ہائی پیوریٹی سلکان کاربائیڈ سیرامک تیاری کی ٹیکنالوجیز میں پیشرفت

ہائی پیوریٹی سلکان کاربائیڈ (SiC) سیرامکس اپنی غیر معمولی تھرمل چالکتا، کیمیائی استحکام اور مکینیکل طاقت کی وجہ سے سیمی کنڈکٹر، ایرو اسپیس اور کیمیائی صنعتوں میں اہم اجزاء کے لیے مثالی مواد کے طور پر ابھرے ہیں۔ اعلیٰ کارکردگی، کم آلودگی والے سیرامک آلات کی بڑھتی ہوئی مانگ کے ساتھ، اعلیٰ پاکیزگی والے SiC سیرامکس کے لیے موثر اور توسیع پذیر تیاری کی ٹیکنالوجیز کی ترقی عالمی تحقیق کا مرکز بن گئی ہے۔ یہ مقالہ منظم طریقے سے اعلیٰ پاکیزگی والے SiC سیرامکس کے لیے تیاری کے موجودہ بڑے طریقوں کا جائزہ لیتا ہے، بشمول ری کریسٹالائزیشن سنٹرنگ، پریشر لیس سنٹرنگ (PS)، ہاٹ پریسنگ (HP)، اسپارک پلازما سنٹرنگ (SPS)، اور ایڈیٹیو مینوفیکچرنگ (AM)، جس میں sintering کے طریقہ کار کی موجودہ خصوصیات، موجودہ مادی چیلنجز کے طریقہ کار اور پیرامیٹرز کی موجودہ خصوصیات پر بحث کرنے پر زور دیا جاتا ہے۔

فوجی اور انجینئرنگ کے شعبوں میں SiC سیرامکس کا اطلاق

فی الحال، اعلی طہارت کے SiC سیرامک اجزاء بڑے پیمانے پر سلکان ویفر مینوفیکچرنگ کے سامان میں استعمال ہوتے ہیں، بنیادی عمل جیسے کہ آکسیڈیشن، لیتھوگرافی، ایچنگ، اور آئن امپلانٹیشن میں حصہ لیتے ہیں۔ ویفر ٹیکنالوجی کی ترقی کے ساتھ، ویفر کے سائز میں اضافہ ایک اہم رجحان بن گیا ہے۔ موجودہ مین اسٹریم ویفر کا سائز 300 ملی میٹر ہے، جو لاگت اور پیداواری صلاحیت کے درمیان اچھا توازن حاصل کرتا ہے۔ تاہم، مور کے قانون کے تحت، 450 ملی میٹر ویفرز کی بڑے پیمانے پر پیداوار پہلے ہی ایجنڈے میں شامل ہے۔ بڑے ویفرز کو عام طور پر زیادہ ساختی طاقت کی ضرورت ہوتی ہے تاکہ وہ وارپنگ اور خرابی کے خلاف مزاحمت کریں، جو بڑے سائز، اعلیٰ طاقت، اعلیٰ پاکیزگی والے SiC سیرامک اجزاء کی بڑھتی ہوئی مانگ کو آگے بڑھاتے ہیں۔ حالیہ برسوں میں، ایڈیٹیو مینوفیکچرنگ (3D پرنٹنگ)، ایک تیز رفتار پروٹو ٹائپنگ ٹیکنالوجی کے طور پر جس کے لیے کسی سانچوں کی ضرورت نہیں ہے، نے اپنی تہہ بہ تہہ تعمیر اور لچکدار ڈیزائن کی صلاحیتوں کی وجہ سے پیچیدہ ساختہ SiC سیرامک حصوں کی تعمیر میں زبردست صلاحیت کا مظاہرہ کیا ہے، جس نے وسیع پیمانے پر توجہ مبذول کرائی ہے۔

یہ مقالہ منظم طریقے سے ہائی پیوریٹی SiC سیرامکس کے لیے پانچ نمائندہ تیاری کے طریقوں کا تجزیہ کرے گا—ری-ری اسٹالائزیشن سنٹرنگ، پریشر لیس سینٹرنگ، ہاٹ پریسنگ، اسپارک پلازما سنٹرنگ، اور اضافی مینوفیکچرنگ — ان کے سنٹرنگ میکانزم، پروسیس آپٹیمائزیشن، پرفارمنس اسٹریٹیجک خصوصیات، صنعتی ایپلی کیشن کی خصوصیات پر توجہ مرکوز کرتے ہوئے

اعلی طہارت سلکان کاربائیڈ خام مال کی ضروریات

I. دوبارہ تشکیل دینے والی سنٹرنگ

دوبارہ تیار کردہ سلکان کاربائیڈ (RSiC) ایک اعلی پاکیزگی والا SiC مواد ہے جو 2100–2500 °C کے اعلی درجہ حرارت پر بغیر سنٹرنگ ایڈز کے تیار کیا جاتا ہے۔ چونکہ فریڈرکسن نے پہلی بار 19ویں صدی کے آخر میں دوبارہ تشکیل دینے کے رجحان کو دریافت کیا تھا، اس لیے RSiC نے اپنی صاف اناج کی حدود اور شیشے کے مراحل اور نجاست کی عدم موجودگی کی وجہ سے خاصی توجہ حاصل کی ہے۔ اعلی درجہ حرارت پر، SiC نسبتاً زیادہ بخارات کے دباؤ کو ظاہر کرتا ہے، اور اس کے سنٹرنگ میکانزم میں بنیادی طور پر بخارات کو گاڑھا کرنے کا عمل شامل ہوتا ہے: باریک دانے بخارات بنتے ہیں اور بڑے اناج کی سطحوں پر دوبارہ جمع ہوتے ہیں، گردن کی نشوونما کو فروغ دیتے ہیں اور اناج کے درمیان براہ راست تعلق کو بڑھاتے ہیں، اس طرح مواد کی طاقت میں اضافہ ہوتا ہے۔

1990 میں، Kriegesmann نے 2200°C پر سلپ کاسٹنگ کا استعمال کرتے ہوئے 79.1% کی نسبتہ کثافت کے ساتھ RSiC تیار کیا، جس کے کراس سیکشن میں موٹے دانوں اور سوراخوں پر مشتمل مائیکرو اسٹرکچر دکھایا گیا تھا۔ اس کے بعد، Yi et al. گرین باڈیز تیار کرنے کے لیے جیل کاسٹنگ کا استعمال کیا اور انہیں 2450°C پر سینٹر کیا، 2.53 g/cm³ کی بلک کثافت اور 55.4 MPa کی لچکدار طاقت کے ساتھ RSiC سیرامکس حاصل کیا۔

RSiC کی SEM فریکچر سطح

گھنے SiC کے مقابلے میں، RSiC کی کثافت کم ہے (تقریباً 2.5 g/cm³) اور تقریباً 20% کھلی پورسٹی، اعلی طاقت والے ایپلی کیشنز میں اس کی کارکردگی کو محدود کرتی ہے۔ لہذا، RSiC کی کثافت اور مکینیکل خصوصیات کو بہتر بنانا ایک اہم تحقیقی مرکز بن گیا ہے۔ سنگ وغیرہ۔ پگھلے ہوئے سلیکون کو کاربن/β-SiC مکسڈ کمپیکٹس میں گھسانے اور 2200°C پر دوبارہ تشکیل دینے کی تجویز پیش کی، α-SiC موٹے دانوں پر مشتمل نیٹ ورک کا ڈھانچہ کامیابی کے ساتھ بنایا۔ نتیجے میں RSiC نے 2.7 g/cm³ کی کثافت اور 134 MPa کی لچکدار طاقت حاصل کی، اعلی درجہ حرارت پر بہترین مکینیکل استحکام کو برقرار رکھا۔

کثافت کو مزید بڑھانے کے لیے، Guo et al. RSiC کے متعدد علاج کے لیے پولیمر انفلٹریشن اور پائرولیسس (PIP) ٹیکنالوجی کا استعمال۔ PCS/xylene سلوشنز اور SiC/PCS/xylene slurries کو دراندازی کے طور پر استعمال کرتے ہوئے، 3-6 PIP سائیکلوں کے بعد، RSiC کی کثافت نمایاں طور پر بہتر ہوئی (2.90 g/cm³ تک)، اس کی لچکدار طاقت کے ساتھ۔ مزید برآں، انہوں نے ایک چکراتی حکمت عملی کی تجویز پیش کی جس میں PIP اور دوبارہ تجدید کاری کا امتزاج کیا گیا: 1400 ° C پر پائرولیسس جس کے بعد 2400 ° C پر دوبارہ کرسٹالائزیشن، مؤثر طریقے سے ذرّوں کی رکاوٹوں کو صاف کرنا اور پوروسیٹی کو کم کرنا۔ حتمی RSiC مواد نے 2.99 g/cm³ کی کثافت اور 162.3 MPa کی لچکدار طاقت حاصل کی، شاندار جامع کارکردگی کا مظاہرہ کیا۔

پولیمر امپریگنیشن اور پائرولیسس (PIP) کے بعد پالش شدہ RSiC کے مائیکرو اسٹرکچر ارتقاء کی SEM امیجز: ابتدائی RSiC (A)، پہلے PIP-ریکریسٹالائزیشن سائیکل (B) کے بعد، اور تیسرے سائیکل (C) کے بعد۔

II پریشر لیس سینٹرنگ

پریشر لیس سینٹرڈ سلکان کاربائیڈ (SiC) سیرامکس کو عام طور پر اعلیٰ پاکیزگی والے، الٹرا فائن SiC پاؤڈر کو خام مال کے طور پر استعمال کرتے ہوئے تیار کیا جاتا ہے، جس میں تھوڑی مقدار میں sintering ایڈز شامل کیے جاتے ہیں، اور 1800–2150°C پر ایک غیر فعال ماحول یا ویکیوم میں سینٹر کیا جاتا ہے۔ یہ طریقہ بڑے سائز اور پیچیدہ ساختی سیرامک اجزاء کی پیداوار کے لیے موزوں ہے۔ تاہم، چونکہ SiC بنیادی طور پر ہم آہنگی کے ساتھ بندھا ہوا ہے، اس لیے اس کا خود پھیلاؤ کا گتانک انتہائی کم ہے، جس سے بغیر سنٹرنگ ایڈز کے کثافت مشکل ہوجاتی ہے۔

سنٹرنگ میکانزم کی بنیاد پر، پریشر لیس سنٹرنگ کو دو قسموں میں تقسیم کیا جا سکتا ہے: پریشر لیس مائع فیز سنٹرنگ (PLS-SiC) اور پریشر لیس سولڈ سٹیٹ سنٹرنگ (PSS-SiC)۔

1.1 PLS-SiC (لیکوئڈ فیز سنٹرنگ)

PLS-SiC کو عام طور پر تقریباً 10 wt.% eutectic sintering ایڈز (جیسے Al₂O₃، CaO، MgO، TiO₂، اور نایاب زمین کے آکسائیڈز RE₂O₃، prorange a partament، prorange to massage) شامل کر کے 2000°C سے نیچے سینٹر کیا جاتا ہے۔ کثافت حاصل کرنے کے لئے منتقلی. یہ عمل صنعتی درجے کے SiC سیرامکس کے لیے موزوں ہے، لیکن مائع فیز سنٹرنگ کے ذریعے حاصل کردہ اعلیٰ پاکیزگی SiC کی کوئی اطلاع نہیں ہے۔

1.2 PSS-SiC (سالڈ سٹیٹ سنٹرنگ)

PSS-SiC میں 2000°C سے زیادہ درجہ حرارت پر ٹھوس ریاست کی کثافت شامل ہوتی ہے جس میں تقریباً 1 wt.% additives شامل ہوتے ہیں۔ یہ عمل بنیادی طور پر سطحی توانائی کو کم کرنے اور کثافت حاصل کرنے کے لیے اعلی درجہ حرارت کے ذریعے چلنے والے جوہری بازی اور اناج کی دوبارہ ترتیب پر انحصار کرتا ہے۔ BC (بوران-کاربن) نظام ایک عام اضافی مرکب ہے، جو اناج کی حد کی توانائی کو کم کر سکتا ہے اور SiO₂ کو SiC سطح سے ہٹا سکتا ہے۔ تاہم، روایتی BC additives اکثر بقایا نجاست متعارف کرواتے ہیں، جس سے SiC کی پاکیزگی کم ہوتی ہے۔

اضافی مواد (B 0.4 wt.%, C 1.8 wt.%) کو کنٹرول کرنے اور 0.5 گھنٹے کے لئے 2150 ° C پر sintering کرکے، 99.6 wt.% کی پاکیزگی کے ساتھ اعلی طہارت کے SiC سیرامکس اور 98.4٪ کی نسبتہ کثافت حاصل کی گئی۔ مائیکرو اسٹرکچر نے کالم کے دانے دکھائے (کچھ کی لمبائی 450 µm سے زیادہ ہے)، اناج کی حدود میں چھوٹے سوراخ اور دانوں کے اندر گریفائٹ کے ذرات۔ سیرامکس نے 443 ± 27 MPa کی لچکدار طاقت، 420 ± 1 GPa کا لچکدار ماڈیولس، اور 3.84 × 10⁻⁶ K⁻¹ کا ایک تھرمل ایکسپینشن گتانک کمرے کے درجہ حرارت کی حد میں 600°C تک، مجموعی طور پر شاندار کارکردگی کا مظاہرہ کیا۔

PSS-SiC کا مائکرو اسٹرکچر: (A) پالش اور NaOH ایچنگ کے بعد SEM امیج؛ (BD) پالش اور اینچنگ کے بعد BSD تصاویر

III گرم دبانے والی سنٹرنگ

ہاٹ پریسنگ (HP) sintering ایک کثافت کی تکنیک ہے جو بیک وقت اعلی درجہ حرارت اور ہائی پریشر کی حالتوں میں پاؤڈر مواد پر حرارت اور غیر محوری دباؤ کا اطلاق کرتی ہے۔ زیادہ دباؤ نمایاں طور پر تاکوں کی تشکیل کو روکتا ہے اور اناج کی نشوونما کو محدود کرتا ہے، جب کہ اعلی درجہ حرارت اناج کے فیوژن اور گھنے ڈھانچے کی تشکیل کو فروغ دیتا ہے، بالآخر اعلی کثافت، اعلیٰ پاکیزہ SiC سیرامکس تیار کرتا ہے۔ دبانے کی دشاتمک نوعیت کی وجہ سے، یہ عمل اناج کی انیسوٹروپی کو آمادہ کرتا ہے، جس سے مکینیکل اور پہننے کی خصوصیات متاثر ہوتی ہیں۔

خالص SiC سیرامکس کو بغیر کسی اضافے کے کثافت کرنا مشکل ہے، جس کے لیے انتہائی ہائی پریشر سنٹرنگ کی ضرورت ہوتی ہے۔ Nadeau et al. 2500 ° C اور 5000 MPa پر بغیر کسی اضافے کے مکمل طور پر گھنے SiC کو کامیابی سے تیار کیا گیا۔ سورج وغیرہ۔ 25 GPa اور 1400 ° C پر 41.5 GPa تک Vickers سختی کے ساتھ β-SiC بلک مواد حاصل کیا۔ 4 GPa پریشر کا استعمال کرتے ہوئے، تقریباً 98% اور 99% کی نسبتہ کثافت کے ساتھ SiC سیرامکس، 35 GPa کی سختی، اور 450 GPa کے لچکدار ماڈیولس کو بالترتیب 1500°C اور 1900°C پر تیار کیا گیا۔ 5 GPa اور 1500°C پر سنٹرنگ مائکرون سائز کے SiC پاؤڈر سے 31.3 GPa کی سختی اور 98.4% کی نسبتہ کثافت کے ساتھ سیرامکس حاصل ہوئے۔

اگرچہ یہ نتائج یہ ظاہر کرتے ہیں کہ الٹرا ہائی پریشر اضافی سے پاک کثافت حاصل کرسکتا ہے، لیکن مطلوبہ سامان کی پیچیدگی اور زیادہ قیمت صنعتی ایپلی کیشنز کو محدود کرتی ہے۔ لہذا، عملی تیاری میں، ٹریس additives یا پاؤڈر گرینولیشن اکثر sintering ڈرائیونگ فورس کو بڑھانے کے لئے استعمال کیا جاتا ہے.

2350°C اور 50MPa پر 4 wt.% phenolic رال شامل کرنے اور sintering کے طور پر، 92% کی کثافت کی شرح اور 99.998% کی پاکیزگی کے ساتھ SiC سیرامکس حاصل کیے گئے۔ کم اضافی مقدار (بورک ایسڈ اور ڈی فریکٹوز) کا استعمال کرتے ہوئے اور 2050°C اور 40 MPa پر سنٹرنگ کرتے ہوئے، نسبتہ کثافت>99.5% اور صرف 556 ppm کے بقایا B مواد کے ساتھ اعلی طہارت کا SiC تیار کیا گیا۔ SEM امیجز سے پتہ چلتا ہے کہ بغیر دباؤ کے سینٹرڈ نمونوں کے مقابلے میں، گرم دبائے ہوئے نمونوں میں چھوٹے دانے، کم چھیدیں اور زیادہ کثافت ہوتی ہے۔ لچکدار طاقت 453.7 ± 44.9 MPa تھی، اور لچکدار ماڈیولس 444.3 ± 1.1 GPa تک پہنچ گیا۔

1900°C پر ہولڈنگ ٹائم کو بڑھانے سے، اناج کا سائز 1.5 μm سے 1.8 μm تک بڑھ گیا، اور تھرمل چالکتا 155 سے 167 W·m⁻¹·K⁻¹ تک بہتر ہوا، جبکہ پلازما سنکنرن مزاحمت کو بھی بڑھاتا ہے۔

1850 ° C اور 30 MPa کے حالات میں، دانے دار اور اینیلڈ SiC پاؤڈر کے گرم دبانے اور تیز گرم دبانے سے بغیر کسی اضافی کے مکمل طور پر گھنے β-SiC سیرامکس حاصل ہوتے ہیں، جس کی کثافت 3.2 g/cm³ اور روایتی عمل سے کم درجہ حرارت 150-20 °C سے کم ہوتی ہے۔ سیرامکس نے 2729 GPa کی سختی، 5.25–5.30 MPa·m^1/2 کی فریکچر سختی، اور بہترین کریپ مزاحمت (9.9 × 10⁻¹⁰ s⁻¹ کی رینگنے کی شرح اور 3.8 × 10⁻¹⁻ پر 1400°C/1450°C اور 100MPa)۔

(A) پالش شدہ سطح کی SEM تصویر؛ (B) فریکچر سطح کی SEM تصویر؛ (C, D) پالش شدہ سطح کی BSD تصویر

پیزو الیکٹرک سیرامکس کے لیے 3D پرنٹنگ ریسرچ میں، سیرامک سلوری، تشکیل اور کارکردگی کو متاثر کرنے والے بنیادی عنصر کے طور پر، ملکی اور بین الاقوامی سطح پر ایک کلیدی توجہ بن گئی ہے۔ موجودہ مطالعات عام طور پر اس بات کی نشاندہی کرتے ہیں کہ پیرامیٹر جیسے پاؤڈر پارٹیکل سائز، سلوری واسکاسیٹی، اور ٹھوس مواد حتمی مصنوعات کی تشکیل کے معیار اور پیزو الیکٹرک خصوصیات کو نمایاں طور پر متاثر کرتے ہیں۔

تحقیق سے پتا چلا ہے کہ مائکرون-، سب مائیکرون-، اور نینو سائز کے بیریم ٹائٹانیٹ پاؤڈرز کا استعمال کرتے ہوئے تیار کی گئی سیرامک سلریز سٹیریو لیتھوگرافی (مثال کے طور پر، LCD-SLA) کے عمل میں نمایاں فرق ظاہر کرتی ہیں۔ جیسے جیسے ذرات کا سائز کم ہوتا ہے، گارے کی چپکنے والی نمایاں طور پر بڑھ جاتی ہے، نینو سائز کے پاؤڈروں کے ساتھ viscosities کے ساتھ slurries پیدا ہوتے ہیں جو اربوں mPa·s تک پہنچ جاتے ہیں۔ مائیکرون سائز کے پاؤڈر والی سلوریاں پرنٹنگ کے دوران ڈیلامینیشن اور چھیلنے کا شکار ہوتی ہیں، جب کہ سب مائیکرون اور نینو سائز کے پاؤڈر زیادہ مستحکم رویے کا مظاہرہ کرتے ہیں۔ اعلی درجہ حرارت کی سنٹرنگ کے بعد، نتیجے میں سیرامک کے نمونوں نے 5.44 g/cm³ کی کثافت حاصل کی، تقریباً 200 pC/N کا پیزو الیکٹرک گتانک (d₃₃)، اور کم نقصان کے عوامل، بہترین الیکٹرو مکینیکل رسپانس خصوصیات کی نمائش کرتے ہوئے۔

مزید برآں، مائیکرو سٹیریو لیتھوگرافی کے عمل میں، PZT قسم کے سلورریز (مثلاً 75 wt.%) کے ٹھوس مواد کو ایڈجسٹ کرنے سے 7.35 g/cm³ کی کثافت کے ساتھ sintered جسم حاصل ہوتے ہیں، جس سے پولنگ الیکٹرک فیلڈز کے تحت 600 pC/N تک کا پائیزو الیکٹرک مستقل حاصل ہوتا ہے۔ مائیکرو اسکیل ڈیفارمیشن معاوضے پر تحقیق نے تشکیل کی درستگی کو نمایاں طور پر بہتر کیا، جیومیٹرک درستگی کو 80% تک بڑھایا۔

PMN-PT پیزو الیکٹرک سیرامکس پر ایک اور مطالعہ نے انکشاف کیا کہ ٹھوس مواد سیرامک ڈھانچے اور برقی خصوصیات کو تنقیدی طور پر متاثر کرتا ہے۔ 80 wt.% ٹھوس مواد پر، سیرامکس میں ضمنی مصنوعات آسانی سے ظاہر ہوتی ہیں۔ جیسا کہ ٹھوس مواد 82 wt.% اور اس سے اوپر بڑھ گیا، ضمنی مصنوعات آہستہ آہستہ غائب ہو گئیں، اور نمایاں طور پر بہتر کارکردگی کے ساتھ، سیرامک ڈھانچہ صاف تر ہو گیا۔ 82 wt.% پر، سیرامکس نے بہترین برقی خصوصیات کی نمائش کی: پیزو الیکٹرک مستقل 730 pC/N، 7226 کی رشتہ دار اجازت، اور صرف 0.07 کا ڈائی الیکٹرک نقصان۔

خلاصہ طور پر، سیرامک سلریز کے ذرہ کا سائز، ٹھوس مواد، اور rheological خصوصیات نہ صرف پرنٹنگ کے عمل کے استحکام اور درستگی کو متاثر کرتی ہیں بلکہ براہ راست sintered باڈیز کی کثافت اور piezoelectric ردعمل کا بھی تعین کرتی ہیں، جو انہیں اعلیٰ کارکردگی والے 3D-printed piezoelectric ceramics کے حصول کے لیے کلیدی پیرامیٹرز بناتی ہیں۔

BT/UV نمونوں کی LCD-SLA 3D پرنٹنگ کا بنیادی عمل

مختلف ٹھوس مواد کے ساتھ PMN-PT سیرامکس کی خصوصیات

چہارم اسپارک پلازما سینٹرنگ

اسپارک پلازما سنٹرنگ (SPS) ایک جدید ترین sintering ٹیکنالوجی ہے جو تیز رفتار کثافت حاصل کرنے کے لیے پاؤڈرز پر بیک وقت پلس کرنٹ اور مکینیکل پریشر کو استعمال کرتی ہے۔ اس عمل میں، کرنٹ مولڈ اور پاؤڈر کو براہ راست گرم کرتا ہے، جول ہیٹ اور پلازما پیدا کرتا ہے، جس سے قلیل وقت میں (عام طور پر 10 منٹ کے اندر) موثر سینٹرنگ کو قابل بناتا ہے۔ تیز حرارت سے سطح کے پھیلاؤ کو فروغ ملتا ہے، جبکہ چنگاری خارج ہونے سے پاؤڈر کی سطحوں سے جذب شدہ گیسوں اور آکسائیڈ کی تہوں کو ہٹانے میں مدد ملتی ہے، جس سے سنٹرنگ کی کارکردگی بہتر ہوتی ہے۔ برقی مقناطیسی شعبوں کے ذریعہ پیدا ہونے والا الیکٹرومیگریشن اثر جوہری پھیلاؤ کو بھی بڑھاتا ہے۔

روایتی گرم دبانے کے مقابلے میں، ایس پی ایس زیادہ براہ راست حرارتی نظام کو استعمال کرتا ہے، کم درجہ حرارت پر کثافت کو فعال کرتا ہے جبکہ عمدہ اور یکساں مائیکرو اسٹرکچر حاصل کرنے کے لیے اناج کی نشوونما کو مؤثر طریقے سے روکتا ہے۔ مثال کے طور پر:

• بغیر کسی اضافے کے، زمینی SiC پاؤڈر کو خام مال کے طور پر استعمال کرتے ہوئے، 2100°C اور 70 MPa پر 30 منٹ تک سنٹر کرنے سے 98% رشتہ دار کثافت کے ساتھ نمونے حاصل ہوئے۔
• 1700 ° C اور 40 MPa پر 10 منٹ کے لیے Sintering سے 98% کثافت اور صرف 30-50 nm کے اناج کے سائز کے ساتھ کیوبک SiC پیدا ہوا۔
• 80 µm دانے دار SiC پاؤڈر استعمال کرنے اور 1860°C اور 50 MPa پر 5 منٹ کے لیے sintering کے نتیجے میں 98.5% رشتہ دار کثافت کے ساتھ اعلیٰ کارکردگی والے SiC سیرامکس، 28.5 GPa کی وِکرز مائیکرو ہارڈنیس، 395 MPa کی لچکدار طاقت · 4m.5m/5ma کی flexural طاقت اور frac۔

مائیکرو اسٹرکچرل تجزیے سے پتہ چلتا ہے کہ جیسے جیسے سنٹرنگ کا درجہ حرارت 1600 ° C سے 1860 ° C تک بڑھتا گیا، مواد کی پورسٹی نمایاں طور پر کم ہوئی، اعلی درجہ حرارت پر مکمل کثافت کے قریب پہنچ گئی۔

SiC سیرامکس کا مائیکرو سٹرکچر مختلف درجہ حرارت پر سنٹرڈ: (A) 1600 ° C، (B) 1700 ° C، (C) 1790 ° C اور (D) 1860 ° C

V. اضافی مینوفیکچرنگ

اضافی مینوفیکچرنگ (AM) نے حال ہی میں اپنے تہہ بہ تہہ تعمیراتی عمل کی وجہ سے پیچیدہ سیرامک اجزاء کو گھڑنے میں زبردست صلاحیت کا مظاہرہ کیا ہے۔ SiC سیرامکس کے لیے، ایک سے زیادہ AM ٹیکنالوجیز تیار کی گئی ہیں، جن میں بائنڈر جیٹنگ (BJ)، 3DP، سلیکٹیو لیزر سنٹرنگ (SLS)، ڈائریکٹ انک رائٹنگ (DIW)، اور سٹیریولیتھوگرافی (SL، DLP) شامل ہیں۔ تاہم، 3DP اور DIW میں کم درستگی ہے، جبکہ SLS تھرمل تناؤ اور دراڑیں پیدا کرتا ہے۔ اس کے برعکس، BJ اور SL اعلیٰ پاکیزگی، اعلیٰ صحت سے متعلق پیچیدہ سیرامکس تیار کرنے میں زیادہ فوائد پیش کرتے ہیں۔

1. بائنڈر جیٹنگ (BJ)

BJ ٹیکنالوجی میں بائنڈر سے بانڈ پاؤڈر کا تہہ بہ تہہ چھڑکاو شامل ہے، اس کے بعد حتمی سیرامک مصنوعات حاصل کرنے کے لیے ڈیبائنڈنگ اور سنٹرنگ شامل ہے۔ BJ کو کیمیائی بخارات کی دراندازی (CVI) کے ساتھ ملا کر، اعلیٰ پاکیزگی، مکمل طور پر کرسٹل لائن SiC سیرامکس کو کامیابی سے تیار کیا گیا۔ عمل میں شامل ہیں:

① BJ کا استعمال کرتے ہوئے SiC سیرامک گرین باڈیز بنانا۔
② CVI کے ذریعے 1000°C اور 200 Torr پر کثافت۔
③ فائنل SiC سیرامک کی کثافت 2.95 g/cm³، تھرمل چالکتا 37 W/m·K، اور لچکدار طاقت 297 MPa تھی۔

چپکنے والی جیٹ (BJ) پرنٹنگ کا اسکیمیٹک خاکہ۔ (A) کمپیوٹر ایڈیڈ ڈیزائن (CAD) ماڈل، (B) BJ اصول کا اسکیمیٹک ڈایاگرام، (C) BJ کے ذریعے SiC کی پرنٹنگ، (D) کیمیائی بخارات کی دراندازی (CVI) کے ذریعے SiC کی کثافت

2. سٹیریو لیتھوگرافی (SL)

SL ایک UV-کیورنگ پر مبنی سیرامک بنانے والی ٹیکنالوجی ہے جس میں انتہائی اعلیٰ درستگی اور پیچیدہ ساخت سازی کی صلاحیتیں ہیں۔ یہ طریقہ فوٹو پولیمرائزیشن کے ذریعے تھری ڈی سیرامک گرین باڈیز بنانے کے لیے اعلی ٹھوس مواد اور کم وسکوسیٹی کے ساتھ فوٹو حساس سیرامک سلریز کا استعمال کرتا ہے، جس کے بعد حتمی پروڈکٹ حاصل کرنے کے لیے ڈیبائنڈنگ اور ہائی ٹمپریچر سنٹرنگ ہوتی ہے۔

35 vol.% SiC سلوری کا استعمال کرتے ہوئے، اعلیٰ معیار کے 3D گرین باڈیز کو 405 nm UV شعاع ریزی کے تحت تیار کیا گیا اور 800°C پر پولیمر برن آؤٹ اور PIP ٹریٹمنٹ کے ذریعے مزید کثافت کیا گیا۔ نتائج سے پتہ چلتا ہے کہ 35 والیوم٪ سلوری کے ساتھ تیار کردہ نمونوں نے 84.8٪ کی نسبتہ کثافت حاصل کی، جو 30٪ اور 40٪ کنٹرول گروپس کو پیچھے چھوڑتے ہیں۔

سلوری میں ترمیم کرنے کے لیے لیپوفیلک SiO₂ اور phenolic epoxy resin (PEA) متعارف کروا کر، فوٹو پولیمرائزیشن کی کارکردگی کو مؤثر طریقے سے بہتر بنایا گیا۔ 1600°C پر 4 گھنٹے کے لیے سنٹرنگ کرنے کے بعد، SiC میں تقریباً مکمل تبدیلی حاصل کی گئی، صرف 0.12% کے حتمی آکسیجن مواد کے ساتھ، بغیر پری آکسیڈیشن یا پہلے سے دراندازی کے مراحل کے اعلیٰ پاکیزگی، پیچیدہ ساختی SiC سیرامکس کی ایک قدمی فیبریکیشن کو قابل بناتا ہے۔

پرنٹنگ ڈھانچہ اور اس کے sintering کے عمل کی مثال۔ (A) 25 ° C پر خشک ہونے کے بعد نمونے کی ظاہری شکل، (B) 1000 ° C پر پائرولیسس، اور (C) 1600 ° C پر سنٹرنگ۔

سٹیریو لیتھوگرافی 3D پرنٹنگ کے لیے فوٹو سینسیٹو Si₃N₄ سیرامک سلریز کو ڈیزائن کر کے اور ڈیبائنڈنگ-پریزینٹرنگ اور ہائی ٹمپریچر ایجنگ پروسیسز کا استعمال کرتے ہوئے، Si₃N₄ سیرامکس 93.3% نظریاتی کثافت کے ساتھ، 279.8 MPa کی ٹینسائل طاقت اور 279.8 MPa کی flex طاقت، 3.3.3 MPa۔ تیار تھے. مطالعات سے پتا چلا ہے کہ 45 والیوم٪ ٹھوس مواد اور 10 سیکنڈ کی نمائش کے وقت کے تحت، IT77 سطح کی درستگی کے ساتھ سنگل لیئر گرین باڈیز حاصل کی جا سکتی ہیں۔ 0.1 °C/منٹ کی حرارتی شرح کے ساتھ کم درجہ حرارت کی پابندی کے عمل نے شگاف سے پاک سبز جسم پیدا کرنے میں مدد کی۔

سٹیریو لیتھوگرافی میں حتمی کارکردگی کو متاثر کرنے والا ایک کلیدی مرحلہ ہے۔ تحقیق سے پتہ چلتا ہے کہ sintering ایڈز کو شامل کرنے سے سیرامک کثافت اور میکانی خصوصیات کو مؤثر طریقے سے بہتر بنایا جا سکتا ہے. اعلی کثافت Si₃N₄ سیرامکس تیار کرنے کے لیے CeO₂ کو سینٹرنگ ایڈ اور الیکٹرک فیلڈ کی مدد سے سنٹرنگ ٹکنالوجی کے طور پر استعمال کرتے ہوئے، CeO₂ کو اناج کی حدود میں الگ الگ پایا گیا، جس سے اناج کی باؤنڈری سلائیڈنگ اور کثافت کو فروغ دیا گیا۔ نتیجے میں سیرامکس نے HV10/10 (1347.9 ± 2.4) کی Vickers کی سختی اور (6.57 ± 0.07) MPa·m¹/² کی فریکچر سختی کی نمائش کی۔ MgO–Y₂O₃ کے ساتھ additives کے طور پر، سیرامک مائکرو اسٹرکچر کی یکسانیت کو بہتر بنایا گیا، جس سے کارکردگی میں نمایاں اضافہ ہوا۔ 8 wt.% کی کل ڈوپنگ سطح پر، لچکدار طاقت اور تھرمل چالکتا بالترتیب 915.54 MPa اور 59.58 W·m⁻¹·K⁻¹ تک پہنچ گئی۔

VI نتیجہ

خلاصہ طور پر، اعلیٰ طہارت کے سلکان کاربائیڈ (SiC) سیرامکس نے، ایک شاندار انجینئرنگ سیرامک مواد کے طور پر، سیمی کنڈکٹرز، ایرو اسپیس، اور انتہائی حالت والے آلات میں وسیع اطلاق کے امکانات کا مظاہرہ کیا ہے۔ اس مقالے نے منظم طریقے سے ہائی پیوریٹی SiC سیرامکس کے لیے تیاری کے پانچ عام راستوں کا تجزیہ کیا — دوبارہ دوبارہ قائم کرنے کے لیے سنٹرنگ، بغیر پریشر کے سنٹرنگ، ہاٹ پریسنگ، اسپارک پلازما سنٹرنگ، اور اضافی مینوفیکچرنگ — ان کی کثافت کے طریقہ کار، کارکردگی کی حد اور کارکردگی کی حد کے فوائد پر تفصیلی بات چیت کے ساتھ۔

یہ واضح ہے کہ اعلیٰ پاکیزگی، اعلی کثافت، پیچیدہ ڈھانچے اور صنعتی فزیبلٹی کو حاصل کرنے کے لحاظ سے ہر ایک کی الگ الگ خصوصیات ہیں۔ اضافی مینوفیکچرنگ ٹکنالوجی نے، خاص طور پر، پیچیدہ شکل کے اور اپنی مرضی کے مطابق اجزاء کو گھڑنے میں مضبوط صلاحیت ظاہر کی ہے، جس میں سٹیریو لیتھوگرافی اور بائنڈر جیٹنگ جیسے ذیلی شعبوں میں پیش رفت ہوئی ہے، جس سے یہ اعلیٰ پاکیزگی والے SiC سیرامک کی تیاری کے لیے ایک اہم ترقی کی سمت ہے۔

اعلیٰ پاکیزگی والے SiC سیرامک کی تیاری کے بارے میں مستقبل کی تحقیق کو مزید گہرائی میں جانے کی ضرورت ہے، جس سے لیبارٹری کے پیمانے سے بڑے پیمانے پر، انتہائی قابل اعتماد انجینئرنگ ایپلی کیشنز میں منتقلی کو فروغ دیا جائے گا، اس طرح اعلیٰ درجے کے سازوسامان کی تیاری اور اگلی نسل کی معلوماتی ٹیکنالوجیز کے لیے اہم مواد کی مدد فراہم کی جائے گی۔

XKH ایک ہائی ٹیک انٹرپرائز ہے جو اعلیٰ کارکردگی والے سرامک مواد کی تحقیق اور پیداوار میں مہارت رکھتا ہے۔ یہ صارفین کے لیے ہائی پیوریٹی سلکان کاربائیڈ (SiC) سیرامکس کی شکل میں حسب ضرورت حل فراہم کرنے کے لیے وقف ہے۔ کمپنی کے پاس مواد کی تیاری کی جدید ٹیکنالوجیز اور درست پروسیسنگ کی صلاحیتیں ہیں۔ اس کے کاروبار میں اعلیٰ پیوریٹی SiC سیرامکس کی تحقیق، پیداوار، درست پروسیسنگ اور سطحی علاج شامل ہے، جو کہ اعلیٰ کارکردگی والے سیرامک اجزاء کے لیے سیمی کنڈکٹر، نئی توانائی، ایرو اسپیس اور دیگر شعبوں کی سخت ضروریات کو پورا کرتا ہے۔ پختہ سنٹرنگ کے عمل اور اضافی مینوفیکچرنگ ٹیکنالوجیز کا فائدہ اٹھاتے ہوئے، ہم صارفین کو مادی فارمولہ آپٹیمائزیشن، پیچیدہ ڈھانچے کی تشکیل سے لے کر عین پروسیسنگ تک ایک ون سٹاپ سروس پیش کر سکتے ہیں، اس بات کو یقینی بناتے ہوئے کہ مصنوعات بہترین مکینیکل خصوصیات، تھرمل استحکام اور سنکنرن مزاحمت کی حامل ہوں۔