सिलिकॉन नायट्राइडच्या विविध सिंटरिंग प्रक्रिया

सिलिकॉन नायट्राइड सेरामिक्सचे परमाणू मजबूत सहसंयोजक बंधांद्वारे एकत्र जोडले जातात, जे ही अकार्बनिक गैर-धातू सेरामिक्सला घन सिंटरिंग करणे अत्यंत कठीण करते. प्रक्रियेदरम्यान, ती १८००℃ पेक्षा जास्त तापमानाच्या वातावरणाला सहन करणे आवश्यक असते, तसेच लांब काळ दबावाचे सिंटरिंग राखणे आवश्यक असते. हे अत्यंत कठोर प्रक्रिया वातावरण हिरव्या शरीरात आतंरिक छिद्रे आणि फुटण्याच्या समस्या निर्माण करण्यास प्रवृत्त करते, ज्यामुळे साहित्याचे यांत्रिक कार्यक्षमता आणि सामान्य कार्यक्षमता विश्वसनीयता थेट कमकुवत होते. ही तयारी समस्या सोडवण्यासाठी, उद्योगाने विविध प्रकारच्या सिंटरिंग प्रक्रिया विकसित केल्या आहेत.

१. दबाव नसलेली सिंटरिंग

वातावरणीय दाबावर सिलिकॉन नायट्राइड तयार करण्याच्या प्रक्रियेत एक मुख्य विरोधाभास असतो: साहित्याची घनता वाढवण्याची प्रक्रिया आणि सिलिकॉन नायट्राइडची उच्च तापमानावरील विघटन प्रतिक्रिया यांच्यात स्पर्धा होते. ही समस्या मॅग्नेशियम-आधारित घटकांच्या संरचना प्रणालीत अधिक लक्षणीय होते. वातावरणीय परिस्थितीत ग्रीन बॉडीची घनता वाढवण्यासाठी उद्योग यट्रियम ऑक्साईड आणि मॅग्नेशियम ऑक्साईड यांचे संयुक्त वापर करतो किंवा यट्रियम ऑक्साईड, अॅल्युमिनियम ऑक्साईड आणि अॅल्युमिनियम नायट्राइड यांचे संयुक्त वापर करतो, ज्यामुळे सिलिकॉन नायट्राइड तयार होते. व्यापक तपासणीनंतर, यट्रियम ऑक्साईड + अॅल्युमिनियम ऑक्साईड आणि यट्रियम ऑक्साईड + मॅग्नेशियम ऑक्साईड या दोन संरचना बाजारात मुख्य पर्याय म्हणून स्थापित झाल्या आहेत. ही प्रक्रिया अद्याप विशिष्ट संयुग क्षेत्रांमध्ये व्यापकपणे वापरली गेलेली नाही. तथापि, जोपर्यंत योग्य प्रक्रिया तंत्रज्ञान आणि अविनाशी चाचण्या यांचा वापर करून आतंरिक दोषांचे निराकरण केले जाते, तोपर्यंत वातावरणीय दाबावर सिंटर केलेल्या सिलिकॉन नायट्राइड घटकांचा उच्च विश्वसनीयता असलेल्या उपकरणांच्या सहाय्यक भागांसाठी वापर करता येतो.

२. प्रतिक्रिया सिंटरिंग (RBSN)

रंध्रयुक्त प्रतिक्रिया-सिंटर केलेल्या सिलिकॉन नायट्राइडचे उत्पादन सूक्ष्म जमिनीवर घातलेल्या सिलिकॉन पावडरपासून दबावाच्या उपचारानंतर सिरॅमिक ब्लँक्सच्या तयारीपासून सुरू होते. ब्लँक्स नायट्रोजन किंवा अॅमोनिया वातावरणात ठेवले जातात आणि १००० - १४५०°सेल्सिअस तापमानाच्या श्रेणीत सातत्याने गरम केले जातात. या प्रक्रियेदरम्यान, सिलिकॉन पावडरवर नायट्राइडीकरण प्रतिक्रिया होते, ज्यामुळे α-Si3N4 आणि β-Si3N4 यांच्या मिश्र क्रिस्टल फेजची निर्मिती होते. ही नायट्राइडीकरण प्रक्रिया सुमारे २२% आकारमान वाढ घडवून आणते, परंतु ब्लँकच्या कणांमधील रिकामी जागा ही वाढ थांबवू शकते. सिंटरिंग प्रक्रियेदरम्यान, ब्लँकचा आकार जवळजवळ कोणतीही संकुचन विकृती अनुभवत नाही. या स्थिर आकारमान राखण्याच्या वैशिष्ट्यामुळे, ही प्रक्रिया विशेष आकाराच्या सिरॅमिक ब्लॉक्स, विशेष आकाराच्या बुशिंग्स आणि इंटरवर्टिब्रल स्पेसर्सच्या पायाच्या निर्मितीसाठी अत्यंत योग्य आहे. सिंटरिंगनंतर, हीरा साधनांच्या कोणत्याही अतिरिक्त यांत्रिक कार्याची आवश्यकता नसते आणि त्यात मोठ्या प्रमाणात खर्चाचे फायदे असतात. जरी तयार उत्पादनाची रंध्रता २०% - ३०% इतकी राहिली तरीही, हे घटक अद्वितीय यांत्रिक गुणधर्म राखतात, ज्यामध्ये वाकण सामर्थ्य ३५० एमपीएपर्यंत असते.

३. गरम दबावात जोडणे (एचपी)

उष्ण-दाबन सिंटरिंग प्रक्रिया जो कोणतेही अॅडिटिव्ह्स घालून नसल्यास सिलिकॉन नायट्राइड प्रीफॉर्मला घनत्वित करू शकत नाही. म्हणून, मॅग्नेशियम ऑक्साईड आणि मॅग्नेशियम नायट्राइड अशा मॅग्नेशियम-आधारित साहाय्यकांचे मिश्रण पावडर प्रणालीत मिसळले जाते. अॅडिटिव्ह्सचे इष्टतम प्रमाण ३.३ ते ५.० वजन % या श्रेणीत नियंत्रित करणे श्रेयस्कर आहे. प्रक्रियेदरम्यान, प्रीफॉर्मवर २३ एमपीए या यांत्रिक दाबाचे आवेशन केले जाते आणि सिंटरिंग तापमान १८००±५०℃ वर सेट केले जाते, ज्यामध्ये ४ ते १८ मिनिटांचा धारण कालावधी असतो. ही प्रक्रिया ९९.९% पेक्षा जास्त सापेक्ष घनत्व असलेल्या घन प्रारूपाच्या सिरॅमिक भागांचे उत्पादन करू शकते, तसेच तयार उत्पादनाची वाकलेली ताकद ६९०±२० एमपीए पर्यंत पोहोचू शकते. त्याच्या अत्यंत उच्च घनत्वामुळे, उष्ण-दाबन सिंटरिंग प्रक्रिया सिलिकॉन नायट्राइड बेअरिंग्ज, सिलिकॉन नायट्राइड सिरॅमिक रॉड्स आणि सिलिकॉन नायट्राइड घर्षण प्रतिरोधक बॉल्स अशा कठोर यांत्रिक कामगिरीच्या आवश्यकता असलेल्या उत्पादनांच्या निर्मितीसाठी वापरली जाऊ शकते. हे उपाय औद्योगिकीकरणातही अंमलात आणले गेले आहे.

४. वायूदाब गोळा करणे (जीपीएस)

दाब सिंटरिंग प्रक्रियेचे मुख्य कार्य हे उच्च-तापमान सिंटरिंग दरम्यान सिलिकॉन नायट्राइडच्या सहज विघटनाच्या उद्योगातील समस्येचे निराकरण करणे आहे. ही प्रक्रिया सिंटरिंग कक्षात उच्च-दाब नायट्रोजन वायू ओतून, एक उच्च-दाब संरक्षक वातावरण निर्माण करून हे साध्य करते, जे प्रभावीपणे सिलिकॉन नायट्राइडच्या उच्च-तापमान विघटन प्रतिक्रियेला उलटे करते आणि तिचे नियंत्रण करते, ज्यामुळे उच्च-तापमान घनीकरण प्रक्रियेदरम्यान प्रीफॉर्मची संरचनात्मक अखंडता आणि स्थिर कार्यक्षमता सुनिश्चित होते. उत्कृष्ट घनीकरण प्रभाव आणि साहित्य स्थिरता असल्यामुळे, दाब सिंटरिंग प्रक्रिया मोठ्या प्रमाणात उच्च-तापमान प्रतिरोधक सिलिकॉन नायट्राइड क्रूसिबल्स आणि लांब-ट्यूब सिलिकॉन नायट्राइड सिरॅमिक ट्यूब्स, तसेच इतर उच्च-परिशुद्धता आणि उच्च-तापमान प्रतिरोधक संरचनात्मक घटक तयार करू शकते. या प्रक्रियेने तयार केलेल्या सिलिकॉन नायट्राइड उत्पादनांची सर्वसामान्य कार्यक्षमता मुख्यधारा सिंटरिंग प्रक्रियांद्वारे तयार केलेल्या उत्पादनांशी अत्यंत समान असते आणि त्यांची संपूर्ण कार्यक्षमता उत्कृष्ट असते, ज्यामुळे त्यांना व्यापारिक अनुप्रयोगांसाठी विस्तृत शक्यता निर्माण होतात.

५. सिंटरिंग प्रतिक्रिया सिलिकॉन नायट्राइड (एसआरबीएसएन) सह जोडलेली

हिरव्या शरीरांच्या सिंटरिंग वर्तनाचे सुधारण्यासाठी, अल्युमिना, सिलिका आणि कॅल्शियम ऑक्साईड हे सहाय्यक सिंटरिंग घटक सिलिकॉन पावडर कच्च्या मालात मिसळले जातात. संपूर्ण तयारी प्रक्रिया दोन तापन टप्प्यांमध्ये विभागली गेली आहे. प्रथम, हायड्रोजन किंवा आर्गॉन आणि नायट्रोजन यांच्या वातावरणात १४००°सेल्सिअस तापमानावर दीर्घकाळ चालणारी नायट्रायडेशन प्रतिक्रिया केली जाते, ज्याचा कालावधी १५० ते ३०० तास असतो. नायट्रायडेशन पूर्ण झाल्यानंतर, ते उच्च-दाब सिंटरिंग वातावरणात स्थानांतरित केले जाते, जिथे ते १७०० ते १९५०°सेल्सिअस तापमानावर १ ते २ तास ठेवले जाते. या वातावरणातील नायट्रोजन वायूचा दाब ०.२१ ते २.१ एमपीए या श्रेणीत समायोजित केला जातो. या प्रक्रियेद्वारे, हिरव्या शरीरांची घनता सैद्धांतिक घनतेच्या ८६% पेक्षा जास्त होऊ शकते. जर सिंटरिंग कक्षातील नायट्रोजन वायूचा दाब आणखी वाढवून १० एमपीए पेक्षा जास्त केला गेला, तर हिरव्या शरीरांची घनता सैद्धांतिक मूल्याच्या ९८% पर्यंत वाढू शकते आणि घटकांची वाकण सामर्थ्यही ७५० एमपीए पर्यंत पोहोचू शकते. चांगल्या आकारमान अचूकतेसह आणि नियंत्रित करता येणाऱ्या प्रक्रिया खर्चासह, ही प्रक्रिया भारी वापरासाठीच्या सिलिकॉन नायट्रायड सिरॅमिक रिंग्ज आणि मोठ्या आकाराच्या सिलिकॉन नायट्रायड सिरॅमिक प्लेट्स तयार करण्यासाठी वापरली जाऊ शकते. घनता सुधारण्यानंतर, या घटकांच्या भौतिक आणि यांत्रिक गुणधर्मांनी बाजारात उपलब्ध उच्च-कार्यक्षमता असलेल्या सिलिकॉन नायट्रायड सिंटर्ड भागांच्या कामगिरीशी तुलना करण्यासारखी क्षमता प्राप्त केली आहे.

६. डिस्चार्ज प्लाझमा सिंटरिंग (एसपीएस)

डिस्चार्ज प्लाझमा सिंटरिंग प्रक्रिया ही पावडर कॉम्पॅक्टवर पल्स करंटच्या थेट कृतीवर आधारित आहे आणि कॉम्पॅक्टचे तापमान वेगाने वाढवण्यासाठी रेझिस्टन्स हीटिंगचा वापर करते. यामुळे दीर्घकाळ उच्च तापमानावर ठेवण्याची आवश्यकता न भासता घन घनीभवन साधले जाऊ शकते. हा अल्पकालीन उच्च तापमान प्रक्रिया पद्धतीमुळे क्रिस्टल धान्यांच्या सतत वाढीला आळा घालता येतो, असामान्य प्रावस्था रूपांतरणांपासून टाळले जाते, साहित्याची सूक्ष्म क्रिस्टलीय रचना टिकवून ठेवली जाते आणि घटकांना अधिक उत्कृष्ट यांत्रिक गुणधर्म प्राप्त करण्यास सक्षम केले जाते. ही प्रक्रिया अत्यंत पातळ सिलिकॉन नायट्राइड सेरॅमिक शीट्स आणि लहान सिलिकॉन नायट्राइड पोजिशनिंग पिन्स सारख्या अत्यंत अचूक लहान घटकांच्या प्रक्रियेसाठी योग्य आहे. पारंपारिक सिंटरिंग पद्धतींच्या तुलनेत, संपूर्ण प्रक्रिया कमी वेळेत पूर्ण होते, प्रक्रियेचा ताल वेगवान असतो आणि सिलिकॉन नायट्राइड घटकांच्या संपूर्ण प्रक्रिया चक्राचा कालावधी मोठ्या प्रमाणात कमी करता येतो.