సిలికాన్ నైట్రైడ్ (Si₃N₄) సెరామిక్స్, అధునాతన నిర్మాణ సిరామిక్‌లు, అధిక ఉష్ణోగ్రత నిరోధకత, అధిక బలం, అధిక మొండితనం, అధిక కాఠిన్యం, క్రీప్ రెసిస్టెన్స్, ఆక్సీకరణ నిరోధకత మరియు దుస్తులు నిరోధకత వంటి అద్భుతమైన లక్షణాలను కలిగి ఉంటాయి. అదనంగా, అవి మంచి థర్మల్ షాక్ నిరోధకత, విద్యుద్వాహక లక్షణాలు, అధిక ఉష్ణ వాహకత మరియు అద్భుతమైన హై-ఫ్రీక్వెన్సీ విద్యుదయస్కాంత తరంగ ప్రసార పనితీరును అందిస్తాయి. ఈ అత్యుత్తమ సమగ్ర లక్షణాలు వాటిని సంక్లిష్ట నిర్మాణ భాగాలలో, ప్రత్యేకించి ఏరోస్పేస్ మరియు ఇతర హైటెక్ రంగాలలో విస్తృతంగా ఉపయోగించేలా చేస్తాయి.
అయినప్పటికీ, Si₃N₄, బలమైన సమయోజనీయ బంధాలతో కూడిన సమ్మేళనం, స్థిరమైన నిర్మాణాన్ని కలిగి ఉంటుంది, ఇది ఘన-స్థితి వ్యాప్తి ద్వారా మాత్రమే అధిక సాంద్రతకు సింటరింగ్ చేయడం కష్టతరం చేస్తుంది. సింటరింగ్‌ని ప్రోత్సహించడానికి, సింటరింగ్ ఎయిడ్‌లు, మెటల్ ఆక్సైడ్‌లు (MgO, CaO, Al₂O₃) మరియు అరుదైన ఎర్త్ ఆక్సైడ్‌లు (Yb₂O₃, Y₂O₃, Lu₂O₃, CeO₂), ద్రవ-దశ సైంటర్ మెకానిజం ద్వారా డెన్సిఫికేషన్‌ను సులభతరం చేయడానికి జోడించబడతాయి.
ప్రస్తుతం, గ్లోబల్ సెమీకండక్టర్ పరికర సాంకేతికత అధిక వోల్టేజీలు, పెద్ద ప్రవాహాలు మరియు అధిక శక్తి సాంద్రతల వైపు పురోగమిస్తోంది. Si₃N₄ సిరామిక్స్‌ను తయారు చేసే పద్ధతులపై పరిశోధన విస్తృతమైనది. ఈ వ్యాసం సిలికాన్ నైట్రైడ్ సిరామిక్స్ యొక్క సాంద్రత మరియు సమగ్ర యాంత్రిక లక్షణాలను సమర్థవంతంగా మెరుగుపరిచే సింటరింగ్ ప్రక్రియలను పరిచయం చేస్తుంది.
Si₃N₄ సెరామిక్స్ కోసం సాధారణ సింటరింగ్ పద్ధతులు
Si₃N₄ వివిధ సింటరింగ్ పద్ధతుల ద్వారా తయారు చేయబడిన సిరామిక్స్ కోసం పనితీరు యొక్క పోలిక
1. రియాక్టివ్ సింటరింగ్ (RS):పారిశ్రామికంగా Si₃N₄ సిరామిక్స్‌ని తయారు చేయడానికి రియాక్టివ్ సింటరింగ్ అనేది మొదటి పద్ధతి. ఇది సరళమైనది, ఖర్చుతో కూడుకున్నది మరియు సంక్లిష్టమైన ఆకృతులను ఏర్పరుస్తుంది. అయినప్పటికీ, ఇది సుదీర్ఘ ఉత్పత్తి చక్రం కలిగి ఉంది, ఇది పారిశ్రామిక-స్థాయి ఉత్పత్తికి అనుకూలమైనది కాదు.
2. ప్రెజర్‌లెస్ సింటరింగ్ (PLS):ఇది అత్యంత ప్రాథమిక మరియు సులభమైన సింటరింగ్ ప్రక్రియ. అయినప్పటికీ, దీనికి అధిక-నాణ్యత Si₃N₄ ముడి పదార్థాలు అవసరం మరియు తరచుగా తక్కువ సాంద్రత, గణనీయమైన సంకోచం మరియు పగుళ్లు లేదా వైకల్యంతో కూడిన సిరామిక్స్‌కు దారితీస్తాయి.
3. హాట్-ప్రెస్ సింటరింగ్ (HP):యూనియాక్సియల్ మెకానికల్ ప్రెజర్ యొక్క అప్లికేషన్ సింటరింగ్ కోసం చోదక శక్తిని పెంచుతుంది, ఒత్తిడి లేని సింటరింగ్‌లో ఉపయోగించే వాటి కంటే 100-200 ° C తక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద దట్టమైన సిరామిక్‌లను ఉత్పత్తి చేయడానికి అనుమతిస్తుంది. ఈ పద్ధతి సాధారణంగా సాపేక్షంగా సాధారణ బ్లాక్-ఆకారపు సిరమిక్స్‌ను తయారు చేయడానికి ఉపయోగించబడుతుంది, అయితే ఉపరితల పదార్థాల కోసం మందం మరియు ఆకృతి అవసరాలను తీర్చడం కష్టం.
4. స్పార్క్ ప్లాస్మా సింటరింగ్ (SPS):SPS వేగవంతమైన సింటరింగ్, ధాన్యం శుద్ధి మరియు తగ్గిన సింటరింగ్ ఉష్ణోగ్రతల ద్వారా వర్గీకరించబడుతుంది. అయినప్పటికీ, SPSకి పరికరాలలో గణనీయమైన పెట్టుబడి అవసరం, మరియు SPS ద్వారా అధిక ఉష్ణ వాహకత Si₃N₄ సెరామిక్స్ తయారీ ఇప్పటికీ ప్రయోగాత్మక దశలోనే ఉంది మరియు ఇంకా పారిశ్రామికీకరించబడలేదు.
5. గ్యాస్-ప్రెజర్ సింటరింగ్ (GPS):గ్యాస్ ఒత్తిడిని వర్తింపజేయడం ద్వారా, ఈ పద్ధతి అధిక ఉష్ణోగ్రతల వద్ద సిరామిక్ కుళ్ళిపోవడాన్ని మరియు బరువు తగ్గడాన్ని నిరోధిస్తుంది. అధిక సాంద్రత కలిగిన సిరామిక్‌లను ఉత్పత్తి చేయడం సులభం మరియు బ్యాచ్ ఉత్పత్తిని అనుమతిస్తుంది. ఏదేమైనప్పటికీ, ఒకే-దశ గ్యాస్-ప్రెజర్ సింటరింగ్ ప్రక్రియ ఏకరీతి అంతర్గత మరియు బాహ్య రంగు మరియు నిర్మాణంతో నిర్మాణ భాగాలను ఉత్పత్తి చేయడానికి కష్టపడుతుంది. రెండు-దశల లేదా బహుళ-దశల సింటరింగ్ ప్రక్రియను ఉపయోగించడం వలన ఇంటర్‌గ్రాన్యులర్ ఆక్సిజన్ కంటెంట్‌ను గణనీయంగా తగ్గించవచ్చు, ఉష్ణ వాహకతను మెరుగుపరచవచ్చు మరియు మొత్తం లక్షణాలను మెరుగుపరచవచ్చు.
అయినప్పటికీ, రెండు-దశల గ్యాస్-ప్రెజర్ సింటరింగ్ యొక్క అధిక సింటరింగ్ ఉష్ణోగ్రత కారణంగా మునుపటి పరిశోధనలు అధిక ఉష్ణ వాహకత మరియు గది-ఉష్ణోగ్రత బెండింగ్ బలంతో Si₃N₄ సిరామిక్ సబ్‌స్ట్రేట్‌లను తయారు చేయడంపై దృష్టి పెట్టాయి. సమగ్ర యాంత్రిక లక్షణాలు మరియు అధిక-ఉష్ణోగ్రత యాంత్రిక లక్షణాలతో Si₃N₄ సెరామిక్స్‌పై పరిశోధన సాపేక్షంగా పరిమితం చేయబడింది.
Si₃N₄ కోసం గ్యాస్-ప్రెజర్ రెండు-దశల సింటరింగ్ పద్ధతి
యాంగ్ జౌ మరియు చాంగ్‌కింగ్ యూనివర్శిటీ ఆఫ్ టెక్నాలజీకి చెందిన సహచరులు 5 wt.% Yb₂O₃ + 5 wt.% Al₂O₃ యొక్క సింటరింగ్ సహాయ వ్యవస్థను ఉపయోగించి Si₃N₄ సిరామిక్‌లను వన్-స్టెప్ మరియు రెండు-దశల గ్యాస్-ప్రెజర్ సింటరింగ్ ప్రాసెస్‌లను ఉపయోగించి సి.180 వద్ద సి. రెండు-దశల సింటరింగ్ ప్రక్రియ ద్వారా ఉత్పత్తి చేయబడిన Si₃N₄ సిరామిక్స్ అధిక సాంద్రత మరియు మెరుగైన సమగ్ర యాంత్రిక లక్షణాలను కలిగి ఉన్నాయి. Si₃N₄ సిరామిక్ కాంపోనెంట్స్ యొక్క మైక్రోస్ట్రక్చర్ మరియు మెకానికల్ లక్షణాలపై ఒక-దశ మరియు రెండు-దశల గ్యాస్-ప్రెజర్ సింటరింగ్ ప్రక్రియల ప్రభావాలను క్రింది సంగ్రహంగా వివరిస్తుంది.
సాంద్రత Si₃N₄ యొక్క డెన్సిఫికేషన్ ప్రక్రియ సాధారణంగా మూడు దశలను కలిగి ఉంటుంది, దశల మధ్య అతివ్యాప్తి ఉంటుంది. మొదటి దశ, కణ పునర్వ్యవస్థీకరణ మరియు రెండవ దశ, కరిగిపోవడం-అవక్షేపణం, సాంద్రత కోసం అత్యంత క్లిష్టమైన దశలు. ఈ దశలలో తగినంత ప్రతిచర్య సమయం నమూనా సాంద్రతను గణనీయంగా మెరుగుపరుస్తుంది. రెండు-దశల సింటరింగ్ ప్రక్రియ కోసం ప్రీ-సింటరింగ్ ఉష్ణోగ్రత 1600°Cకి సెట్ చేయబడినప్పుడు, β-Si₃N₄ ధాన్యాలు ఒక ఫ్రేమ్‌వర్క్‌ను ఏర్పరుస్తాయి మరియు మూసివున్న రంధ్రాలను సృష్టిస్తాయి. ప్రీ-సింటరింగ్ తర్వాత, అధిక ఉష్ణోగ్రత మరియు నత్రజని పీడనం కింద మరింత వేడి చేయడం ద్రవ-దశ ప్రవాహాన్ని మరియు నింపడాన్ని ప్రోత్సహిస్తుంది, ఇది మూసివున్న రంధ్రాలను తొలగించడంలో సహాయపడుతుంది, Si₃N₄ సిరామిక్స్ యొక్క సాంద్రతను మరింత మెరుగుపరుస్తుంది. అందువల్ల, రెండు-దశల సింటరింగ్ ప్రక్రియ ద్వారా ఉత్పత్తి చేయబడిన నమూనాలు ఒక-దశ సింటరింగ్ ద్వారా ఉత్పత్తి చేయబడిన వాటి కంటే అధిక సాంద్రత మరియు సాపేక్ష సాంద్రతను చూపుతాయి.
దశ మరియు సూక్ష్మ నిర్మాణం ఒక-దశ సింటరింగ్ సమయంలో, కణాల పునర్వ్యవస్థీకరణ మరియు ధాన్యం సరిహద్దు వ్యాప్తికి అందుబాటులో ఉన్న సమయం పరిమితం. రెండు-దశల సింటరింగ్ ప్రక్రియలో, మొదటి దశ తక్కువ ఉష్ణోగ్రత మరియు తక్కువ వాయువు పీడనం వద్ద నిర్వహించబడుతుంది, ఇది కణాల పునర్వ్యవస్థీకరణ సమయాన్ని పొడిగిస్తుంది మరియు పెద్ద గింజలకు దారితీస్తుంది. అప్పుడు ఉష్ణోగ్రత అధిక-ఉష్ణోగ్రత దశకు పెరుగుతుంది, ఇక్కడ ధాన్యాలు ఓస్ట్‌వాల్డ్ పక్వత ప్రక్రియ ద్వారా పెరుగుతూనే ఉంటాయి, అధిక సాంద్రత కలిగిన Si₃N₄ సిరామిక్‌లను అందిస్తాయి.
యాంత్రిక లక్షణాలు అధిక ఉష్ణోగ్రతల వద్ద ఇంటర్‌గ్రాన్యులర్ దశను మృదువుగా చేయడం బలం తగ్గడానికి ప్రధాన కారణం. ఒక-దశ సింటరింగ్‌లో, అసాధారణమైన ధాన్యం పెరుగుదల ధాన్యాల మధ్య చిన్న రంధ్రాలను సృష్టిస్తుంది, ఇది అధిక-ఉష్ణోగ్రత బలంలో గణనీయమైన మెరుగుదలని నిరోధిస్తుంది. అయినప్పటికీ, రెండు-దశల సింటరింగ్ ప్రక్రియలో, గ్లాస్ ఫేజ్, ధాన్యం సరిహద్దులలో ఏకరీతిగా పంపిణీ చేయబడుతుంది మరియు ఏకరీతి పరిమాణంలో ఉన్న గింజలు ఇంటర్‌గ్రాన్యులర్ బలాన్ని పెంచుతాయి, ఫలితంగా అధిక-ఉష్ణోగ్రత బెండింగ్ బలం పెరుగుతుంది.
ముగింపులో, ఒక-దశ సింటరింగ్ సమయంలో ఎక్కువసేపు పట్టుకోవడం వల్ల అంతర్గత సచ్ఛిద్రతను సమర్థవంతంగా తగ్గించవచ్చు మరియు ఏకరీతి అంతర్గత రంగు మరియు నిర్మాణాన్ని సాధించవచ్చు కానీ అసాధారణమైన ధాన్యం పెరుగుదలకు దారితీయవచ్చు, ఇది కొన్ని యాంత్రిక లక్షణాలను క్షీణింపజేస్తుంది. రెండు-దశల సింటరింగ్ ప్రక్రియను ఉపయోగించడం ద్వారా-కణ పునర్వ్యవస్థీకరణ సమయాన్ని పొడిగించడానికి తక్కువ-ఉష్ణోగ్రత ప్రీ-సింటరింగ్‌ను ఉపయోగించడం మరియు ఏకరీతి ధాన్యం పెరుగుదలను ప్రోత్సహించడానికి అధిక-ఉష్ణోగ్రత హోల్డింగ్-ఒక Si₃N₄ సిరామిక్ సాపేక్ష సాంద్రత 98.25%, ఏకరీతి సూక్ష్మ నిర్మాణం మరియు అద్భుతమైన యాంత్రిక లక్షణాలు విజయవంతంగా సిద్ధం చేయవచ్చు.
| పేరు | సబ్‌స్ట్రేట్ | ఎపిటాక్సియల్ పొర కూర్పు | ఎపిటాక్సియల్ ప్రక్రియ | ఎపిటాక్సియల్ మాధ్యమం |
| సిలికాన్ హోమోపిటాక్సియల్ | Si | Si | ఆవిరి దశ ఎపిటాక్సీ (VPE) | SiCl4+H2 |
| సిలికాన్ హెటెరోపిటాక్సియల్ | నీలమణి లేదా స్పైనల్ | Si | ఆవిరి దశ ఎపిటాక్సీ (VPE) | SiH₄+H₂ |
| GaAs homoepitaxial | GaAs | GaAs GaAs | ఆవిరి దశ ఎపిటాక్సీ (VPE) | AsCl₃+Ga+H₂ (Ar) |
| GaAs | GaAs GaAs | మాలిక్యులర్ బీమ్ ఎపిటాక్సీ (MBE) | Ga+As | |
| GaAs హెటెరోపిటాక్సియల్ | GaAs GaAs | GaAlAs/GaAs/GaAlAs | లిక్విడ్ ఫేజ్ ఎపిటాక్సీ (LPE) ఆవిరి దశ (VPE) | Ga+Al+CaAs+ H2 Ga+AsH3+PH3+CHl+H2 |
| GaP హోమోపిటాక్సియల్ | GaP | GaP(GaP;N) | లిక్విడ్ ఫేజ్ ఎపిటాక్సీ (LPE) లిక్విడ్ ఫేజ్ ఎపిటాక్సీ (LPE) | Ga+GaP+H2+(NH3) Ga+GaAs+GaP+NH3 |
| సూపర్లాటిస్ | GaAs | GaAlAs/GaAs (చక్రం) | మాలిక్యులర్ బీమ్ ఎపిటాక్సీ (MBE) MOCVD | Ca,As,Al GaR₃+AlR3+AsH3+H2 |
| InP హోమోపిటాక్సియల్ | InP | InP | ఆవిరి దశ ఎపిటాక్సీ (VPE) లిక్విడ్ ఫేజ్ ఎపిటాక్సీ (LPE) | PCl3+In+H2 In+InAs+GaAs+InP+H₂ |
| Si/GaAs ఎపిటాక్సీ | Si | GaAs | మాలిక్యులర్ బీమ్ ఎపిటాక్సీ (MBE) MOGVD | గా, వంటి GaR₃+AsH₃+H₂ |
పోస్ట్ సమయం: డిసెంబర్-24-2024