhom użati ħafna f'komponenti strutturali kumplessi, speċjalment fl-ajruspazju u oqsma oħra ta 'teknoloġija għolja.
Madankollu, Si₃N₄, li huwa kompost b'rabtiet kovalenti qawwija, għandu struttura stabbli li tagħmel is-sinterizzazzjoni għal densità għolja diffiċli permezz tad-diffużjoni ta 'stat solidu biss. Biex tippromwovi s-sinterizzazzjoni, għajnuniet għas-sinterizzazzjoni, bħal ossidi tal-metall (MgO, CaO, Al₂O₃) u ossidi ta 'earth rari (Yb₂O₃, Y₂O₃, Lu₂O₃, CeO₂), huma miżjuda biex jiffaċilitaw id-densifikazzjoni permezz ta' mekkaniżmu ta 'sinterizzazzjoni tal-fażi likwida.
Bħalissa, it-teknoloġija globali tal-apparat tas-semikondutturi qed tavvanza lejn vultaġġi ogħla, kurrenti akbar u densitajiet ta 'enerġija akbar. Ir-riċerka fil-metodi għall-fabbrikazzjoni taċ-ċeramika Si₃N₄ hija estensiva. Dan l-artikolu jintroduċi proċessi ta 'sinterizzazzjoni li jtejbu b'mod effettiv id-densità u l-proprjetajiet mekkaniċi komprensivi taċ-ċeramika tan-nitrur tas-silikon.
Metodi ta' Sinterizzazzjoni Komuni għal Ċeramika Si₃N₄
Tqabbil tal-Prestazzjoni għal Ċeramika Si₃N₄ ippreparata b'Metodi ta' Sinterizzazzjoni differenti
1. Sinterizzazzjoni Reattiva (RS):Is-sinterizzazzjoni reattiva kienet l-ewwel metodu użat biex tipprepara industrijalment iċ-ċeramika Si₃N₄. Huwa sempliċi, kosteffettiv, u kapaċi jifforma forom kumplessi. Madankollu, għandu ċiklu ta 'produzzjoni twil, li ma jwassalx għal produzzjoni fuq skala industrijali.
2. Sinterizzazzjoni mingħajr Pressjoni (PLS):Dan huwa l-aktar proċess bażiku u sempliċi ta 'sinterizzazzjoni. Madankollu, teħtieġ materja prima Si₃N₄ ta 'kwalità għolja u ħafna drabi tirriżulta f'ċeramika b'densità aktar baxxa, jinxtorob sinifikanti, u tendenza li xquq jew deforma.
3. Sinterizzazzjoni Hot-Press (HP):L-applikazzjoni ta 'pressjoni mekkanika uniaxial iżżid il-forza tas-sewqan għas-sinterizzazzjoni, li tippermetti li ċ-ċeramika densa tiġi prodotta f'temperaturi 100-200 ° C aktar baxxi minn dawk użati fis-sinterizzazzjoni mingħajr pressjoni. Dan il-metodu huwa tipikament użat għall-fabbrikazzjoni ta 'ċeramika b'forma ta' blokk relattivament sempliċi iżda huwa diffiċli biex tissodisfa r-rekwiżiti tal-ħxuna u l-forma għall-materjali tas-sottostrat.
4. Sinterizzazzjoni tal-Plasma Spark (SPS):SPS huwa kkaratterizzat minn sinterizzazzjoni veloċi, irfinar tal-qamħ, u temperaturi ta 'sinterizzazzjoni mnaqqsa. Madankollu, SPS teħtieġ investiment sinifikanti fit-tagħmir, u l-preparazzjoni ta 'ċeramika Si₃N₄ ta' konduttività termali għolja permezz ta 'SPS għadha fl-istadju sperimentali u għadha ma ġietx industrijalizzata.
5. Sinterizzazzjoni bil-Pressjoni tal-Gass (GPS):Billi tapplika pressjoni tal-gass, dan il-metodu jinibixxi d-dekompożizzjoni taċ-ċeramika u t-telf ta 'piż f'temperaturi għoljin. Huwa aktar faċli li tipproduċi ċeramika ta 'densità għolja u tippermetti l-produzzjoni tal-lott. Madankollu, proċess ta 'sinterizzazzjoni bi pressjoni tal-gass f'pass wieħed jitħabat biex jipproduċi komponenti strutturali b'kulur u struttura interni u esterni uniformi. L-użu ta 'proċess ta' sinterizzazzjoni f'żewġ stadji jew f'diversi stadji jista 'jnaqqas b'mod sinifikanti l-kontenut ta' ossiġnu intergranulari, itejjeb il-konduttività termali u jtejjeb il-proprjetajiet ġenerali.
Madankollu, it-temperatura għolja tas-sinterizzazzjoni tas-sinterizzazzjoni bi pressjoni tal-gass f'żewġ stadji wasslet riċerka preċedenti biex tiffoka prinċipalment fuq il-preparazzjoni ta 'sottostrati taċ-ċeramika Si₃N₄ b'konduttività termali għolja u saħħa tal-liwi f'temperatura tal-kamra. Ir-riċerka dwar iċ-ċeramika Si₃N₄ bi proprjetajiet mekkaniċi komprensivi u proprjetajiet mekkaniċi ta 'temperatura għolja hija relattivament limitata.
Metodu ta 'Sinterizzazzjoni f'żewġ Passi bil-Pressjoni tal-Gass għal Si₃N₄
Yang Zhou u l-kollegi mill-Università tat-Teknoloġija ta 'Chongqing użaw sistema ta' għajnuna għas-sinterizzazzjoni ta '5 wt.% Yb₂O₃ + 5 wt.% Al₂O₃ biex jippreparaw ċeramika Si₃N₄ bl-użu kemm ta' proċessi ta 'sinterizzazzjoni bi pressjoni tal-gass f'pass wieħed kif ukoll f'żewġ stadji f'1800°C. Iċ-ċeramika Si₃N₄ prodotta mill-proċess ta 'sinterizzazzjoni f'żewġ stadji kellha densità ogħla u proprjetajiet mekkaniċi komprensivi aħjar. Dan li ġej jiġbor fil-qosor l-effetti ta 'proċessi ta' sinterizzazzjoni bi pressjoni tal-gass f'pass wieħed u f'żewġ stadji fuq il-mikrostruttura u l-proprjetajiet mekkaniċi tal-komponenti taċ-ċeramika Si₃N₄.
Densità Il-proċess ta 'densifikazzjoni ta' Si₃N₄ tipikament jinvolvi tliet stadji, b'koinċidenza bejn l-istadji. L-ewwel stadju, riarranġament tal-partiċelli, u t-tieni stadju, dissoluzzjoni-preċipitazzjoni, huma l-aktar stadji kritiċi għad-densifikazzjoni. Ħin ta 'reazzjoni suffiċjenti f'dawn l-istadji jtejjeb b'mod sinifikanti d-densità tal-kampjun. Meta t-temperatura ta 'qabel is-sinterizzazzjoni għall-proċess ta' sinterizzazzjoni f'żewġ stadji hija ssettjata għal 1600 °C, il-ħbub β-Si₃N₄ jiffurmaw qafas u joħolqu pori magħluqa. Wara s-sinterizzazzjoni minn qabel, aktar tisħin taħt temperatura għolja u pressjoni tan-nitroġenu jippromwovi l-fluss u l-mili tal-fażi likwida, li jgħin biex jelimina l-pori magħluqa, itejjeb aktar id-densità taċ-ċeramika Si₃N₄. Għalhekk, il-kampjuni prodotti mill-proċess ta 'sinterizzazzjoni f'żewġ stadji juru densità ogħla u densità relattiva minn dawk prodotti minn sinterizzazzjoni f'pass wieħed.
Fażi u Mikrostruttura Matul is-sinterizzazzjoni f'pass wieħed, iż-żmien disponibbli għar-riarranġament tal-partikuli u d-diffużjoni tal-konfini tal-qamħ huwa limitat. Fil-proċess ta 'sinterizzazzjoni f'żewġ stadji, l-ewwel pass jitwettaq f'temperatura baxxa u pressjoni baxxa tal-gass, li jestendi l-ħin tar-riarranġament tal-partiċelli u jirriżulta fi ħbub akbar. It-temperatura mbagħad tiżdied għall-istadju ta 'temperatura għolja, fejn il-ħbub ikomplu jikbru permezz tal-proċess ta' sajran Ostwald, u jagħtu ċeramika Si₃N₄ ta 'densità għolja.
Proprjetajiet Mekkaniċi It-trattib tal-fażi intergranulari f'temperaturi għoljin hija r-raġuni primarja għal saħħa mnaqqsa. F'sinterizzazzjoni f'pass wieħed, it-tkabbir anormali tal-qamħ joħloq pori żgħar bejn il-ħbub, li jipprevjeni titjib sinifikanti fis-saħħa f'temperatura għolja. Madankollu, fil-proċess ta 'sinterizzazzjoni f'żewġ stadji, il-fażi tal-ħġieġ, imqassma b'mod uniformi fil-konfini tal-qamħ, u l-ħbub ta' daqs uniformi jtejbu s-saħħa intergranulari, li tirriżulta f'qawwa ogħla ta 'liwi f'temperatura għolja.
Bħala konklużjoni, iż-żamma fit-tul waqt sinterizzazzjoni f'pass wieħed tista 'tnaqqas b'mod effettiv il-porożità interna u tikseb kulur u struttura interni uniformi iżda tista' twassal għal tkabbir anormali tal-qamħ, li jiddegrada ċerti proprjetajiet mekkaniċi. Billi tuża proċess ta 'sinterizzazzjoni f'żewġ stadji — bl-użu ta' pre-sinterizzazzjoni f'temperatura baxxa biex testendi l-ħin tar-riarranġament tal-partiċelli u ż-żamma f'temperatura għolja biex tippromwovi t-tkabbir uniformi tal-qamħ — ċeramika Si₃N₄ b'densità relattiva ta '98.25%, mikrostruttura uniformi, u proprjetajiet mekkaniċi komprensivi eċċellenti jistgħu jiġu ppreparati b'suċċess.
| Isem | Sottostrat | Kompożizzjoni tas-saff epitassjali | Proċess epitassjali | Medja epitassjali |
| Silikon omoepitaxjali | Si | Si | Epitassija tal-Fażi tal-Fwar (VPE) | SiCl4+H2 |
| Silikon eteroepitaxjali | Żaffir jew spinel | Si | Epitassija tal-Fażi tal-Fwar (VPE) | SiH₄+H₂ |
| GaAs omoepitaxjali | GaAs | GaAs GaAs | Epitassija tal-Fażi tal-Fwar (VPE) | AsCl₃+Ga+H₂ (Ar) |
| GaAs | GaAs GaAs | Epitassija tar-raġġ molekulari (MBE) | Ga+As | |
| GaAs eteroepitaxjali | GaAs GaAs | GaAlAs/GaAs/GaAlAs | Epitassija tal-Fażi Likwida (LPE) Fażi tal-Fwar (VPE) | Ga+Al+CaAs+ H2 Ga+AsH3+PH3+CHl+H2 |
| GaP omoepitassjali | GaP | GaP(GaP;N) | Epitassija tal-Fażi Likwida (LPE) Epitassija tal-Fażi Likwida (LPE) | Ga+GaP+H2+(NH3) Ga+GaAs+GaP+NH3 |
| Superlattice | GaAs | GaAlAs/GaAs (ċiklu) | Epitassija tar-raġġ molekulari (MBE) MOCVD | Ca,As,Al GaR₃+AlR3+AsH3+H2 |
| InP omoepitassjali | InP | InP | Epitassija tal-Fażi tal-Fwar (VPE) Epitassija tal-Fażi Likwida (LPE) | PCl3+In+H2 Fi+InAs+GaAs+InP+H₂ |
| Si/GaAs Epitaxy | Si | GaAs | Epitassija tar-raġġ molekulari (MBE) MOGVD | Ga、As GaR₃+AsH₃+H₂ |
Ħin tal-post: Diċ-24-2024