SiC सिरेमिक की तैयारी प्रक्रिया

सिलिकॉन कार्बाइड सिरेमिकसंरचनात्मक सिरेमिक में सबसे व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली सामग्रियों में से एक हैं। उनके अपेक्षाकृत कम तापीय विस्तार, उच्च विशिष्ट शक्ति, उच्च तापीय चालकता और कठोरता, पहनने के प्रतिरोध और संक्षारण प्रतिरोध के कारण, और सबसे महत्वपूर्ण बात, 1650 डिग्री सेल्सियस तक के तापमान पर भी अच्छा प्रदर्शन बनाए रखने की उनकी क्षमता के कारण, सिलिकॉन कार्बाइड सिरेमिक का व्यापक रूप से विभिन्न क्षेत्रों में उपयोग किया जाता है।

सिलिकॉन कार्बाइड सिरेमिक के लिए सामान्य सिंटरिंग विधियों में शामिल हैं: दबाव रहित सिंटरिंग, प्रतिक्रिया सिंटरिंग, और पुन: क्रिस्टलीकरण सिंटरिंग।

1. प्रतिक्रिया-सिंटेड SiC(RBSiC)

रिएक्शन सिंटरिंग में कार्बन स्रोत को सिलिकॉन कार्बाइड पाउडर के साथ मिलाना, एक कॉम्पैक्ट बनाना और फिर तरल सिलिकॉन को उच्च तापमान पर कॉम्पैक्ट में घुसपैठ करने की अनुमति देना और कार्बन के साथ प्रतिक्रिया करके β-SiC बनाना शामिल है, जिससे घनत्व प्राप्त होता है। यह लगभग-शून्य संकोचन प्रदर्शित करता है, जो इसे बड़े और जटिल भागों के लिए उपयुक्त बनाता है। इसमें कम सिंटरिंग तापमान और कम लागत भी है, लेकिन मुफ्त सिलिकॉन उच्च तापमान प्रदर्शन को कम कर सकता है।

रिएक्शन-सिन्डर्ड SiC उच्च शक्ति, संक्षारण प्रतिरोध और ऑक्सीकरण प्रतिरोध जैसे उत्कृष्ट यांत्रिक गुणों वाला एक अत्यधिक आकर्षक संरचनात्मक सिरेमिक है। इसके अलावा, इसमें कम सिंटरिंग तापमान, कम सिंटरिंग लागत और निकट-जाल-आकार बनाने की विशेषताएं हैं।

प्रतिक्रिया सिंटरिंग प्रक्रिया सरल है। इसमें हरे शरीर को तैयार करने के लिए कार्बन स्रोत और SiC पाउडर को मिलाना शामिल है, फिर, उच्च तापमान केशिका बल के तहत, छिद्रित हरे शरीर में पिघला हुआ सिलिकॉन घुसपैठ करना शामिल है। यह पिघला हुआ सिलिकॉन हरे शरीर के अंदर कार्बन स्रोत के साथ प्रतिक्रिया करके β-SiC चरण बनाता है, जो एक साथ मूल α-SiC के साथ कसकर बंध जाता है। शेष छिद्र पिघले हुए सिलिकॉन से भरे होते हैं, जिससे सिरेमिक सामग्री का घनत्व प्राप्त होता है। सिंटरिंग के दौरान, आकार कम हो जाता है, जिससे लगभग-नेट-आकार का निर्माण होता है, जिससे आवश्यकतानुसार जटिल आकृतियों के निर्माण की अनुमति मिलती है। इसलिए, विभिन्न सिरेमिक उत्पादों के औद्योगिक उत्पादन में इसका व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।

अनुप्रयोगों के संदर्भ में, उच्च तापमान भट्ठी फर्नीचर सामग्री, रेडियंट ट्यूब, हीट एक्सचेंजर्स, और डिसल्फराइजेशन नोजल प्रतिक्रिया-सिन्डर्ड सिलिकॉन कार्बाइड सिरेमिक के विशिष्ट अनुप्रयोग हैं। इसके अलावा, सिलिकॉन कार्बाइड के थर्मल विस्तार के कम गुणांक, उच्च लोचदार मापांक और निकट-जाल-आकार बनाने की विशेषताओं के कारण, प्रतिक्रिया-सिन्डर्ड सिलिकॉन कार्बाइड भी अंतरिक्ष दर्पण के लिए एक आदर्श सामग्री है। इसके अलावा, वेफर आकार और ताप उपचार तापमान में वृद्धि के साथ, प्रतिक्रिया-सिन्डर्ड सिलिकॉन कार्बाइड धीरे-धीरे क्वार्ट्ज ग्लास की जगह ले रहा है। आंशिक सिलिकॉन चरण वाले उच्च शुद्धता वाले सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) घटकों को उच्च शुद्धता वाले सिलिकॉन कार्बाइड पाउडर और उच्च शुद्धता वाले सिलिकॉन का उपयोग करके उत्पादित किया जा सकता है। इन घटकों का व्यापक रूप से इलेक्ट्रॉन ट्यूब और सेमीकंडक्टर वेफर विनिर्माण उपकरण के लिए समर्थन फिक्स्चर में उपयोग किया जाता है।

2. दबावरहित-सिंटेड SiC(SSiC)

दबाव रहित सिंटरिंग को ठोस-चरण और तरल-चरण सिंटरिंग में विभाजित किया गया है: ठोस-चरण सिंटरिंग, बी/सी एडिटिव्स के साथ, उच्च तापमान पर ठोस-चरण प्रसार घनत्व प्राप्त करता है, जिसके परिणामस्वरूप उच्च तापमान पर अच्छा प्रदर्शन होता है लेकिन अनाज मोटा हो जाता है। तरल-चरण सिंटरिंग में तरल चरण बनाने के लिए Al2O3-Y2O3 जैसे एडिटिव्स का उपयोग किया जाता है, जिससे तापमान कम हो जाता है, जिसके परिणामस्वरूप बारीक दाने और उच्च कठोरता होती है। यह तकनीक कम लागत वाली है, विभिन्न आकारों के लिए अनुमति देती है, और सीलिंग रिंग, बीयरिंग और बुलेटप्रूफ कवच जैसे सटीक संरचनात्मक घटकों के लिए उपयुक्त है।

दबाव रहित सिंटरिंग को SiC के लिए सबसे आशाजनक सिंटरिंग विधि माना जाता है। यह विधि विभिन्न गठन प्रक्रियाओं के लिए अनुकूल है, इसमें उत्पादन लागत कम है, आकार या आकार तक सीमित नहीं है, और बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए सबसे आम और आसान सिंटरिंग विधि है।

दबाव रहित सिंटरिंग में 98% सैद्धांतिक घनत्व के साथ एक सिलिकॉन कार्बाइड सिंटर बॉडी प्राप्त करने के लिए निष्क्रिय वातावरण में लगभग 2000 ℃ पर ऑक्सीजन की थोड़ी मात्रा वाले β-SiC में बोरान और कार्बन जोड़ना और सिंटरिंग शामिल है। इस विधि में आम तौर पर दो दृष्टिकोण होते हैं: ठोस-अवस्था सिंटरिंग और तरल-अवस्था सिंटरिंग। दबाव रहित ठोस-अवस्था वाले सिंटर्ड सिलिकॉन कार्बाइड उच्च घनत्व और शुद्धता प्रदर्शित करता है, और विशेष रूप से, इसमें अद्वितीय उच्च तापीय चालकता और उत्कृष्ट उच्च तापमान शक्ति होती है, जिससे बड़े आकार और जटिल आकार के सिरेमिक उपकरणों में प्रक्रिया करना आसान हो जाता है।

दबाव रहित सिन्टरयुक्त सिलिकॉन कार्बाइड उत्पाद: (ए) सिरेमिक सील; (बी) सिरेमिक बीयरिंग; (सी) बुलेटप्रूफ प्लेटें

अनुप्रयोगों के संदर्भ में, SiC की दबाव रहित सिंटरिंग संचालित करना आसान है, मध्यम लागत प्रभावी है, और विभिन्न आकृतियों के सिरेमिक भागों के बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए उपयुक्त है। इसका व्यापक रूप से पहनने-प्रतिरोधी और संक्षारण-प्रतिरोधी सीलिंग रिंग, स्लाइडिंग बीयरिंग आदि में उपयोग किया जाता है। इसके अलावा, दबाव रहित सिंटर्ड सिलिकॉन कार्बाइड सिरेमिक का व्यापक रूप से बुलेटप्रूफ कवच में उपयोग किया जाता है, जैसे कि वाहन और जहाज सुरक्षा के साथ-साथ नागरिक तिजोरियों और बख्तरबंद ट्रकों के लिए, उनकी उच्च कठोरता, कम विशिष्ट गुरुत्व, अच्छा बैलिस्टिक प्रदर्शन, टूटने के बाद अधिक ऊर्जा को अवशोषित करने की क्षमता और कम लागत के कारण। बुलेटप्रूफ कवच सामग्री के रूप में, यह कई प्रभावों के लिए उत्कृष्ट प्रतिरोध प्रदर्शित करता है, और इसका समग्र सुरक्षात्मक प्रभाव साधारण सिलिकॉन कार्बाइड सिरेमिक से बेहतर है। जब हल्के बेलनाकार सिरेमिक सुरक्षात्मक कवच में उपयोग किया जाता है, तो इसका फ्रैक्चर बिंदु 65 टन से अधिक तक पहुंच सकता है, जो साधारण सिलिकॉन कार्बाइड सिरेमिक का उपयोग करके बेलनाकार सिरेमिक सुरक्षात्मक कवच की तुलना में काफी बेहतर सुरक्षात्मक प्रदर्शन प्रदर्शित करता है।

3. पुनर्क्रिस्टलीकृत सिन्जेड SiC सिरेमिक (R-SiC)

पुनर्क्रिस्टलीकरण सिंटरिंग में वर्गीकृत मोटे और महीन SiC कण और उच्च तापमान उपचार शामिल है। बारीक कण वाष्पित हो जाते हैं और मोटे कणों की गर्दन पर संघनित हो जाते हैं, जिससे अनाज सीमा अशुद्धियों के बिना एक ब्रिजिंग संरचना बन जाती है। उत्पाद में 10-20% की सरंध्रता, अच्छी तापीय चालकता और तापीय आघात प्रतिरोध है, लेकिन कम ताकत है। इसमें कोई आयतन संकोचन नहीं है और यह झरझरा भट्ठी फर्नीचर आदि के लिए उपयुक्त है।

पुनर्क्रिस्टलीकरण सिंटरिंग तकनीक ने व्यापक ध्यान आकर्षित किया है क्योंकि इसमें सिंटरिंग सहायता जोड़ने की आवश्यकता नहीं होती है। अति-उच्च शुद्धता, बड़े पैमाने पर SiC सिरेमिक उपकरणों को तैयार करने के लिए पुनर्क्रिस्टलीकरण सिंटरिंग सबसे आम तरीका है। पुनर्क्रिस्टलीकृत सिंटरयुक्त SiC सिरेमिक (R-SiC) की तैयारी प्रक्रिया इस प्रकार है: विभिन्न कण आकारों के मोटे और महीन SiC पाउडर को एक निश्चित अनुपात में मिलाया जाता है और स्लिप कास्टिंग, मोल्डिंग और एक्सट्रूज़न जैसी प्रक्रियाओं के माध्यम से हरे रिक्त स्थान में तैयार किया जाता है। फिर, हरे रिक्त स्थान को निष्क्रिय वातावरण के तहत 2200 ~ 2450 ℃ के उच्च तापमान पर पकाया जाता है। अंत में, बारीक कण धीरे-धीरे गैस चरण में वाष्पित हो जाते हैं और मोटे कणों के साथ संपर्क बिंदुओं पर संघनित हो जाते हैं, जिससे आर-सीआईसी सिरेमिक बनता है।

R-SiC उच्च तापमान पर बनता है और इसकी कठोरता हीरे के बाद दूसरे स्थान पर होती है। यह SiC के कई उत्कृष्ट गुणों को बरकरार रखता है, जैसे उच्च उच्च तापमान ताकत, मजबूत संक्षारण प्रतिरोध, उत्कृष्ट ऑक्सीकरण प्रतिरोध और अच्छा थर्मल शॉक प्रतिरोध। इसलिए, यह उच्च तापमान वाले भट्ठी फर्नीचर, हीट एक्सचेंजर्स, या दहन नोजल के लिए एक आदर्श उम्मीदवार सामग्री है। एयरोस्पेस और सैन्य क्षेत्रों में, पुन: क्रिस्टलीकृत सिलिकॉन कार्बाइड का उपयोग एयरोस्पेस वाहनों के संरचनात्मक घटकों, जैसे इंजन, टेल फिन और फ्यूजलेज के निर्माण के लिए किया जाता है। अपने बेहतर यांत्रिक गुणों, संक्षारण प्रतिरोध और प्रभाव प्रतिरोध के कारण, यह एयरोस्पेस वाहनों के प्रदर्शन और सेवा जीवन में काफी सुधार कर सकता है।

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