A ceramica di nitruru di siliciu (Si₃N₄), cum'è ceramica strutturale avanzata, pussede proprietà eccellenti cum'è resistenza à alta temperatura, alta resistenza, alta tenacità, alta durezza, resistenza à creep, resistenza à l'ossidazione è resistenza à l'usura. Inoltre, offrenu una bona resistenza di scossa termica, proprietà dielettriche, alta conduttività termale è eccellenti prestazioni di trasmissione di onde elettromagnetiche ad alta frequenza. Sti pruprietà cumpleta eccezziunale li facenu largamente usati in cumpunenti strutturali cumplessi, in particulare in l'aerospaziale è altri campi high-tech.
Tuttavia, Si₃N₄, essendu un compostu cù forti ligami covalenti, hà una struttura stabile chì rende a sinterizzazione à alta densità difficiule per via di a diffusione di u statu solidu solu. Per prumove a sinterizzazione, l'aiuti di sinterizzazione, cum'è l'ossidi di metalli (MgO, CaO, Al₂O₃) è l'ossidi di terre rare (Yb₂O₃, Y₂O₃, Lu₂O₃, CeO₂), sò aghjuntu per facilità a densificazione per via di una sinterizzazione in fase liquida.
Attualmente, a tecnulugia di i dispositi semiconduttori globale avanza versu tensioni più alti, correnti più grandi è densità di putenza più grande. A ricerca in i metudi per a fabricazione di ceramica Si₃N₄ hè estensiva. Questu articulu presenta i prucessi di sinterizzazione chì migliurà efficacemente a densità è e proprietà meccaniche cumplete di a ceramica di nitruru di siliciu.
Metodi di sinterizzazione cumuni per a ceramica Si₃N₄
Comparazione di prestazioni per a ceramica Si₃N₄ preparata da diversi metudi di sinterizzazione
1. Sinterizzazione reattiva (RS):A sinterizzazione reattiva era u primu metudu utilizatu per preparà industrialmente a ceramica Si₃N₄. Hè simplice, costu-efficace, è capaci di furmà formi cumplessi. Tuttavia, hà un ciculu di pruduzzione longu, chì ùn hè micca favurevule à a produzzione à scala industriale.
2. Sinterizzazione senza pressione (PLS):Questu hè u prucessu di sinterizazione più basicu è simplice. Tuttavia, esige materie prime Si₃N₄ d'alta qualità è spessu risultati in ceramica cù densità più bassa, shrinkage significativu, è una tendenza à crack o deform.
3. Sinterizzazione Hot-Press (HP):L'applicazione di a pressione meccanica uniaxial aumenta a forza motrice per a sinterizzazione, permettendu a ceramica densa per esse prodotta à temperature 100-200 ° C più bassu di quelli usati in a sinterizzazione senza pressione. Stu metudu hè tipicamente utilizatu per a fabricazione di ceramica in forma di bloccu relativamente simplice, ma hè difficiule di risponde à i requisiti di spessore è di forma per i materiali di sustrato.
4. Sinterizzazione Spark Plasma (SPS):SPS hè carattarizatu da una sinterizzazione rapida, un raffinamentu di granu è una temperatura di sinterizzazione ridotta. Tuttavia, SPS richiede un investimentu significativu in l'equipaggiu, è a preparazione di ceramica Si₃N₄ à alta conductività termale via SPS hè sempre in u stadiu sperimentale è ùn hè ancu stata industrializzata.
5. Sinterizzazione di Pressione di Gas (GPS):Per applicà a pressione di gasu, stu metudu impedisce a descomposizione ceramica è a perdita di pisu à alte temperature. Hè più faciule per pruduce ceramica d'alta densità è permette a produzzione in batch. In ogni casu, un prucessu di sinterizzazione di pressione di gas in un passu si batte per pruduce cumpunenti strutturali cù un culore è una struttura internu è esterni uniformi. L'usu di un prucessu di sinterizzazione in dui passi o multi-step pò riduce significativamente u cuntenutu di l'ossigenu intergranulare, migliurà a conduttività termale è migliurà e proprietà generale.
Tuttavia, l'alta temperatura di sinterizazione di a sinterizzazione di pressione di gas in dui fasi hà purtatu a ricerca precedente à fucalizza principalmente nantu à a preparazione di substrati ceramichi Si₃N₄ cù alta conductività termica è forza di curvatura à temperatura di l'ambienti. A ricerca nantu à a ceramica Si₃N₄ cù pruprietà meccanica cumpleta è proprietà meccaniche à alta temperatura hè relativamente limitata.
Metudu di sinterizazione in dui fasi à pressione di gas per Si₃N₄
Yang Zhou è i culleghi di l'Università di Tecnulugia di Chongqing anu utilizatu un sistema di aiutu di sinterizzazione di 5 wt.% Yb₂O₃ + 5 wt.% Al₂O₃ per preparà a ceramica Si₃N₄ utilizendu processi di sinterizzazione di pressione di gas in un passu è in dui fasi à 1800 ° C. A ceramica Si₃N₄ prodotta da u prucessu di sinterizazione in dui tappe hà avutu una densità più alta è megliu proprietà meccaniche complete. I seguenti riassume l'effetti di i prucessi di sinterizzazione di pressione di gas in un passu è dui passi nantu à a microstruttura è e proprietà meccaniche di i cumpunenti ceramichi Si₃N₄.
Densità U prucessu di densificazione di Si₃N₄ tipicamente implica trè fasi, cù sovrapposizione trà e tappe. U primu stadiu, riarrangiamentu di particella, è a seconda tappa, dissoluzione-precipitazione, sò i tappe più critichi per a densificazione. U tempu di reazione abbastanza in queste fasi migliora significativamente a densità di mostra. Quandu a temperatura di pre-sintering per u prucessu di frittazione in dui tappe hè stabilita à 1600 ° C, i grani β-Si₃N₄ formanu un quadru è creanu pori chjusi. Dopu a pre-sinterizzazione, u riscaldamentu più altu sottu a temperatura alta è a pressione di nitrogenu prumove u flussu in fase liquida è u riempimentu, chì aiuta à eliminà i pori chjusi, migliurà ancu a densità di a ceramica Si₃N₄. Dunque, i campioni pruduciuti da u prucessu di sinterizazione in dui fasi mostranu una densità più alta è una densità relativa di quelli pruduciuti da a sinterizzazione in un passu.
Fase è Microstruttura Durante a sinterizzazione in un passu, u tempu dispunibule per a riarrangiamentu di particelle è a diffusione di u granu di granu hè limitatu. In u prucessu di sinterizazione in dui tappe, u primu passu hè realizatu à a temperatura bassa è a pressione di u gasu bassu, chì estende u tempu di riarrangiamentu di particella è risultati in grani più grossi. A tampiratura hè tandu aumentata à u stadiu high-temperature, induve i graneddi cuntinueghjanu à cresce à traversu u prucessu di maturazione Ostwald, rende ceramica Si₃N₄ d'alta densità.
Pruprietà meccanica L'addolcimentu di a fase intergranular à alta temperatura hè u mutivu primariu per a forza ridutta. In a sinterizzazione in un passu, a crescita anormale di granu crea picculi pori trà i grani, chì impedisce una mellura significativa in a forza à alta temperatura. In ogni casu, in u prucessu di sinterizazione in dui tappe, a fase di vetru, distribuita uniformemente in i cunfini di granu, è i grani uniformi di dimensioni rinfurzà a forza intergranular, risultatu in una forza di curvatura più alta à alta temperatura.
In cunclusione, a tenuta prolongata durante a sinterizzazione in un passu pò riduce efficacemente a porosità interna è ottene un culore è una struttura interna uniformi, ma pò purtà à una crescita anormale di granu, chì degrada certe proprietà meccaniche. Aduprendu un prucessu di sinterizazione in dui tappe - utilizendu pre-sinterizzazione a bassa temperatura per allargà u tempu di riarrangiamentu di particelle è mantene a temperatura alta per prumove a crescita uniforme di granu - una ceramica Si₃N₄ cù densità relativa di 98,25%, microstruttura uniforme è eccellenti proprietà meccaniche complete. pò esse preparatu cun successu.
| Nome | Sustrattu | Composizione di strati epitassiali | Prucessu epitaxial | Mediu epitassiale |
| Silicone omepitassiale | Si | Si | Epitassi in fase di vapore (VPE) | SiCl4+H2 |
| Siliciu heteroepitaxial | Zaffiro o spinella | Si | Epitassi in fase di vapore (VPE) | SiH₄+H₂ |
| GaAs omoepitassiale | GaAs | GaAs GaAs | Epitassi in fase di vapore (VPE) | AsCl₃+Ga+H₂ (Ar) |
| GaAs | GaAs GaAs | Epitassi di Fasci Moleculari (MBE) | Ga + As | |
| GaAs eteroepitassiale | GaAs GaAs | GaAlAs/GaAs/GaAlAs | Epitassi in fase liquida (LPE) Fase di vapore (VPE) | Ga+Al+CaAs+H2 Ga + Ash3+ PH3+CHl+H2 |
| GaP omoepitassiale | GaP | GaP(GaP;N) | Epitassi in fase liquida (LPE) Epitassi in fase liquida (LPE) | Ga + GaP + H2+(NH3) Ga+GaAs+GaP+NH3 |
| Superlattice | GaAs | GaAlAs/GaAs (ciclu) | Epitassi di Fasci Moleculari (MBE) MOCVD | Ca, As, Al GaR₃+AlR3+AsH3+H2 |
| InP omoepitaxiale | InP | InP | Epitassi in fase di vapore (VPE) Epitassi in fase liquida (LPE) | PCl3 + In + H2 In+InAs+GaAs+InP+H₂ |
| Epitassi Si/GaAs | Si | GaAs | Epitassi di Fasci Moleculari (MBE) MOGVD | Ga, As GaR₃+AsH₃+H₂ |
Tempu di Postu: Dec-24-2024