Кремний нитриды (Si₃N₄) керамикасы, алдынгы структур керамика буларак, югары температурага каршы тору, югары көч, югары катгыйлык, югары катылык, сикерү каршылыгы, оксидлашуга каршы тору, киемгә каршы тору кебек искиткеч үзенчәлекләргә ия. Моннан тыш, алар яхшы җылылык шокына каршы тору, диэлектрик үзлекләр, югары җылылык үткәрүчәнлеге, югары ешлыктагы электромагнит дулкын тапшыру күрсәткечләрен тәкъдим итәләр. Бу искиткеч комплекслы үзенчәлекләр аларны катлаулы структур компонентларда, аеруча аэрокосмик һәм башка югары технологияле өлкәләрдә киң кулланалар.
Ләкин, Si₃N₄, көчле ковалент элементлары булган кушылма булып, тотрыклы структурага ия, ул каты тыгызлык диффузиясе аша югары тыгызлыкка синтерингны кыенлаштыра. Синтерингны алга этәрү өчен, сыек фазалы синтеринг механизмы ярдәмендә тыгызлануны җиңеләйтү өчен металл оксидлары (MgO, CaO, Al₂O₃) һәм сирәк җир оксидлары (Yb₂O₃, Y₂O₃, Lu₂O₃, CeO₂) кебек синтеринг ярдәмчеләре өстәлә.
Хәзерге вакытта глобаль ярымүткәргеч җайланма технологиясе югары көчәнешләргә, зуррак агымнарга һәм көч тыгызлыгына таба бара. Si₃N₄ керамикасын ясау ысулларын тикшерү киң. Бу мәкалә кремний нитрид керамикасының тыгызлыгын һәм комплекслы механик үзлекләрен эффектив яхшырта торган синтеринг процесслары белән таныштыра.
Si₃N₄ керамикасы өчен гомуми синтеринг ысуллары
Si₃N₄ керамикасы өчен спектакльне чагыштыру Төрле синтеринг ысуллары белән әзерләнгән
1. Реактив синтеринг (RS):Si₃N₄ керамикасын сәнәгатьтә әзерләү өчен реактив синтеринг беренче ысул булды. Бу гади, чыгымлы, катлаулы формалар ясарга сәләтле. Ләкин, аның озын җитештерү циклы бар, ул сәнәгать күләмендәге җитештерүгә уңайлы түгел.
2. Басымсыз синтеринг (ПЛС):Бу иң төп һәм гади синтеринг процессы. Ләкин, ул югары сыйфатлы Si₃N₄ чималын таләп итә һәм еш кына түбән тыгызлыктагы керамикага китерә, сизелерлек кыскартыла, ярылу яки деформация тенденциясе.
3. Кайнар пресс-синтеринг (HP):Униаксиаль механик басым куллану синтеринг өчен этәргеч көчен арттыра, тыгыз керамиканы басымсыз синтерингта кулланылганга караганда 100-200 ° C түбән температурада җитештерергә мөмкинлек бирә. Бу ысул гадәттә чагыштырмача гади блок формасындагы керамика ясау өчен кулланыла, ләкин субстрат материалларга калынлык һәм форма таләпләрен канәгатьләндерү авыр.
4. Очкын плазмалы синтеринг (SPS):SPS тиз синтеринг, ашлыкны чистарту, синтеринг температурасының кимүе белән аерылып тора. Ләкин, SPS җиһазларга зур инвестицияләр таләп итә, һәм югары җылылык үткәрүчәнлеге Si₃N₄ керамикасын SPS аша әзерләү әле эксперименталь этапта һәм әле индустриальләштерелмәгән.
5. Газ-басым синтеринг (GPS):Газ басымын кулланып, бу ысул керамик бозылуны һәм югары температурада авырлыкны киметә. Highгары тыгызлыктагы керамика җитештерү җиңелрәк һәм партия җитештерергә мөмкинлек бирә. Ләкин, бер адымлы газ басымын синтерлау процессы бердәм эчке һәм тышкы төс һәм структурасы булган структур компонентлар җитештерү өчен көрәшә. Ике адымлы яки күп баскычлы синтеринг процессын куллану трансгранара кислород күләмен сизелерлек киметергә, җылылык үткәрүчәнлеген яхшыртырга һәм гомуми үзлекләрне көчәйтергә мөмкин.
Ләкин, ике адымлы газ басымлы синтерингның югары синтеринг температурасы алдагы тикшеренүләрне, нигездә, югары җылылык үткәрүчәнлеге һәм бүлмә температурасы бөкләү көче булган Si₃N₄ керамик субстратларын әзерләүгә юнәлтте. Комплекслы механик үзлекләре һәм югары температуралы механик үзлекләре булган Si₃N₄ керамикасы буенча тикшеренүләр чагыштырмача чикләнгән.
Si₃N₄ өчен газ-басым ике этаплы синтеринг ысулы
Ян Чжоу һәм Чунцин технология университеты хезмәттәшләре 5 ° wt% Yb₂O₃ + 5 wt% Al₂O₃ синтеринг ярдәм системасын кулландылар, 1800 ° C температурада бер адымлы һәм ике адымлы газ басымы синтерлау процессын кулланып Si₃N₄ керамикасын әзерләү өчен. Ике этаплы синтеринг процессында җитештерелгән Si₃N₄ керамикасы югары тыгызлыкка һәм яхшырак комплекслы механик үзлекләргә ия иде. Түбәндә бер адымлы һәм ике адымлы газ басымы синтеринг процессларының Si₃N₄ керамик компонентларының микроструктурасына һәм механик үзлекләренә йогынтысы ясала.
Тыгызлыгы Si₃N₄ тыгызлыгы процессы гадәттә өч этапны үз эченә ала, этаплар арасында бер-берсенә охшаш. Беренче этап, кисәкчәләрне тәртипкә китерү, икенче этап - эретү-явым-төшем тыгызлык өчен иң критик этап. Бу этапларда реакция вакыты җитәрлек тыгызлыкны яхшырта. Ике этаплы синтеринг процессы өчен синтеринг алдыннан температура 1600 ° C итеп куелгач, β-Si₃N₄ бөртекләре база ясыйлар һәм ябык күзәнәкләр ясыйлар. Синтеринг алдыннан, югары температурада һәм азот басымы астында җылыту сыек фазалы агымны һәм тутыруны көчәйтә, бу ябык күзәнәкләрне бетерергә ярдәм итә, Si₃N₄ керамикасының тыгызлыгын тагын да яхшырта. Шуңа күрә, ике адымлы синтеринг процессы җитештергән үрнәкләр бер адымлы синтеринг җитештергәннәргә караганда югарырак тыгызлыкны һәм чагыштырмача тыгызлыкны күрсәтәләр.
Фаза һәм микросруктура Бер этаплы синтеринг вакытында кисәкчәләрне тәртипкә китерү һәм ашлык чикләрен диффузияләү вакыты чикләнгән. Ике этаплы синтеринг процессында беренче адым түбән температурада һәм түбән газ басымында үткәрелә, бу кисәкчәләрне тәртипкә китерү вакытын озайта һәм зуррак бөртекләргә китерә. Аннары температура югары температура стадиясенә күтәрелә, анда ашлык Оствальд өлгерү процессында үсә, югары тыгызлыктагы Si₃N₄ керамикасы бирә.
Механик үзлекләр highгары температурада трансгрануляр фазаның йомшаруы көчнең кимүенең төп сәбәбе. Бер адымлы синтерингта, гадәти булмаган ашлык үсемлеге арасында кечкенә күзәнәкләр барлыкка китерә, бу югары температура көченең сизелерлек яхшыруына комачаулый. Ләкин, ике этаплы синтеринг процессында, пыяла фаза, ашлык чикләрендә бертөрле таратылган, һәм бертөрле зурлыктагы бөртекләр трансгранара көчен арттыралар, нәтиҗәдә югары температураның бөкләнү көче.
Ахырда, бер адымлы синтеринг вакытында озак тоту эчке күзәнәкне эффектив рәвештә киметергә һәм бердәм эчке төскә һәм структурага ирешергә мөмкин, ләкин ашлыкның гадәти булмаган үсүенә китерергә мөмкин, бу кайбер механик үзлекләрне киметә. Ике этаплы синтеринг процессын кулланып - түбән температурада алдан синтеринг кулланып, кисәкчәләрне тәртипкә китерү вакытын һәм югары температураны тотып, ашлыкның бердәм үсүенә ярдәм итәр өчен - чагыштырмача тыгызлыгы 98,25% булган Si₃N₄ керамикасы, бердәм микроструктура һәм искиткеч комплекслы механик үзлекләр. уңышлы әзерләнергә мөмкин.
| Исем | Субстрат | Эпитаксиаль катлам составы | Эпитаксиаль процесс | Эпитаксиаль урта |
| Кремний гомепитаксиаль | Si | Si | Пар фаза эпитаксы (VPE) | SiCl4+H2 |
| Кремний гетероепитаксиаль | Сапфир яки шпинель | Si | Пар фаза эпитаксы (VPE) | SiH₄ + H₂ |
| Гомеепитаксиаль | Га | Га Га | Пар фаза эпитаксы (VPE) | AsCl₃ + Ga + H₂ (Ar) |
| Га | Га Га | Молекуляр нур эпитаксы (MBE) | Га + Ас | |
| Гетероепитаксиаль | Га Га | GaAlAs / GaAs / GaAlAs | Сыек фаза эпитаксы (LPE) Пар фазасы (VPE) | Ga + Al + CaAs + H.2 Ga + AsH3+ PH3+ CHl + H.2 |
| GaP гомепитаксиаль | GaP | GaP (GaP; N) | Сыек фаза эпитаксы (LPE) Сыек фаза эпитаксы (LPE) | Ga + GaP + H.2+ (NH3) Ga + GaAs + GaP + NH3 |
| Суперлатица | Га | GaAlAs / GaAs (цикл) | Молекуляр нур эпитаксы (MBE) MOCVD | Ca, As, Al GaR₃ + AlR3 + AsH3 + H2 |
| InP гомепитаксиаль | InP | InP | Пар фаза эпитаксы (VPE) Сыек фаза эпитаксы (LPE) | PCl3 + In + H2 + InAs + GaAs + InP + H₂ |
| Si / GaAs эпитакси | Si | Га | Молекуляр нур эпитаксы (MBE) MOGVD | Га 、 GaR₃ + AsH₃ + H₂ |
Пост вакыты: 24-2024 декабрь