Silizio nitruroa (Si₃N₄) zeramika, egiturazko zeramika aurreratu gisa, propietate bikainak dituzte, hala nola, tenperatura altuko erresistentzia, erresistentzia handia, gogortasun handia, gogortasun handia, erresistentzia, oxidazio erresistentzia eta higadura erresistentzia. Gainera, shock termikoko erresistentzia ona, propietate dielektrikoek, eroankortasun termiko handia eta maiztasun handiko uhin elektromagnetikoen transmisio errendimendu bikaina eskaintzen dute. Propietate integral bikain hauek oso erabiliak dira egitura-osagai konplexuetan, batez ere aeroespazialean eta goi-teknologiako beste esparru batzuetan.
Hala ere, Si₃N₄, lotura kobalente sendoak dituen konposatua izanik, egitura egonkorra du, eta horrek dentsitate handiko sinterizazioa zailtzen du egoera solidoko difusioaren bidez bakarrik. Sinterizazioa sustatzeko, sinterizatzeko laguntzak gehitzen dira, hala nola, oxido metalikoak (MgO, CaO, Al₂O₃) eta lur arraroen oxidoak (Yb₂O₃, Y₂O₃, Lu₂O₃, CeO₂), fase likido baten bidez dentsifikazioa errazteko.
Gaur egun, gailu erdieroaleen teknologia globalak tentsio handiagoak, korronte handiagoak eta potentzia dentsitate handiagoak lortzeko bidean dira. Si₃N₄ zeramika fabrikatzeko metodoen ikerketa zabala da. Artikulu honek silizio nitruroaren zeramikaren dentsitatea eta propietate mekaniko integralak eraginkortasunez hobetzen dituzten sinterizazio-prozesuak aurkezten ditu.
Si₃N₄ zeramikarako sinterizazio-metodo arruntak
Sinterizazio metodo ezberdinekin prestatutako Si₃N₄ zeramiketarako errendimenduaren konparaketa
1. Sinterizazio erreaktiboa (RS):Sinterizazio erreaktiboa Si₃N₄ zeramika industrialki prestatzeko lehen metodoa izan zen. Sinplea, errentagarria da eta forma konplexuak osatzeko gai da. Dena den, produkzio-ziklo luzea du, eta hori ez da egokia industria-eskalako ekoizpenerako.
2. Presiorik gabeko sinterizazioa (PLS):Hau da sinterizazio prozesurik oinarrizkoena eta errazena. Hala ere, kalitate handiko Si₃N₄ lehengaiak behar ditu eta askotan dentsitate baxuagoko zeramika, uzkurtze nabarmena eta pitzadura edo deformazio joera duten zeramika sortzen dira.
3. Prentsa beroko sinterizazioa (HP):Presio mekaniko uniaxialaren aplikazioak sinterizaziorako indar eragilea areagotzen du, zeramika trinkoak presiorik gabeko sinterizazioan erabiltzen direnak baino 100-200 °C tenperatura baxuagoetan ekoizteko aukera ematen du. Metodo hau bloke-formako zeramika nahiko sinpleak fabrikatzeko erabiltzen da normalean, baina zaila da substratu-materialen lodiera eta forma-eskakizunak betetzea.
4. Spark Plasma Sintering (SPS):SPSak sinterizazio azkarra, alea fintzea eta sinterizazio tenperatura murriztua ditu. Hala ere, SPS-k ekipamenduetan inbertsio handia eskatzen du, eta SPS bidez eroankortasun termiko handiko Si₃N₄ zeramika prestatzea oraindik fase esperimentalean dago eta oraindik ez da industrializatu.
5. Gas-Presioko Sinterizazioa (GPS):Gas-presioa aplikatuz, metodo honek zeramikazko deskonposizioa eta pisu galera eragozten ditu tenperatura altuetan. Errazagoa da dentsitate handiko zeramika ekoiztea eta loteen ekoizpena ahalbidetzen du. Hala ere, urrats bakarreko gas-presioko sinterizazio-prozesu batek barruko eta kanpoko kolore eta egitura uniformeko osagai estrukturalak ekoizteko borroka egiten du. Bi urratseko edo urrats anitzeko sinterizazio-prozesu bat erabiltzeak oxigeno intergranular edukia nabarmen murrizten du, eroankortasun termikoa hobetu eta propietate orokorrak hobetu ditzake.
Hala ere, bi urratseko gas-presioko sinterizazioaren sinterizazio-tenperatura altuak aurreko ikerketak Si₃N₄ zeramikazko substratuak prestatzera bideratu ditu, batez ere, eroankortasun termiko eta giro-tenperaturako toleste-erresistentzia handia dutenak. Propietate mekaniko integralak eta tenperatura altuko propietate mekanikoak dituzten Si₃N₄ zeramikari buruzko ikerketa nahiko mugatua da.
Gas-Presioa Si₃N₄rako bi urratseko sinterizazio metodoa
Yang Zhou-k eta Chongqing-eko Teknologia Unibertsitateko lankideek 5% Yb₂O₃ + 5% Al₂O₃ pisuko sinterizaziorako laguntza-sistema erabili zuten Si₃N₄ zeramika prestatzeko, 1800 °C-tan gas-presioko sinterizazio prozesuak erabiliz. Bi urratseko sinterizazio-prozesuaren bidez sortutako Si₃N₄ zeramikak dentsitate handiagoa eta propietate mekaniko integral hobeak zituen. Jarraian, urrats bakarreko eta biko gas-presioko sinterizazio-prozesuek Si₃N₄ osagai zeramikazkoen mikroegituran eta propietate mekanikoetan dituzten ondorioak laburbiltzen dira.
Dentsitatea Si₃N₄-ren dentsifikazio-prozesuak normalean hiru fase izaten ditu, etapeen arteko gainjarriarekin. Lehenengo etapa, partikulen berrantolaketa, eta bigarren etapa, disoluzio-prezipitazioa, dira dentsifikaziorako etapa kritikoenak. Etapa hauetan erreakzio-denbora nahikoak laginaren dentsitatea nabarmen hobetzen du. Bi urratseko sinterizazio-prozesurako aurre-sinterizazio-tenperatura 1600 °C-tan ezartzen denean, β-Si₃N₄ aleek marko bat osatzen dute eta poro itxiak sortzen dituzte. Aurrez sinterizatu ondoren, tenperatura altuetan eta nitrogeno-presioan berotzeak fase likidoko fluxua eta betetzea sustatzen du, eta horrek poro itxiak ezabatzen laguntzen du, Si₃N₄ zeramika dentsitatea areagotuz. Hori dela eta, bi urratseko sinterizazio-prozesuaren bidez sortutako laginek dentsitate eta dentsitate erlatibo handiagoa erakusten dute urrats bakarreko sinterizazioak sortutakoek baino.
Fasea eta mikroegitura Urrats bakarreko sinterizazioan, partikulen berrantolaketarako eta ale-mugaren difusiorako eskuragarri dagoen denbora mugatua da. Bi urratseko sinterizazio-prozesuan, lehenengo urratsa tenperatura baxuan eta gas-presio baxuan egiten da, eta horrek partikulen berrantolaketa-denbora luzatzen du eta ale handiagoak sortzen ditu. Ondoren, tenperatura igotzen da tenperatura altuko fasera, non aleak Ostwald heltze-prozesuaren bidez hazten jarraitzen baitute, dentsitate handiko Si₃N₄ zeramika emanez.
Propietate mekanikoak Tenperatura altuetan granular arteko fasea biguntzea da indarra murrizteko arrazoi nagusia. Urrats bakarreko sinterizazioan, alearen hazkunde anormalak poro txikiak sortzen ditu aleen artean, eta horrek tenperatura altuko indarra hobetzea eragozten du. Hala ere, bi urratseko sinterizazio-prozesuan, beira-faseak, aleen mugetan uniformeki banatuta, eta tamaina uniformeko aleek granular arteko indarra hobetzen dute, tenperatura altuko tolestura-erresistentzia handiagoa da eta.
Ondorioz, urrats bakarreko sinterizazioan iraupen luzeak barne-porositatea murrizten du eta barne-kolore eta egitura uniformea lor dezake, baina aleen hazkunde anormala ekar dezake, eta horrek propietate mekaniko batzuk degradatzen ditu. Bi urratseko sinterizazio-prozesua erabiliz —tenperatura baxuko aurresinterizazioa partikulen berrantolaketa denbora luzatzeko eta tenperatura altuko eustearen bidez alearen hazkunde uniformea sustatzeko—% 98,25eko dentsitate erlatiboa duen Si₃N₄ zeramika, mikroegitura uniformea eta propietate mekaniko integral bikainak. arrakastaz prestatu daiteke.
| Izena | Substratua | Geruza epitaxialaren konposizioa | Prozesu epitaxiala | Erdi epitaxiala |
| Silizioa homoepitaxiala | Si | Si | Lurrun-fasearen epitaxia (VPE) | SiCl4+H2 |
| Silizio heteroepitaxiala | Zafiroa edo espinela | Si | Lurrun-fasearen epitaxia (VPE) | SiH₄+H2 |
| GaAs homoepitaxiala | GaAs | GaAs GaAs | Lurrun-fasearen epitaxia (VPE) | AsCl₃+Ga+H₂ (Ar) |
| GaAs | GaAs GaAs | Sortu molekularra epitaxia (MBE) | Ga+As | |
| GaAs heteroepitaxiala | GaAs GaAs | GaAlAs/GaAs/GaAlAs | Fase Likidoaren Epitaxia (LPE) Lurrun-fasea (VPE) | Ga+Al+CaAs+H2 Ga+Errautsa3+PH3+CHl+H2 |
| GaP homoepitaxiala | GaP | GaP(GaP;N) | Fase Likidoaren Epitaxia (LPE) Fase Likidoaren Epitaxia (LPE) | Ga+GaP+H2+(NH3) Ga+GaAs+GaP+NH3 |
| Supersarea | GaAs | GaAlAs/GaAs (zikloa) | Sortu molekularra epitaxia (MBE) MOCVD | Ca,As,Al GaR₃+AlR3+AsH3+H2 |
| InP homoepitaxiala | InP | InP | Lurrun-fasearen epitaxia (VPE) Fase Likidoaren Epitaxia (LPE) | PCl3+In+H2 In+InAs+GaAs+InP+H₂ |
| Si/GaAs Epitaxia | Si | GaAs | Sortu molekularra epitaxia (MBE) MOGVD | Ga, As GaR₃+Errautsa+H₂ |
Argitalpenaren ordua: 2024-12-24