Keramik silikon nitrida (Si₃N₄), minangka keramik struktural majeng, nduweni sifat sing apik banget kayata tahan suhu dhuwur, kekuatan dhuwur, kateguhan dhuwur, kekerasan dhuwur, resistensi creep, tahan oksidasi, lan tahan aus. Kajaba iku, dheweke nawakake resistensi kejut termal sing apik, sifat dielektrik, konduktivitas termal sing dhuwur, lan kinerja transmisi gelombang elektromagnetik frekuensi dhuwur sing apik. Properti lengkap sing luar biasa iki nggawe akeh digunakake ing komponen struktur kompleks, utamane ing aeroangkasa lan lapangan teknologi tinggi liyane.
Nanging, Si₃N₄, minangka senyawa kanthi ikatan kovalen sing kuwat, nduweni struktur sing stabil sing ndadekake sintering kanggo kapadhetan dhuwur angel liwat difusi solid-state. Kanggo ningkatake sintering, alat bantu sintering, kayata oksida logam (MgO, CaO, Al₂O₃) lan oksida tanah jarang (Yb₂O₃, Y₂O₃, Lu₂O₃, CeO₂), ditambahake kanggo nggampangake densifikasi liwat mekanisme sintering fase cair.
Saiki, teknologi piranti semikonduktor global maju menyang voltase sing luwih dhuwur, arus sing luwih gedhe, lan kapadhetan daya sing luwih gedhe. Panliten babagan cara nggawe keramik Si₃N₄ akeh banget. Artikel iki ngenalake proses sintering sing efektif ningkatake kapadhetan lan sifat mekanik komprehensif keramik silikon nitrida.
Cara Sintering Umum kanggo Keramik Si₃N₄
Perbandingan Kinerja Keramik Si₃N₄ Disiapake kanthi Metode Sintering Beda
1. Sintering Reaktif (RS):Sintering reaktif minangka cara pisanan sing digunakake kanggo nyiapake keramik Si₃N₄. Iku prasaja, biaya-efektif, lan saged mbentuk wangun Komplek. Nanging, siklus produksi dawa, sing ora kondusif kanggo produksi skala industri.
2. Pressureless Sintering (PLS):Iki minangka proses sintering sing paling dhasar lan prasaja. Nanging, mbutuhake bahan mentah Si₃N₄ sing berkualitas tinggi lan asring ngasilake keramik kanthi kapadhetan sing luwih murah, nyusut sing signifikan, lan cenderung retak utawa deformasi.
3. Hot-Press Sintering (HP):Aplikasi tekanan mekanik uniaxial nambah daya nyopir kanggo sintering, saéngga keramik padhet bisa diprodhuksi ing suhu 100-200 ° C luwih murah tinimbang sing digunakake ing sintering tanpa tekanan. Cara iki biasane digunakake kanggo nggawe keramik sing bentuke blok sing relatif prasaja nanging angel nyukupi syarat kekandelan lan wangun kanggo bahan substrat.
4. Sintering Plasma Spark (SPS):SPS ditondoi dening sintering cepet, refinement gandum, lan suda suhu sintering. Nanging, SPS mbutuhake investasi sing signifikan ing peralatan, lan nyiapake konduktivitas termal dhuwur Si₃N₄ keramik liwat SPS isih ing tahap eksperimen lan durung industri.
5. Gas-Pressure Sintering (GPS):Kanthi ngetrapake tekanan gas, cara iki nyegah dekomposisi keramik lan mundhut bobot ing suhu dhuwur. Iku luwih gampang kanggo gawé Keramik Kapadhetan dhuwur lan mbisakake produksi kumpulan. Nanging, proses sintering tekanan gas siji-langkah berjuang kanggo ngasilake komponen struktural kanthi warna lan struktur internal lan eksternal sing seragam. Nggunakake proses sintering loro-langkah utawa multi-langkah bisa nyuda isi oksigen intergranular, nambah konduktivitas termal, lan nambah sifat sakabèhé.
Nanging, suhu sintering dhuwur saka sintering gas-tekanan rong langkah wis mimpin riset sadurungé fokus utamané ing nyiapake substrat keramik Si₃N₄ karo konduktivitas termal dhuwur lan kekuatan mlengkung suhu kamar. Riset babagan keramik Si₃N₄ kanthi sifat mekanik sing komprehensif lan sifat mekanik suhu dhuwur relatif winates.
Metode Sintering Dua Langkah Tekanan Gas kanggo Si₃N₄
Yang Zhou lan kanca-kanca saka Universitas Teknologi Chongqing nggunakake sistem bantuan sintering 5 wt.% Yb₂O₃ + 5 wt.% Al₂O₃ kanggo nyiapake keramik Si₃N₄ nggunakake proses sintering tekanan gas siji-langkah lan loro-langkah ing 1800°C. Keramik Si₃N₄ sing diprodhuksi dening proses sintering rong langkah nduweni kapadhetan sing luwih dhuwur lan sifat mekanik sing luwih lengkap. Ing ngisor iki ngringkes efek saka proses sintering tekanan gas siji langkah lan rong langkah ing struktur mikro lan sifat mekanik komponen keramik Si₃N₄.
Kapadhetan Proses densifikasi Si₃N₄ biasane ana telung tahapan, kanthi tumpang tindih antarane tahapan kasebut. Tahap pisanan, penyusunan ulang partikel, lan tahap kapindho, disolusi-udhan, minangka tahap paling kritis kanggo densifikasi. Wektu reaksi sing cukup ing tahapan kasebut kanthi signifikan nambah kapadhetan sampel. Nalika suhu pra-sintering kanggo proses sintering rong langkah disetel dadi 1600 ° C, biji β-Si₃N₄ mbentuk kerangka lan nggawe pori-pori sing ditutup. Sawise pra-sintering, pemanasan luwih lanjut ing suhu dhuwur lan tekanan nitrogen ningkatake aliran lan ngisi fase cair, sing mbantu ngilangi pori-pori sing ditutup, nambah kapadhetan keramik Si₃N₄. Mulane, conto sing diprodhuksi dening proses sintering rong langkah nuduhake Kapadhetan lan Kapadhetan relatif luwih dhuwur tinimbang sing diprodhuksi dening sintering siji-langkah.
Fase lan Mikrostruktur Sajrone sintering siji-langkah, wektu sing kasedhiya kanggo nyusun ulang partikel lan difusi wates butir diwatesi. Ing proses sintering rong langkah, langkah pisanan ditindakake ing suhu sing kurang lan tekanan gas sing kurang, sing ngluwihi wektu rearrangement partikel lan ngasilake biji sing luwih gedhe. Temperatur banjur ditambah menyang tahap suhu dhuwur, ing ngendi biji-bijian terus berkembang liwat proses pematangan Ostwald, ngasilake keramik Si₃N₄ kepadatan dhuwur.
Properties Mechanical Ing softening saka phase intergranular ing suhu dhuwur iku alesan utami kanggo suda kekuatan. Ing sintering siji-langkah, wutah gandum ora normal nggawe pori-pori cilik ing antarane biji-bijian, sing nyegah paningkatan sing signifikan ing kekuatan suhu dhuwur. Nanging, ing proses sintering rong langkah, fase kaca, disebarake kanthi seragam ing wates gandum, lan biji-bijian sing ukurane seragam nambah kekuatan intergranular, nyebabake kekuatan lentur suhu sing luwih dhuwur.
Kesimpulane, ditahan sing dawa sajrone sintering siji-langkah kanthi efektif bisa nyuda porositas internal lan entuk warna lan struktur internal sing seragam nanging bisa nyebabake pertumbuhan gandum sing ora normal, sing ngrusak sifat mekanik tartamtu. Kanthi nggunakake proses sintering rong langkah - nggunakake pra-sintering suhu rendah kanggo nglanjutake wektu penyusunan ulang partikel lan tahan suhu dhuwur kanggo ningkatake pertumbuhan gandum sing seragam - keramik Si₃N₄ kanthi kapadhetan relatif 98,25%, struktur mikro seragam, lan sifat mekanik sing komprehensif banget. bisa kasil disiapake.
| jeneng | Substrat | Komposisi lapisan epitaxial | Proses epitaxial | Medium epitaxial |
| Silicon homoepitaxial | Si | Si | Vapor Phase Epitaxy (VPE) | SiCl4+H2 |
| Silikon heteroepitaxial | Sapphire utawa 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 | |
| GaAs heteroepitaxial | GaAs GaAs | GaAlAs/GaAs/GaAlAs | Cairan Phase Epitaxy (LPE) Fase Uap (VPE) | Ga+Al+CaAs+ H2 Ga+AsH3+ PH3+CHl+H2 |
| GaP homoepitaxial | GaP | GaP(GaP;N) | Cairan Phase Epitaxy (LPE) Cairan Phase Epitaxy (LPE) | Ga+GaP+H2+ (NH3) Ga+GaAs+GaP+NH3 |
| Superlattice | GaAs | GaAlAs/GaAs (siklus) | Molecular Beam Epitaxy (MBE) MOCVD | Ca, As, Al GaR₃+AlR3+AsH3+H2 |
| InP homoepitaxial | InP | InP | Vapor Phase Epitaxy (VPE) Cairan Phase Epitaxy (LPE) | PCl3+In+H2 In+InAs+GaAs+InP+H₂ |
| Epitaksi Si/GaAs | Si | GaAs | Molecular Beam Epitaxy (MBE) MOGVD | Ga, As GaR₃+AsH₃+H₂ |
Wektu kirim: Dec-24-2024