Хүчдэлийн төхөөрөмжийн баглаажуулалтын технологи нь хэрэглээний сценаруудаас тасралтгүй шинэчлэлтийн даралтанд өртөж байна. Энэ нь тухайлбал, шинэ энергийн төхөөрөмжийн таталцан хувиргагчид ба оюун ухаант шүүлтүүрт шүүлтүүрт хүчдэлийн модулиудын хувьд талхиг тэмпературт циклд оролцох нөхцөлүүдийн хүнд байдлын тасралтгүй нэмэгдэж буй хүнд байдлын хувьд тодорхой илэрхийлдэг. Түүн дагаад, шууд холбогдсон меднээс (DBC) церамик дэд-хавтгайнуудын найдвартай байдал нь бүх системийн нийт үйлдлийн хугацааг хязгаарлаж буй гол саад болой болж байна. Алуминиум оксидын дэд-хавтгайнууд нь үнэ ба изоляци хувийн давуу талуудын ачааллаар урт хугацааны турш үндсэн сонголт болж ирж байна, гэтэл түүний үндсэн хатуу байдал нь трещин тархахад хүрэлцэхүйц төвөгтүй бүрхүүл үүсгэх чадваргүй бөөрсөг байдалд хүргэдэг, ялангуяа давтамжит дулааны шоккын нөхцөлд түүний хүнд байдлын хязгаарууд илрүүлдэг. Энэ ажилд хүртэлх чадварын таазаа дарахын тулд циркониум-хатууруулж бүтээсэн алуминиум оксид (ZTA) систем нь хүчтүүлж бүтээсэн шийдлүүдийн нэг юм. Циркониумын бөөрсөг хэсгүүд нь алуминиум оксидын матриц дотор хүчдэл үүсгэх үед мартензит фазын хувирталд орж, трещин оройд шахуу хүчдэл бүрхүүл зона үүсгэдэг, трещин үүсэх ба тархахад төвөгтүй бүрхүүл үүсгэх чадварыг ихэд нэмэгдүүлдэг. Энэ хатууруулж бүтээсэн механизм дагуу ZTA дэд-хавтгайнууд нь алуминиум оксидын онцгой дулаан дамжуулалтын чадварыг хадгалж, гэтэл хугацаа хүртэлх бүрхүүл үүсгэх чадварыг ажиглагдахуйц хэмжээгүй нэмэгдүүлдэг, өндөр найдвартай хүчдэлийн модуль баглаажуулалтад чухал байр суурь хүртдэг.
Гэтдэ, түүн доторх хатууралтын потенциалыг бодит бүтээдүүрт нь илэрхийлэх нь зөвхөн түүний хоёр фазын нөгөөсөм системийн бүтээлтийн тодорхой саадыг давахыг шаардаж буй. Нэг фазын церамиксийн хувьд ЗТА материалын эцсийн үзүүрлэл нь алюминийн матрицын шинтэрлэлтэнд хамаарахын гадна, цирконийн тархмал фазын орон зайн тархалт, мөн дулааны түүхийн үеэр түүний фазын хөгжлийн замд хамаарна. Нэг талаас, хоёр компонентын нягт ба гадаргуугийн хими нь их зөрүүтэй бөлшүүр, түүнд холилдмуйн уусмалын агломераци юм уу сегрегаци үүсгэх нь хүчтүүр. Энэ микро бүтцийн туннагүй байдал нь материалын хүч, найдвартай байдалд шууд сөрөг нөлөө үзүүлж буй. Нөгөө талаас, цирконийн хатууралтын үйлдэл нь өртөг фазын тетрагональ фазын үлдмүйн байдалд хамаарна. Шинтэрлэлт, хөхрүүлэлт үед термодинамик нөхцлүүдийн жижиг хазайлт нь хүссэнгүй спонтанны хувиралд шүүртүүр, хатууралтын механизмийн хүчгүйрэл юм уу дотоод гэмтэлд шүүртүүр. Түүн доторх нүүрсний тархалт, формоос хийгдмүйн үед нягтруулалт, мөн шинтэрлэлтний горизонталь хүрээд зүүрхүүр процессийн системтүүн дизайн, оптимизаци нь өндөр үзүүрлэлт ЗТА субстратын бүтээлтийн төв даалгавар бөлшүүр.
ЗТА-ийн үйлдвэрлэлд хоёр үндсэн дуулгавар: фазын хяналт ба микроструктурт нэгэн төрлийн байдал
Дуулгавар 1: Фазын хувиралтанд тогтвортойн хяналт
Цирконийн нано-хэсгүүд нь ZTA холимог алюмины суурин хувиргагчдын хүч, бат бөхөртөмийг нэмэгдүүлэх үндэсний үйлдэл хийгч бүрдүүлэлт юм. Түүдний бөхөртөмийн утга нь даралт-дуудмуйн кристаллын бүтцүүдийн хувиргалт механизмд үндэслэн оршит. Алуминийн матрицад трещина үүсжүүн тархаж байхад даралт цирконийн нано-хэсгүүдийн ойрхин кристаллын бүтцүүдийн хувиргалтыг дуудмуйн. Хамтдаа үүсжүүн өргөтсөн эзлэхүүн нь трещинад үүсжүүн даралтыг түүнээс саатуулж, алуминийн зүүн хавтгай, хавтгай хувиргагчдын гэмтэлд төвөгтүүлэлт үзүүрлүүдийн сайжруулалт хийгч. Энэ бөхөртөмийн механизм бат бөхөртөмийн төлөвд ажиллахын тулд цирконийн нано-хэсгүүд нь өрхөн температурт метастабиль кристаллын бүтцүүдийн төлөвд байх ёстой, гаднаас иржүүн даралт үйлчлэх үед л хувиргагч. Хэрэв ZTA хувиргагчдын шахалт ба хөхрүүлэлтийн үед температур хяналт алдагдвал, цирконийн нано-хэсгүүд гаднаас иржүүн хүчгүйгөөр спонтан хувиргалт хийгч. Энэ хяналтгүй өргөтсөн эзлэхүүн алуминийн матрицад олон тооны микро-трещина үүсгүүн, бөхөртөмийн үйлдэлд бүтнээр хориглойн, хүнд тохиолдолд алуминийн хувиргагчд, церамик зүүн хавтгай хувиргагчдын трещина, гэмтэл үүсгүүн шууд харуулж.
Дурын 2: Микроструктурын нэдүүлэх удирдлага
ЗТА-ийн сэрэмдүүр үндэс, зөөврүүд болон стержень-үүдийн механик шинж чанарууд, дулаан төдөрхийлөх чадвар, коррозион төдөрхийлөх чадвар нь хоёр бүрдүүлэгч материалдын микроскопик тархалтын нэдүүлтэнд их тулгуурлан оршит. Цирконийн бөөмс алюминийн матрицын бүртүүлэлтийн хилд илтгэлд нь тархаж, алюминийн бүртүүлэлтийн хэт үржилд саад тавих, алюминийн хэлбэрт бүтээдүүрүүдийн бүтцийн хүчийг нэмэгдүүлэх болой. Энэ нь хавтасууд болон стержень-үүдийн бүх талбай дээр тогтвортой хатууруулалт үзүүрлүүлд, бөөмсийн цуглуулалтаас үүсэх ажиллах чанарын ялгааг саад тавид. Алюминий болон цирконийн нягт хооронд их зөрүү байхын улмаас, хуучин механик холимуйн арга нь цирконийн бөөмсийн тундруулалт болон цуглуулалтд хүргүүлд, цирконийн хүнд бүснүүд үүсгүүлд. Энэ нь ЗТА-ийн алюминийн профиль-үүдийн нэдүүл микроскопик бүртүүлэлтийг саад тавид, үүн дотор алюминийн үндэс болон зөөврүүдийн нийт чанарыг муутгайд.
Үйлдвэрлэх процессыг сайжруулах
1. Цагаан төрхийн бэлдмүүр
Алюмина-циркониа холимог сэрэмзийн дэд сууринуудын микро бүтэц нь цагаан төрхийн чанартаа хамаарна. Хүлээн авах цагаан төрх нь таван шаардлажыг хангах ёстой: хоёр фазын нэдүүрхүүн тараалт, агломерат үүсэлгүй; жижиг хэсгүүд, хэмжээний тархалт нарийн; үндсэндээ тетрагональ циркониа; дэд сууринуудын нэдүүрхүүн дүүрэлтийн тулд хатуу агломерат үүсэлгүй; усны агууламж тохиромуйн түвшинд байх ёстой — дайсны гадаргуу дээр цагаан төрх хүртлүүрхүүн бүтэхгүй, мөн хэсгүүдийн хоорондын холбоо хүртлүүрхүүн бүтэхгүй.
Нэдүүрхүүн холимог үүсгэхийн тулд олон течнологи ашигладаг, түүнд шингэн фазын арга, суспензион дисперси, сол-гель, копреципитаци үүрдүүрхүүн орно. Суспензион дисперси нь дисперсантууд ба pH-ийн зохицуулалт дээр суурилж, шингэн холимог үүсгэдэг, олон үе шат, нарийн боловсруулалт шаарддаг. Сол-гель ба копреципитаци нь молекул түвшинд холимог үүсгэдэг, гэтэл температур, pH, урсгалын хугацаа строг контрол шаарддаг; параметрүүдийн хазайлт нь хүртлүүрхүүн урсгалын үүсэл, бөөрөнхийн деформаци, фазын өөрчлөлтүүдийг үүсгэдэг.
Уусмалын ус бүхий бүрхүүл үүсгэх арга нь органик уусгагч системд тулгуурлан, металл урьдчилан хөрвүүлэгчид ба тунадас үүсгүүрүүд комплекс-тунадас үүсгэх урвалд орж, алюминий оксидын бөөрсүүдийн гадаргууд бүтэн бүрхүүл үүсгэнэ. Халуун шахалт хийх үед энэ цөм-бүрхүүлт нунтаг зирконийн алюминий оксидын бөөрсүүдийн хилд төвлөрүүлж, бөөрсүүдийн өсөлтийг саатуулж, нунтагын цуглуулан холбогдохыг арилгана.
Холимог хийх дараа, сайн урсгалын чанартай бөөрсүүдийг олохын тулд цачин түрхлүүрт хушааргаж бөөрсүүдийг хийх шаардлагатай. Холбогчийн төрөл ба тоо хэмжээ нарийн хяналтанд байх ёстой.
2. Шахалт хэлбэрлүүр
Сул цэрэмик нунтагыг анхны хүч хангалттай, дотоод нэдүүлэлт төмөрлүүлж идэвхтэй хэлбэрлүүрт хувиргах нь хэлбэрлүүрт хийх процессын үндсэн зорилго юм. Цэрэмик суурин бүтээдүүдийн хувьд үйлдвэрлэлд гол төлөөний хоёр зам ашигладаг: хөрвүүлэгч ашиглан (нэг түлхүүрт эсвэл хоёр түлхүүрт) шахалт хэлбэрлүүр ба хөрвүүлэгч дээрх зуурхай шингэн слойг тавих таапа хаях.
Даралтанд хуурай шахалт нь харьцангуй хялбар хэлбэртэй, гэтэд нь хэмжээний нарийн тодорхойлолт ба механик шинж чанаруудын өндөр шаардлагатай бүтээдүүдэд ихэвчлэн тохиромжтой. Хамгийн их хөнгөвчлөлт нь шахалтын үед цагаан бие дотроо нягтын зөрүү үүсэхийг саакхуулах явдал юм. Изостатик шахалт, даралтыг дамжуулан үйлчилж буй шингэн ашиглан, бүх талаас ижил даралт үйлчилж, түүн доторх төрөлхийн бөөрсүүд тэнцвэрт хүчнүүдийн үйлчлэлд орж, өндөр нягт, жижиг хавтгай, тун сайн орон зүйн нягтруулалттай цагаан бие үүсгэдүү. Алюминий оксид суурьт керамикас дотроо ижил даралт үйлчилж, том хэмжээт биед дэлдүүрлэлтийн гэмтлийг хүчтэй дарахад тусалдүү.
Тэйп хаялт нь том хэмжээт, зүүн цөөн керамик дэдхавтгайг үйлдвэрлэхдээ үл харьцуулж болох давуу талуудыг харуулдаг. Энэ процессын ерөнхий дараалал нь: тохирох реологи шинж чанартай керамик соргохойг хөдөлгөөнт дамжууралаар зүүн давхарга бүтээх, дараа нь түүний гадаргууг түшүүрлэх, уусгагчийн ууршилт ба хатаж хатуурч, хэмжээд нь тааруулах, олон давхарга хурдатгах, тогтмол температурт төвхнүүрлэн ижилхэн даралт үзүүрлэх замаар хөвсгөн хавтгайг үйлдвэрлэх. Энэ процессын тусламжтайгаар давхаргын зүүн хэмжээг хялбархан хянах боломжтой бөгөөд түүн дотор зүүн хэмжээтнээс дунд хэмжээтнүүр хүртэлх өргөн хүрээ оршдог, үүн нь өндөр нягтран багцлахад шаардуулдаг том зүүн хавтгайнуудын үйлдвэрлэлд тун тохиромжтой. Бүх процессын турш соргохойн реологи шинж чанар нь давхаргын чанарыг ихэд нөлөөлдөг бөгөөд түүнийг тохирох хязгаарт хадгалах шаардлагатай. Гэтэл зүүн давхарга уусгагчийн арилгалтын үед орчин нөхцлүүдэд маш мөрдөм бөлгөөн үзүүрлэндөг. Хэрэв гадаргуу хурдан хатах бөлгөөн үзүүрлэндөг бол, гадаргуу дээр хаалттайн цагаан зузаан үүсдөг, уусгагчийн дотоод хэсгээс арилгалтыг үзүүрлэндөг, үүн нь гадаргуу дээр нүүрлэлт үүсгэх бөгөөд дотоод гомдлууд үүсгэх бөлгөөн үзүүрлэндөг. Циркони-батжүүлсэн системүүдийн хувьд сушуулын горимыг нарийн хянах нь түүний өндөр гадаргуу талбай ба гадаргуу идэвхит бөлгөөн үзүүрлэндөг, микротрещины тархалт үүсгэх аюул өсдөг. Алумини-циркони холимог систем нь соргохойн тогтвортой байдлын хувьд илүү хатуу шаардлага тавидог, тэйп хаялтын процессын цонхыг нарийн хийдөг.
3. Синтерлэх
ЗТА керамиксийн микроструктурыг бүрдүүлэх ба түүний гадаад чадварыг бүртгэх үе — синтерлэх үе юм. Энэ процессын гурван үндсэн зорилго: бүтэн нягтжих, хэт төвөнхөн ургалтыг үр дүнтэй дарах, аюулгүй тетрагональ циркони (t-ZrO₂) фазыг өрөөн температурт хадгалах.
Синтерлүүр нэмэлтүүдийн сонголт хувиргагч температурыг бууруулах, грануларын томрохыг хязгаарлах газар хүртэл үүрэг гүйцэтгэнэ. ZTA системд тодорхой нэмэлтүүд цирконийн фазын хувиргалтын үйл явцад мөн хүчтэй нөлөөлөнө. Жишээ нь, итрий оксид (Y₂O₃) цирконийн решёткад уусаж, хүчилтөрөгч дутмагшлыг үүсгэж, хөхрүүлэх үед тетрагональ фазын бүтцийн тогтвортой байдлыг сайжруулж. Нарийн хоорондын бөөмүүдийн хоорондын материян зөөлтүүдийг каталитик аргаар хурдасгаж, нягтсүүрлүүрлүүн болон эцсийн механик шинж чанаруудыг сайжруулж. Гэтэл нэг нэмэлтүүдийн тулд тулгуурлан ажиллах нь бүх шаардлагыг хангахгүй. Үйлдвэрлэлд олон компонентт нэмэлтүүдийн систем ашиглаж, түүний нарийн бүрдэл ба нэмэлтүүдийн хэмжээ нь суурь найрлалын онцлогууд ба технологийн нөхцлүүд дээр үндэслэн оптимизацийн дүрэмд захирагдаж, фазын хувиргалтын температурт хяналт тавих ба хүчтүүрлүүн үр дүнд хамгийн тохиромжтой тааруулалт олж.
Температурин профилийн хувьд, нуруулан шахаж бүтээх үед ихэвчлэн алхам алхам халуунд хүртүл тодорхой хугацаанд тогтмол температурт барьж, дараа нь хөхрүүлдэг. Шахалт ба хоосон огторгуйн арилгалт нуруулан шахаж бүтээхийн сүүлийн үед нарийн температурин цонхонд үүрдүлдэг. Харамсалт нь, тэр цонхонд зөвхөн гранул хилын идэвхтэй шилжилт явдаг, ялгаатай гранул хэмжээний туршлагад хүргүүлдэг. Түүнээс илүү гранул хэмжээний нэмэгдэл нь бүтээдийн дүүрэн хийг хөөж, циркониа хэсгүүдийн хил шилжилтийг барих нөлөөг сулруудаг, мөн тетрагональ фазын түрхүүн төлөвийн нүүрлүүлдэг, моноклин фаз рүү шилжилтдүлдэг. Энэхүү хүнд бүтээдийн асуудлыг шийдвэрлэхүүн, сүүлийн үед хоёр алхамт нуруулан шахаж бүтээх, халуун шахаж бүтээх (механик даралт үүрдүлдэг), спарк плазма нуруулан шахаж бүтээх (плазма идэвхжүүлэх нөлөөнд суурилдаг) зэрэг шинэ арга техникүүд хөгжүүлдэг. Түүнээс гадна, халуунд хүртүл ба хөхрүүлдэг хурдны ач холбогдолыг үл тоомсорлох нь болой. Илүү хурдан температурин өөрчлөлт нь бүтээдийн трещин үүсгэж, үлдэгдэл хүч үүсгэж, бүтэцний бүтэн бүтэлзүүн ба ашиглалтын найдвартай байдлыг муудуулдэг.
Дүгнэлт
ZTA керамик субстратны гүйцэтгэлийг ихээхэн сайжруулах нь үндсэндээ материалын дотоод микро бүтцийн нарийвчилсан хос хяналтаас хамаарна: өндөр түвшинд "нэг зэрэглэл" олж авах, "фаз өөрчлөлтийн зан үйлийг нарийвчилсан удирдах". Бүхий л үйлдвэрлэлийн зангилаагааран эхэн үе шат дахь хог хаягдлын шинж чанарыг үр дүнтэй удирдах, хэлбэрлэх үед нэг адил нягт ногоон биеийг олж авах, эцсийн сэнтерлэх үе шат дахь мета тогтвортой үе шаттай амжилттай хадгалах хүртэлажмал бүр нь ци Зөвхөн эдгээр үйл явцын шатанд нөлөөлөх гол хүчин зүйлсийг системтэй тодорхойлж, хамтын ажиллагааны аргаар сайжруулах замаар ZTA керамик нь дулааны удирдлагыг сайн хадгалан, хатууруулах боломжийг бүрэн ашиглах боломжтой. Энэ нь өндөр даралт, өндөр хүчин чадалтай хэрэглээний нөхцөлд урт хугацааны тогтвортой үйл ажиллагаа, үйлчилгээний удаан эдэлгээний хатуу шаардлагыг хангах боломжийг олгодог бөгөөд улмаар дараагийн үеийн хүчин чадалтай электроник модулиудын инженерчлэлийн дэвшилтэд илүү бат бөх материалын үндэс суурийг тавьдаг
EN
