Silikon nitrid (Si₃N₄) keramika, ösen gurluş keramikasy hökmünde ýokary temperatura garşylygy, ýokary güýç, ýokary berklik, ýokary gatylyk, süýşmek garşylygy, okislenme garşylygy we könelişme garşylygy ýaly ajaýyp häsiýetlere eýe. Mundan başga-da, gowy termiki zarba garşylygy, dielektrik häsiýetleri, ýokary ýylylyk geçirijiligi we ajaýyp ýokary ýygylykly elektromagnit tolkun geçiriş öndürijiligini hödürleýär. Bu ajaýyp toplumlaýyn häsiýetler olary çylşyrymly gurluş düzümlerinde, esasanam howa we beýleki ýokary tehnologiýaly ugurlarda giňden ulanýar.
Şeýle-de bolsa, Si₃N₄, güýçli kowalent baglanyşyklary bolan birleşme bolmak bilen, diňe berk ýagdaýyň ýaýramagy arkaly ýokary dykyzlyga sinterlemegi kynlaşdyrýan durnukly gurluşa eýe. Sinterlemegi höweslendirmek üçin, suwuk fazaly sintezleýiş mehanizmi arkaly dykyzlygy ýeňilleşdirmek üçin metal oksidleri (MgO, CaO, Al₂O₃) we seýrek ýer oksidleri (Yb₂O₃, Y₂O₃, Lu₂O₃, CeO₂) ýaly süzgüç gurallary goşulýar.
Häzirki wagtda global ýarymgeçiriji enjam tehnologiýasy has ýokary naprýa .eniýelere, has uly toklara we has uly dykyzlyga tarap öňe barýar. Si₃N₄ keramikasyny ýasamagyň usullary boýunça gözlegler giňdir. Bu makalada kremniý nitrit keramikasynyň dykyzlygyny we hemmetaraplaýyn mehaniki aýratynlyklaryny gowulandyrýan sinterleýiş prosesleri bilen tanyşdyrylýar.
Si₃N₄ keramika üçin umumy sinter usullary
Dürli süzmek usullary bilen taýýarlanan Si₃N₄ keramika üçin öndürijiligi deňeşdirmek
1. Reaktiw sinter (RS):Si₃N₄ keramikasyny senagat taýdan taýýarlamak üçin ulanylýan ilkinji usul. Simpleönekeý, tygşytly we çylşyrymly şekilleri döretmäge ukyply. Şeýle-de bolsa, önümçilik derejesinde amatly däl uzak önümçilik sikli bar.
2. Basyşsyz sinter (PLS):Bu iň esasy we ýönekeý sinter prosesi. Şeýle-de bolsa, ýokary hilli Si₃N₄ çig malyny talap edýär we köplenç pes dykyzlygy, ep-esli gysylmagy we döwülmegi ýa-da deformasiýasy bolan keramika bilen ýüze çykýar.
3. Gyzgyn basyş sintezi (HP):Düşünmedik mehaniki basyşyň ulanylmagy, sinterlemegiň hereketlendiriji güýjüni ýokarlandyrýar we dykyz keramikany basyşsyz sinterde ulanylýanlardan 100-200 ° C pes temperaturada öndürmäge mümkinçilik berýär. Bu usul, adatça, ýönekeý blok görnüşli keramika ýasamak üçin ulanylýar, ýöne substrat materiallar üçin galyňlygy we şekil talaplaryny kanagatlandyrmak kyn.
4. Uçgun plazma sinteri (SPS):SPS çalt süzmek, däne arassalamak we sinter temperaturasynyň peselmegi bilen häsiýetlendirilýär. Şeýle-de bolsa, SPS enjamlara ep-esli maýa goýumlaryny talap edýär we ýokary ýylylyk geçirijiligi Si₃N₄ keramikasyny SPS arkaly taýýarlamak henizem synag döwründe we entek senagatlaşdyrylmandyr.
5. Gaz-basyş sintezi (GPS):Gaz basyşyny ulanmak bilen, bu usul ýokary temperaturada keramiki dargamagy we horlanmagy saklaýar. Highokary dykyzlykly keramika öndürmek has aňsat we partiýa önümçiligini üpjün edýär. Şeýle-de bolsa, bir basgançakly gaz basyşyny süzmek prosesi içerki we daşarky reňk we gurluş bilen gurluş düzüm böleklerini öndürmek üçin göreşýär. Iki basgançakly ýa-da köp basgançakly sintez etmek prosesi, öýjükli kislorodyň mukdaryny ep-esli azaldyp, ýylylyk geçirijiligini gowulaşdyryp we umumy häsiýetleri ýokarlandyryp biler.
Şeýle-de bolsa, iki basgançakly gaz basyşynyň ýokary sintezleýiş temperaturasy, öňki gözleglere esasan ýokary ýylylyk geçirijiligi we otag temperaturasynyň egilmek güýji bolan Si₃N₄ keramiki substratlaryny taýýarlamaga gönükdirildi. Giňişleýin mehaniki aýratynlyklary we ýokary temperatura mehaniki aýratynlyklary bolan Si₃N₄ keramikasy boýunça gözlegler birneme çäklidir.
Si₃N₄ üçin gaz basyşy iki basgançakly süzmek usuly
Zang Zhou we Çongçin Tehnologiýa Uniwersitetiniň kärdeşleri 1800 ° C-de bir basgançakly we iki basgançakly gaz basyşly sintezleýiş amallaryny ulanyp, Si₃N₄ keramikasyny taýýarlamak üçin 5 wt% Yb₂O₃ + 5 wt% Al₂O₃ sinterleýji kömek ulgamyny ulandylar. Iki basgançakly sintez prosesi netijesinde öndürilen Si₃N₄ keramikasy has dykyzlygy we has giňişleýin mehaniki aýratynlyklaryna eýe boldy. Aşakda Si -N₄ keramiki bölekleriniň mikrostrukturasyna we mehaniki aýratynlyklaryna bir basgançakly we iki basgançakly gaz basyşyny sintezlemek prosesleriniň täsiri jemlenendir.
Dykyzlygy Si₃N₄-iň dykyzlaşma prosesi, adatça, basgançaklaryň arasynda biri-birine meňzeş üç basgançagy öz içine alýar. Birinji etap, bölejikleri tertipleşdirmek we ikinji basgançak, eriş-ýagyş, dykyzlaşmagyň iň möhüm tapgyrlarydyr. Bu etaplarda ýeterlik reaksiýa wagty nusga dykyzlygyny ep-esli ýokarlandyrýar. Iki basgançakly süzgüç prosesi üçin sinterden öňki temperatura 1600 ° C derejesinde goýlanda, β-Si₃N₄ däneleri çarçuwany emele getirýär we ýapyk gözenekleri döredýär. Öňünden süzgüçden soň, ýokary temperaturada we azot basyşynda has gyzdyrmak suwuk fazaly akymy we doldurmagy ösdürýär, bu ýapyk gözenekleri ýok etmäge, Si₃N₄ keramikasynyň dykyzlygyny hasam ýokarlandyrmaga kömek edýär. Şonuň üçin iki basgançakly süzgüç prosesi netijesinde öndürilen nusgalar, bir basgançakly sinteziň öndürýänlerinden has ýokary dykyzlygy we otnositel dykyzlygy görkezýär.
Faza we mikrostruktura Bir basgançakly süzgüç wagtynda bölejikleriň tertipleşdirilmegi we däne araçäkleriniň ýaýramagy üçin wagt çäklidir. Iki basgançakly sinterlemek prosesinde ilkinji ädim pes temperaturada we pes gaz basyşynda amala aşyrylýar, bu bölejikleriň tertipleşdiriliş wagtyny uzaldýar we has uly däne getirýär. Soňra temperatura ýokary temperatura derejesine çenli ýokarlanýar, bu ýerde däneler Ostwald ýetişmegi bilen ösmegini dowam etdirýär we ýokary dykyzlykly Si₃N₄ keramikasyny berýär.
Mehaniki aýratynlyklary highokary temperaturada transgranlar fazasynyň ýumşadylmagy güýçüň peselmeginiň esasy sebäbi bolup durýar. Bir basgançakly arassalanylanda, adaty dänäniň ösmegi däneleriň arasynda ownuk gözenekleri döredýär, bu bolsa ýokary temperatura güýjüniň ep-esli gowulaşmagyna päsgel berýär. Şeýle-de bolsa, iki basgançakly süzgüç prosesinde, däne araçäklerinde birmeňzeş paýlanan aýna fazasy we birmeňzeş ululykdaky däneler ,araara güýçliligi ýokarlandyrýar, netijede ýokary temperatura egilmek güýji bolýar.
Sözümiň ahyrynda, bir basgançakly süzgüç wagtynda uzak wagtlap saklamak içerki gözenekliligi peseldip, içerki reňk we gurluşy gazanyp biler, ýöne belli bir mehaniki häsiýetleri peseldýän dänäniň adaty ösmegine sebäp bolup biler. Iki basgançakly sintezlemek prosesi ulanmak bilen, dänäniň birmeňzeş ösmegine ýardam bermek üçin bölejikleriň tertipleşdiriliş wagtyny we ýokary temperaturaly saklamagy pes temperaturaly sintezlemek arkaly, degişlilikde dykyzlygy 98,25% bolan Si₃N₄ keramikasy, birmeňzeş mikrostruktura we ajaýyp giňişleýin mehaniki häsiýetleri ulanmak arkaly üstünlikli taýýarlanyp bilner.
| Ady | Substrat | Epitaksial gatlak düzümi | Epitaksial proses | Epitaksial gurşaw |
| Silikon gomoepitaksial | Si | Si | Bug fazasy epitaksi (VPE) | SiCl4+H2 |
| Silikon heteroepitaksial | Safir ýa-da şpil | Si | Bug fazasy epitaksi (VPE) | SiH₄ + H₂ |
| GaAs gomoepitaksial | GaAs | GaAs GaAs | Bug fazasy epitaksi (VPE) | AsCl₃ + Ga + H₂ (Ar) |
| GaAs | GaAs GaAs | Molekulýar şöhle epitaksiýasy (MBE) | Ga + As | |
| GaAs heteroepitaksial | GaAs GaAs | GaAlAs / GaAs / GaAlAs | Suwuk faza epitaksiýasy (LPE) Bug fazasy (VPE) | Ga + Al + CaAs + H.2 Ga + AsH3+ PH3+ CHl + H.2 |
| GaP gomoepitaksial | GaP | GaP (GaP; N) | Suwuk faza epitaksiýasy (LPE) Suwuk faza epitaksiýasy (LPE) | Ga + GaP + H.2+ (NH)3) Ga + GaAs + GaP + NH3 |
| Ajaýyp | GaAs | GaAlAs / GaAs (aýlaw) | Molekulýar şöhle epitaksiýasy (MBE) MOKVD | Ca, As, Al GaR₃ + AlR3 + AsH3 + H2 |
| InP gomoepitaksial | InP | InP | Bug fazasy epitaksi (VPE) Suwuk faza epitaksiýasy (LPE) | PCl3 + In + H2 InAs + GaAs + InP + H₂ |
| Si / GaAs epitaksi | Si | GaAs | Molekulýar şöhle epitaksiýasy (MBE) MOGVD | Ga 、 GaR₃ + AsH₃ + H₂ |
Iş wagty: 24-2024-nji dekabry