Silicon nitride (Si₃N₄) ceramics, ເປັນເຊລາມິກໂຄງສ້າງແບບພິເສດ, ມີຄຸນສົມບັດທີ່ດີເລີດເຊັ່ນ: ການຕໍ່ຕ້ານອຸນຫະພູມສູງ, ມີຄວາມເຂັ້ມແຂງສູງ, ຄວາມທົນທານສູງ, ຄວາມແຂງສູງ, ຄວາມຕ້ານທານ creep, ການຕໍ່ຕ້ານການຜຸພັງ, ແລະຄວາມທົນທານຕໍ່ການສວມໃສ່. ນອກຈາກນັ້ນ, ພວກເຂົາເຈົ້າສະຫນອງການຕ້ານການຊ໊ອກຄວາມຮ້ອນທີ່ດີ, ຄຸນສົມບັດ dielectric, ການນໍາຄວາມຮ້ອນສູງ, ແລະປະສິດທິພາບການສົ່ງຄື້ນໄຟຟ້າຄວາມຖີ່ສູງທີ່ດີເລີດ. ຄຸນສົມບັດທີ່ສົມບູນແບບທີ່ໂດດເດັ່ນເຫຼົ່ານີ້ເຮັດໃຫ້ພວກມັນຖືກນໍາໃຊ້ຢ່າງກວ້າງຂວາງໃນອົງປະກອບໂຄງສ້າງທີ່ສັບສົນ, ໂດຍສະເພາະໃນຂົງເຂດການບິນແລະເຕັກໂນໂລຢີສູງອື່ນໆ.
ຢ່າງໃດກໍຕາມ, Si₃N₄, ເປັນສານປະສົມທີ່ມີພັນທະບັດ covalent ທີ່ເຂັ້ມແຂງ, ມີໂຄງສ້າງທີ່ຫມັ້ນຄົງທີ່ເຮັດໃຫ້ການ sintering ກັບຄວາມຫນາແຫນ້ນສູງມີຄວາມຫຍຸ້ງຍາກໂດຍຜ່ານການແຜ່ກະຈາຍຂອງລັດແຂງຢ່າງດຽວ. ເພື່ອສົ່ງເສີມການ sintering, sintering aid, ເຊັ່ນ: ໂລຫະ oxides (MgO, CaO, Al₂O₃) ແລະ oxides ໂລກທີ່ຫາຍາກ (Yb₂O₃, Y₂O₃, Lu₂O₃, CeO₂), ໄດ້ຖືກເພີ່ມເພື່ອເຮັດໃຫ້ຄວາມຫນາແຫນ້ນລະຫວ່າງລະຫວ່າງຂອງແຫຼວໂດຍຜ່ານກົນໄກການ.
ໃນປັດຈຸບັນ, ເຕັກໂນໂລຢີອຸປະກອນ semiconductor ທົ່ວໂລກກໍາລັງກ້າວໄປສູ່ແຮງດັນທີ່ສູງຂຶ້ນ, ກະແສໄຟຟ້າຂະຫນາດໃຫຍ່, ແລະຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງພະລັງງານຫຼາຍກວ່າເກົ່າ. ການຄົ້ນຄວ້າກ່ຽວກັບວິທີການຜະລິດເຊລາມິກ Si₃N₄ ແມ່ນກວ້າງຂວາງ. ບົດຄວາມນີ້ແນະນໍາຂະບວນການ sintering ທີ່ປະສິດທິຜົນປັບປຸງຄວາມຫນາແຫນ້ນແລະຄຸນສົມບັດກົນຈັກທີ່ສົມບູນແບບຂອງຊິລິໂຄນ nitride ceramics.
ວິທີການ Sintering ທົ່ວໄປສໍາລັບ Si₃N₄ Ceramics
ການປຽບທຽບການປະຕິບັດສໍາລັບ Si₃N₄ Ceramics ກະກຽມໂດຍວິທີການ sintering ທີ່ແຕກຕ່າງກັນ
1. Reactive Sintering (RS):ການ sintering ປະຕິກິລິຍາແມ່ນວິທີການທໍາອິດທີ່ໃຊ້ໃນອຸດສາຫະກໍາກະກຽມ Si₃N₄ ceramics. ມັນງ່າຍດາຍ, ປະຫຍັດຄ່າໃຊ້ຈ່າຍ, ແລະສາມາດສ້າງຮູບຮ່າງທີ່ສັບສົນ. ຢ່າງໃດກໍ່ຕາມ, ມັນມີວົງຈອນການຜະລິດທີ່ຍາວນານ, ເຊິ່ງບໍ່ເອື້ອອໍານວຍໃຫ້ແກ່ການຜະລິດແບບອຸດສາຫະກໍາ.
2. Pressureless Sintering (PLS):ນີ້ແມ່ນຂະບວນການ sintering ພື້ນຖານທີ່ສຸດແລະງ່າຍດາຍ. ຢ່າງໃດກໍ່ຕາມ, ມັນຕ້ອງການວັດຖຸດິບ Si₃N₄ ທີ່ມີຄຸນນະພາບສູງແລະມັກຈະເຮັດໃຫ້ເຊລາມິກທີ່ມີຄວາມຫນາແຫນ້ນຕ່ໍາ, ການຫົດຕົວຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ, ແລະແນວໂນ້ມທີ່ຈະແຕກຫຼືຜິດປົກກະຕິ.
3. Sintering ຮ້ອນ (HP):ຄໍາຮ້ອງສະຫມັກຂອງຄວາມກົດດັນກົນຈັກ uniaxial ເພີ່ມກໍາລັງຂັບເຄື່ອນສໍາລັບການ sintering, ອະນຸຍາດໃຫ້ ceramics ຫນາແຫນ້ນທີ່ຈະຜະລິດຢູ່ໃນອຸນຫະພູມ 100-200 ° C ຕ່ໍາກວ່າການນໍາໃຊ້ໃນ sintering ຄວາມກົດດັນ. ວິທີການນີ້ແມ່ນຖືກນໍາໃຊ້ໂດຍທົ່ວໄປສໍາລັບການ fabricating ceramics ຮູບ blocks ຂ້ອນຂ້າງງ່າຍດາຍແຕ່ເປັນການຍາກທີ່ຈະຕອບສະຫນອງຄວາມຫນາແລະຮູບຮ່າງຂອງອຸປະກອນການ substrate ໄດ້.
4. Spark Plasma Sintering (SPS):SPS ມີລັກສະນະການເຜົາໃຫມ້ໄວ, ການຫລອມເມັດພືດ, ແລະອຸນຫະພູມການເຜົາໃຫມ້ຫຼຸດລົງ. ຢ່າງໃດກໍ່ຕາມ, SPS ຕ້ອງການການລົງທຶນຢ່າງຫຼວງຫຼາຍໃນອຸປະກອນ, ແລະການກະກຽມການນໍາຄວາມຮ້ອນສູງ Si₃N₄ ceramics ຜ່ານ SPS ຍັງຢູ່ໃນຂັ້ນຕອນຂອງການທົດລອງແລະຍັງບໍ່ທັນໄດ້ຮັບການອຸດສາຫະກໍາ.
5. Gas-Pressure Sintering (GPS):ໂດຍການນໍາໃຊ້ຄວາມກົດດັນຂອງອາຍແກັສ, ວິທີການນີ້ inhibits ການທໍາລາຍເຊລາມິກແລະການສູນເສຍນ້ໍາໃນອຸນຫະພູມສູງ. ມັນງ່າຍຕໍ່ການຜະລິດເຊລາມິກທີ່ມີຄວາມຫນາແຫນ້ນສູງແລະເຮັດໃຫ້ການຜະລິດ batch. ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ຂະບວນການ sintering ຄວາມກົດດັນອາຍແກັສຂັ້ນຕອນດຽວຕໍ່ສູ້ເພື່ອຜະລິດອົງປະກອບໂຄງສ້າງທີ່ມີສີແລະໂຄງສ້າງທີ່ເປັນເອກະພາບພາຍໃນແລະພາຍນອກ. ການນໍາໃຊ້ຂະບວນການ sintering ສອງຂັ້ນຕອນຫຼືຫຼາຍຂັ້ນຕອນສາມາດຫຼຸດລົງຢ່າງຫຼວງຫຼາຍຂອງອົກຊີເຈນທີ່ intergranular, ປັບປຸງການນໍາຄວາມຮ້ອນ, ແລະເສີມຂະຫຍາຍຄຸນສົມບັດໂດຍລວມ.
ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ອຸນຫະພູມ sintering ສູງຂອງການ sintering ອາຍແກັສສອງຂັ້ນຕອນໄດ້ນໍາພາການຄົ້ນຄວ້າທີ່ຜ່ານມາສຸມໃສ່ການຕົ້ນຕໍໃນການກະກຽມຊັ້ນຍ່ອຍເຊລາມິກ Si₃N₄ ທີ່ມີ conductivity ຄວາມຮ້ອນສູງແລະຄວາມທົນທານຂອງອຸນຫະພູມຫ້ອງ. ການຄົ້ນຄວ້າກ່ຽວກັບເຊລາມິກ Si₃N₄ ທີ່ມີຄຸນສົມບັດກົນຈັກທີ່ສົມບູນແບບແລະຄຸນສົມບັດກົນຈັກທີ່ມີອຸນຫະພູມສູງແມ່ນຂ້ອນຂ້າງຈໍາກັດ.
ວິທີການ sintering ຄວາມກົດດັນອາຍແກັສສອງຂັ້ນຕອນສໍາລັບ Si₃N₄
Yang Zhou ແລະເພື່ອນຮ່ວມງານຈາກມະຫາວິທະຍາໄລ Chongqing University of Technology ໄດ້ໃຊ້ລະບົບການຊ່ວຍ sintering ຂອງ 5 wt.% Yb₂O₃ + 5 wt.% Al₂O₃ ເພື່ອກະກຽມເຊລາມິກ Si₃N₄ ໂດຍນໍາໃຊ້ຂະບວນການ sintering ດ້ວຍຄວາມກົດດັນອາຍແກັສທັງສອງຂັ້ນຕອນແລະສອງຂັ້ນຕອນທີ່ 1800 ° C. ເຊລາມິກ Si₃N₄ ທີ່ຜະລິດໂດຍຂະບວນການ sintering ສອງຂັ້ນຕອນມີຄວາມຫນາແຫນ້ນສູງກວ່າແລະຄຸນສົມບັດກົນຈັກທີ່ສົມບູນແບບທີ່ດີກວ່າ. ຕໍ່ໄປນີ້ສະຫຼຸບຜົນກະທົບຂອງຂະບວນການ sintering ຄວາມກົດດັນອາຍແກັສຫນຶ່ງຂັ້ນຕອນແລະສອງຂັ້ນຕອນຕໍ່ໂຄງສ້າງຈຸນລະພາກແລະຄຸນສົມບັດກົນຈັກຂອງອົງປະກອບເຊລາມິກSi₃N₄.
ຄວາມຫນາແຫນ້ນ ຂະບວນການຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງ Si₃N₄ ໂດຍປົກກະຕິປະກອບດ້ວຍສາມຂັ້ນຕອນ, ໂດຍມີການຊ້ອນກັນລະຫວ່າງຂັ້ນຕອນ. ຂັ້ນຕອນທໍາອິດ, ການຈັດລຽງຂອງອະນຸພາກ, ແລະຂັ້ນຕອນທີສອງ, ການລະລາຍ - precipitation, ແມ່ນຂັ້ນຕອນທີ່ສໍາຄັນທີ່ສຸດສໍາລັບການຫນາແຫນ້ນ. ເວລາຕິກິຣິຍາພຽງພໍໃນຂັ້ນຕອນເຫຼົ່ານີ້ປັບປຸງຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງຕົວຢ່າງຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ. ເມື່ອອຸນຫະພູມທາງສ່ວນຫນ້າຂອງ sintering ສໍາລັບຂະບວນການ sintering ສອງຂັ້ນຕອນໄດ້ຖືກກໍານົດເປັນ 1600 ° C, ເມັດພືດ β-Si₃N₄ ປະກອບເປັນກອບແລະສ້າງຮູຂຸມຂົນປິດ. ຫຼັງຈາກ sintering ກ່ອນ, ການໃຫ້ຄວາມຮ້ອນຕື່ມອີກພາຍໃຕ້ອຸນຫະພູມສູງແລະຄວາມກົດດັນໄນໂຕຣເຈນສົ່ງເສີມການໄຫຼຂອງໄລຍະຂອງແຫຼວແລະການຕື່ມ, ເຊິ່ງຊ່ວຍກໍາຈັດຮູຂຸມຂົນທີ່ປິດ, ປັບປຸງຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງເຊລາມິກ Si₃N₄ ຕື່ມອີກ. ດັ່ງນັ້ນ, ຕົວຢ່າງທີ່ຜະລິດໂດຍຂະບວນການ sintering ສອງຂັ້ນຕອນສະແດງໃຫ້ເຫັນຄວາມຫນາແຫນ້ນສູງແລະຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງພີ່ນ້ອງຫຼາຍກ່ວາທີ່ຜະລິດໂດຍການ sintering ຂັ້ນຕອນດຽວ.
Phase ແລະ Microstructure ໃນລະຫວ່າງການ sintering ຂັ້ນຕອນດຽວ, ເວລາທີ່ມີສໍາລັບການຈັດລຽງ particle ແລະການແຜ່ກະຈາຍຂອງເມັດພືດແມ່ນຈໍາກັດ. ໃນຂະບວນການ sintering ສອງຂັ້ນຕອນ, ຂັ້ນຕອນທໍາອິດແມ່ນດໍາເນີນຢູ່ໃນອຸນຫະພູມຕ່ໍາແລະຄວາມກົດດັນອາຍແກັສຕ່ໍາ, ເຊິ່ງຂະຫຍາຍເວລາການຈັດລຽງຂອງອະນຸພາກແລະສົ່ງຜົນໃຫ້ເມັດພືດຂະຫນາດໃຫຍ່. ຫຼັງຈາກນັ້ນ, ອຸນຫະພູມໄດ້ຖືກເພີ່ມຂຶ້ນໄປສູ່ຂັ້ນຕອນຂອງອຸນຫະພູມສູງ, ບ່ອນທີ່ເມັດພືດຍັງສືບຕໍ່ຂະຫຍາຍຕົວໂດຍຜ່ານຂະບວນການສຸກ Ostwald, ໃຫ້ຜົນຜະລິດເຊລາມິກ Si₃N₄ ທີ່ມີຄວາມຫນາແຫນ້ນສູງ.
ຄຸນສົມບັດກົນຈັກການອ່ອນລົງຂອງໄລຍະ intergranular ໃນອຸນຫະພູມສູງແມ່ນເຫດຜົນຕົ້ນຕໍສໍາລັບການຫຼຸດຜ່ອນຄວາມເຂັ້ມແຂງ. ໃນການ sintering ຂັ້ນຕອນດຽວ, ການຂະຫຍາຍຕົວຂອງເມັດພືດທີ່ຜິດປົກກະຕິຈະສ້າງ pores ຂະຫນາດນ້ອຍລະຫວ່າງເມັດພືດ, ເຊິ່ງປ້ອງກັນການປັບປຸງທີ່ສໍາຄັນໃນຄວາມເຂັ້ມຂົ້ນຂອງອຸນຫະພູມສູງ. ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ໃນຂະບວນການ sintering ທັງສອງຂັ້ນຕອນ, ໄລຍະແກ້ວ, ແຈກຢາຍ uniformly ຢູ່ໃນຂອບເຂດເມັດພືດ, ແລະເມັດພືດຂະຫນາດ uniformly ເສີມຂະຫຍາຍຄວາມເຂັ້ມແຂງ intergranular, ສົ່ງຜົນໃຫ້ມີຄວາມເຂັ້ມແຂງຂອງແຜ່ນເຫຼັກສູງ.
ສະຫລຸບລວມແລ້ວ, ການຖືຄອງເປັນເວລາດົນໃນລະຫວ່າງການ sintering ຂັ້ນຕອນຫນຶ່ງສາມາດຫຼຸດຜ່ອນຄວາມ porosity ພາຍໃນຢ່າງມີປະສິດທິພາບແລະບັນລຸສີພາຍໃນແລະໂຄງສ້າງທີ່ເປັນເອກະພາບແຕ່ອາດຈະເຮັດໃຫ້ການເຕີບໂຕຂອງເມັດພືດທີ່ຜິດປົກກະຕິ, ເຊິ່ງເຮັດໃຫ້ຄຸນສົມບັດກົນຈັກບາງຢ່າງຫຼຸດລົງ. ໂດຍການໃຊ້ຂະບວນການ sintering 2 ຂັ້ນຕອນ - ໂດຍໃຊ້ການເຜົາຕົວທີ່ມີອຸນຫະພູມຕ່ໍາເພື່ອຂະຫຍາຍເວລາການຈັດລຽງຂອງອະນຸພາກແລະການເກັບຮັກສາໃນອຸນຫະພູມສູງເພື່ອສົ່ງເສີມການເຕີບໂຕຂອງເມັດພືດທີ່ເປັນເອກະພາບ - ເຊລາມິກ Si₃N₄ ທີ່ມີຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງພີ່ນ້ອງຂອງ 98.25%, ໂຄງສ້າງຈຸລະພາກທີ່ເປັນເອກະພາບ, ແລະຄຸນສົມບັດກົນຈັກທີ່ສົມບູນແບບທີ່ດີເລີດ. ສາມາດກະກຽມຢ່າງສໍາເລັດຜົນ.
| ຊື່ | ທາດຍ່ອຍ | ອົງປະກອບຂອງຊັ້ນ epitaxial | ຂະບວນການ epitaxial | ຂະຫນາດກາງ Epitaxial |
| ຊິລິໂຄນ homoepitaxial | Si | Si | Vapor Phase Epitaxy (VPE) | SiCl4+H2 |
| ຊິລິໂຄນ heteroepitaxial | Sapphire ຫຼື spinel | Si | Vapor Phase Epitaxy (VPE) | SiH₄+H₂ |
| GaAs homoepitaxial | GaAs | GaAs GaAs | Vapor Phase Epitaxy (VPE) | AsCl₃+Ga+H₂ (Ar) |
| GaAs | GaAs GaAs | Molecular Beam Epitaxy (MBE) | Ga+As | |
| GaA ເປັນ heteroepitaxial | GaAs GaAs | GaAlAs/GaAs/GaAlAs | Liquid Phase Epitaxy (LPE) ໄລຍະໄອ (VPE) | Ga+Al+CaAs+H2 Ga+AsH3+PH3+CHl+H2 |
| GaP homoepitaxial | GaP | GaP(GaP;N) | Liquid Phase Epitaxy (LPE) Liquid Phase Epitaxy (LPE) | Ga+GaP+H2+(ນ3) Ga+GaAs+GaP+NH3 |
| Superlattice | GaAs | GaAlAs/GaAs (ຮອບວຽນ) | Molecular Beam Epitaxy (MBE) MOCVD | Ca, As, Al GaR₃+AlR3+AsH3+H2 |
| InP homoepitaxial | InP | InP | Vapor Phase Epitaxy (VPE) Liquid Phase Epitaxy (LPE) | PCl3+In+H2 ໃນ+InAs+GaAs+InP+H₂ |
| Si/GaAs Epitaxy | Si | GaAs | Molecular Beam Epitaxy (MBE) MOGVD | Ga, As GaR₃+AsH₃+H₂ |
ເວລາປະກາດ: 24-12-2024