အဆင့်မြင့်ဖွဲ့စည်းတည်ဆောက်ပုံ ကြွေထည်များအဖြစ် စီလီကွန်နိုက်ထရိတ် (Si₃N₄) ကြွေထည်များသည် အပူချိန်မြင့်မားခြင်း၊ ခိုင်ခံ့မှုမြင့်မားခြင်း၊ မာကျောခြင်း၊ မြင့်မားသော မာကျောခြင်း၊ ပုတ်ခြင်းခံနိုင်ရည်၊ ဓာတ်တိုးဆန့်ကျင်မှုနှင့် ခံနိုင်ရည်ရှိခြင်းစသည့် အထူးကောင်းမွန်သော ဂုဏ်သတ္တိများရှိသည်။ ထို့အပြင်၊ ၎င်းတို့သည် ကောင်းမွန်သော အပူဒဏ်ခံနိုင်ရည်၊ dielectric ဂုဏ်သတ္တိများ၊ မြင့်မားသော အပူစီးကူးမှုနှင့် ကြိမ်နှုန်းမြင့်မားသော လျှပ်စစ်သံလိုက်လှိုင်း ထုတ်လွှင့်မှုစွမ်းဆောင်ရည်တို့ကို ပေးစွမ်းသည်။ ဤထူးခြားသောပြည့်စုံသောဂုဏ်သတ္တိများသည် အထူးသဖြင့် အာကာသယာဉ်နှင့် အခြားနည်းပညာမြင့်နယ်ပယ်များတွင် ရှုပ်ထွေးသောဖွဲ့စည်းပုံဆိုင်ရာအစိတ်အပိုင်းများတွင် တွင်ကျယ်စွာအသုံးပြုစေသည်။
သို့သော်၊ Si₃N₄၊ ခိုင်မာသော covalent နှောင်ကြိုးများပါရှိသော ဒြပ်ပေါင်းတစ်ခုဖြစ်သည့် ခိုင်မာသောဖွဲ့စည်းပုံသည် အစိုင်အခဲ-စတိတ်ပျံ့နှံ့မှုတစ်ခုတည်းဖြင့် sintering ကို မြင့်မားသောသိပ်သည်းဆသို့ခက်ခဲစေသည်။ သတ္တုအောက်ဆိုဒ်များ (MgO၊ CaO၊ Al₂O₃) နှင့် ရှားပါးမြေအောက်ဆိုဒ်များ (Yb₂O₃၊ Y₂O₃၊ Lu₂O₃၊ CeO₃) ကဲ့သို့သော သတ္တုအောက်ဆိုဒ်များ (MgO၊ CaO၊ Al₂O₃) နှင့် ရှားပါးမြေအောက်ဆိုဒ်များ (Yb₂O₃၊ Y₂O₃၊ Lu₂O₃၊ CeO₂) ကို ပေါင်းစပ်ထည့်သွင်းထားပါသည်။
လက်ရှိတွင်၊ ကမ္ဘာလုံးဆိုင်ရာ တစ်ပိုင်းလျှပ်ကူးကိရိယာနည်းပညာသည် မြင့်မားသောဗို့အားများ၊ ပိုကြီးသော လျှပ်စီးကြောင်းများနှင့် ပါဝါသိပ်သည်းဆများဆီသို့ ဦးတည်နေသည်။ Si₃N₄ ကြွေထည်ပြုလုပ်ခြင်းအတွက် နည်းလမ်းများကို သုတေသနပြုခြင်းသည် ကျယ်ပြန့်ပါသည်။ ဤဆောင်းပါးသည် ဆီလီကွန်နိုက်ထရိတ် ကြွေထည်ပစ္စည်းများ၏ သိပ်သည်းဆနှင့် ပြည့်စုံသော စက်ပိုင်းဆိုင်ရာ ဂုဏ်သတ္တိများကို ထိရောက်စွာ မြှင့်တင်ပေးသည့် sintering လုပ်ငန်းစဉ်များကို မိတ်ဆက်ပေးပါသည်။
Si₃N₄ Ceramics အတွက် အသုံးများသော Sintering Methods
မတူညီသော Sintering နည်းလမ်းများဖြင့် ပြင်ဆင်ထားသော Si₃N₄ ကြွေထည်များအတွက် စွမ်းဆောင်ရည် နှိုင်းယှဉ်ချက်
1. Reactive Sintering (RS):Reactive sintering သည် Si₃N₄ ကြွေထည်ပစ္စည်းများကို စက်မှုလုပ်ငန်းတွင်အသုံးပြုသည့် ပထမဆုံးနည်းလမ်းဖြစ်သည်။ ၎င်းသည် ရိုးရှင်းပြီး ကုန်ကျစရိတ်သက်သာပြီး ရှုပ်ထွေးသောပုံစံများကို ဖန်တီးနိုင်စွမ်းရှိသည်။ သို့ရာတွင် ၎င်းသည် ရှည်လျားသော ထုတ်လုပ်မှုစက်ဝန်းရှိပြီး စက်မှုလုပ်ငန်းခွင် ထုတ်လုပ်မှုအတွက် အထောက်အကူမဖြစ်ပေ။
2. Pressureless Sintering (PLS):ဤသည်မှာ အခြေခံအကျဆုံးနှင့် ရိုးရှင်းသော sintering လုပ်ငန်းစဉ်ဖြစ်သည်။ သို့သော်၊ ၎င်းသည် အရည်အသွေးမြင့် Si₃N₄ ကုန်ကြမ်းများ လိုအပ်ပြီး သိပ်သည်းဆနည်းသော၊ သိသိသာသာ ကျုံ့သွားကာ ကွဲအက်ခြင်း သို့မဟုတ် ပုံပျက်သွားသည့် ကြွေထည်ပစ္စည်းများကို မကြာခဏ ဖြစ်ပေါ်စေပါသည်။
3. Hot-Press Sintering (HP)-uniaxial စက်ပိုင်းဆိုင်ရာဖိအားကိုအသုံးပြုခြင်းသည် sintering အတွက်မောင်းနှင်အားကိုတိုးစေပြီး၊ သိပ်သည်းသောကြွေထည်များကို ဖိအားမဲ့ sintering တွင်အသုံးပြုသည့်အရာများထက်နိမ့်သောအပူချိန် 100-200°C တွင်ထုတ်လုပ်နိုင်စေပါသည်။ ဤနည်းလမ်းကို ယေဘုယျအားဖြင့် ရိုးရှင်းသော အတုံးပုံသဏ္ဍာန်ရှိသော ကြွေထည်များ ပြုလုပ်ရာတွင် အသုံးပြုသော်လည်း အထူနှင့် ပုံသဏ္ဍာန် လိုအပ်ချက်များကို ဖြည့်ဆည်းရန် ခက်ခဲသည်။
4. Spark Plasma Sintering (SPS)-SPS သည် လျင်မြန်စွာ sintering ခြင်း၊ ကောက်နှံများကို သန့်စင်ခြင်းနှင့် လျှော့ချထားသော sintering အပူချိန်များဖြင့် ထူးခြားချက်ဖြစ်သည်။ သို့သော်လည်း SPS သည် စက်ကိရိယာများတွင် သိသာထင်ရှားသော ရင်းနှီးမြှုပ်နှံမှု လိုအပ်ပြီး SPS မှတစ်ဆင့် မြင့်မားသော အပူစီးကူးနိုင်သော Si₃N₄ ကြွေထည်ပစ္စည်းများ ပြင်ဆင်မှုမှာ စမ်းသပ်ဆဲအဆင့်တွင် ရှိနေဆဲဖြစ်ပြီး စက်မှုလုပ်ငန်း မလုပ်ဆောင်ရသေးပါ။
5. Gas-Pressure Sintering (GPS)-ဓာတ်ငွေ့ဖိအားကို အသုံးပြုခြင်းဖြင့်၊ ဤနည်းလမ်းသည် မြင့်မားသောအပူချိန်တွင် ကြွေထည်များ ပျက်စီးခြင်းနှင့် ကိုယ်အလေးချိန်ကျခြင်းကို တားဆီးပေးသည်။ သိပ်သည်းဆမြင့်သော ကြွေထည်များကို ထုတ်လုပ်ရန် ပိုမိုလွယ်ကူပြီး အသုတ်လိုက် ထုတ်လုပ်နိုင်စေပါသည်။ သို့သော်၊ အဆင့်တစ်ဆင့် ဓာတ်ငွေ့ဖိအား sintering လုပ်ငန်းစဉ်သည် တူညီသော အတွင်းပိုင်းနှင့် ပြင်ပအရောင်နှင့် ဖွဲ့စည်းတည်ဆောက်ပုံဖြင့် ဖွဲ့စည်းတည်ဆောက်ပုံဆိုင်ရာ အစိတ်အပိုင်းများကို ထုတ်လုပ်ရန် ရုန်းကန်နေရပါသည်။ အဆင့်နှစ်ဆင့် သို့မဟုတ် အဆင့်ပေါင်းများစွာ သန့်စင်ခြင်းလုပ်ငန်းစဉ်ကို အသုံးပြုခြင်းဖြင့် intergranular အောက်ဆီဂျင်ပါဝင်မှုကို သိသာထင်ရှားစွာ လျှော့ချနိုင်ပြီး အပူစီးကူးနိုင်မှုကို မြှင့်တင်ပေးပြီး အလုံးစုံဂုဏ်သတ္တိများကို မြှင့်တင်ပေးနိုင်ပါသည်။
သို့သော်၊ အဆင့်နှစ်ဆင့် ဓာတ်ငွေ့ဖိအား sintering ၏မြင့်မားသော sintering အပူချိန်သည် ယခင်သုတေသနပြုချက်တွင် Si₃N₄ ကြွေထည်အလွှာများကို အပူစီးကူးနိုင်ပြီး အခန်းအပူချိန်မြင့်မားသော ကွေးညွှတ်နိုင်မှုအပေါ် အဓိကအာရုံစိုက်ရန် ဦးဆောင်ခဲ့သည်။ ပြီးပြည့်စုံသော စက်ပိုင်းဆိုင်ရာဂုဏ်သတ္တိများနှင့် အပူချိန်မြင့်မားသော စက်ပိုင်းဆိုင်ရာဂုဏ်သတ္တိများပါရှိသော Si₃N₄ ကြွေထည်ပစ္စည်းများကို သုတေသနပြုခြင်းသည် အကန့်အသတ်ရှိသည်။
Si₃N₄ အတွက် Gas-Pressure Two-Step Sintering Method
Yang Zhou နှင့် Chongqing University of Technology မှ လုပ်ဖော်ကိုင်ဖက်များသည် 1800°C တွင် 1800°C တွင် 1800°C တွင် ဓာတ်ငွေ့ဖိအား sintering လုပ်ငန်းစဉ်များကို အသုံးပြု၍ 5 wt.% Yb₂O₃ + 5 wt.% Al₂O₃ ၏ sintering aid system ကို အသုံးပြုခဲ့သည်။ အဆင့်နှစ်ဆင့် sintering လုပ်ငန်းစဉ်မှထုတ်လုပ်သော Si₃N₄ ကြွေထည်များသည် သိပ်သည်းဆပိုမိုမြင့်မားပြီး ပိုမိုကောင်းမွန်ပြည့်စုံသော စက်ပိုင်းဆိုင်ရာဂုဏ်သတ္တိများရှိသည်။ အောက်ဖော်ပြပါသည် Si₃N₄ ကြွေထည်အစိတ်အပိုင်းများ၏ အသေးစားဖွဲ့စည်းပုံနှင့် စက်ပိုင်းဆိုင်ရာဂုဏ်သတ္တိများအပေါ် တစ်ဆင့်နှင့်နှစ်ဆင့် ဓာတ်ငွေ့ဖိအား sintering လုပ်ငန်းစဉ်များ၏ သက်ရောက်မှုများကို အကျဉ်းချုပ်ဖော်ပြပါသည်။
သိပ်သည်းဆ Si₃N₄ ၏သိပ်သည်းဆဖြစ်စဉ်တွင် ပုံမှန်အားဖြင့် အဆင့်သုံးဆင့်ပါဝင်ပြီး အဆင့်များကြား ထပ်နေပါသည်။ ပထမအဆင့်၊ အမှုန်အမွှားပြန်လည်ပြင်ဆင်ခြင်းနှင့် ဒုတိယအဆင့်၊ ပျော်ဝင်ခြင်း-မိုးရွာသွန်းမှုတို့သည် သိပ်သည်းဆအတွက် အရေးကြီးဆုံးအဆင့်များဖြစ်သည်။ ဤအဆင့်များတွင်လုံလောက်သောတုံ့ပြန်မှုအချိန်သည်နမူနာသိပ်သည်းဆကိုသိသိသာသာတိုးတက်စေသည်။ အဆင့်နှစ်ဆင့် sintering လုပ်ငန်းစဉ်အတွက် အပူချိန် 1600°C သို့ သတ်မှတ်ထားသောအခါ၊ β-Si₃N₄ အစေ့အဆန်များသည် ဘောင်တစ်ခုဖွဲ့စည်းကာ ချွေးပေါက်များပိတ်စေသည်။ ကြိုတင်သန့်စင်ပြီးနောက်၊ မြင့်မားသောအပူချိန်နှင့် နိုက်ထရိုဂျင်ဖိအားအောက်တွင် ထပ်လောင်းအပူပေးခြင်းသည် ချွေးပေါက်များကိုပိတ်စေပြီး Si₃N₄ ကြွေထည်များ၏သိပ်သည်းဆကို ပိုမိုတိုးတက်ကောင်းမွန်စေသည့် အရည်-အဆင့်စီးဆင်းမှုနှင့် အားဖြည့်မှုကို အားပေးသည်။ ထို့ကြောင့်၊ အဆင့်နှစ်ဆင့် sintering လုပ်ငန်းစဉ်မှထုတ်လုပ်သောနမူနာများသည် one-step sintering ဖြင့်ထုတ်လုပ်သောနမူနာများထက်ပိုမိုမြင့်မားသောသိပ်သည်းဆနှင့်ဆွေမျိုးသိပ်သည်းဆကိုပြသသည်။
အဆင့်နှင့် အဏုဖွဲ့စည်းပုံ အဆင့်တစ်ဆင့် သန့်စင်ခြင်းအတောအတွင်း၊ အမှုန်အမွှားပြန်လည်ပြင်ဆင်ခြင်းနှင့် စပါးနယ်နိမိတ်ဖြန့်ကျက်ခြင်းအတွက် ရနိုင်သောအချိန်ကို ကန့်သတ်ထားသည်။ အဆင့်နှစ်ဆင့် sintering လုပ်ငန်းစဉ်တွင်၊ ပထမအဆင့်သည် အမှုန်အမွှားပြန်လည်ပြင်ဆင်မှုအချိန်ကို တိုးမြင့်စေပြီး ကြီးမားသောအစေ့များကို ဖြစ်ပေါ်စေသည့် အပူချိန်နိမ့်ခြင်းနှင့် ဓာတ်ငွေ့ဖိအားနည်းသောနေရာတွင် လုပ်ဆောင်သည်။ ထို့နောက် အပူချိန်သည် Ostwald မှည့်ခြင်းလုပ်ငန်းစဉ်တွင် အစေ့အဆန်များ ဆက်လက်ကြီးထွားပြီး သိပ်သည်းဆမြင့်မားသော Si₃N₄ ကြွေထည်များကို ထုတ်ပေးသည့် အပူချိန်မြင့်မားသည့်အဆင့်သို့ တိုးမြှင့်သည်။
စက်ပိုင်းဆိုင်ရာ ဂုဏ်သတ္တိများ မြင့်မားသောအပူချိန်တွင် intergranular အဆင့်ကို ပျော့ပျောင်းစေခြင်းသည် ခွန်အားလျော့နည်းစေခြင်း၏ အဓိကအကြောင်းရင်းဖြစ်သည်။ အဆင့်တစ်ဆင့် သန့်စင်ခြင်းတွင် ပုံမှန်မဟုတ်သော စပါးကြီးထွားမှုသည် စပါးစေ့များကြားရှိ ချွေးပေါက်ငယ်များကို ဖန်တီးပေးကာ အပူချိန်မြင့်မားသော အစွမ်းသတ္တိကို သိသာထင်ရှားစွာ တိုးတက်မှုကို တားဆီးပေးသည်။ သို့သော်၊ နှစ်ဆင့် sintering လုပ်ငန်းစဉ်တွင်၊ စပါးနယ်နိမိတ်များတွင် အချိုးညီညီ ဖြန့်ဝေပေးပြီး အချိုးညီညီ အရွယ်အစားရှိသော အစေ့များသည် intergranular strength ကို တိုးမြင့်စေပြီး အပူချိန်မြင့်မားသော ကွေးညွှတ်နိုင်စွမ်းကို ဖြစ်ပေါ်စေပါသည်။
နိဂုံးချုပ်အနေနှင့်၊ အဆင့်တစ်ဆင့် သန့်စင်ခြင်းတွင် ကြာရှည်စွာ ကိုင်ထားခြင်းသည် အတွင်းပိုင်းအညစ်အကြေးများကို ထိရောက်စွာ လျှော့ချနိုင်ပြီး တူညီသော အတွင်းပိုင်းအရောင်နှင့် ဖွဲ့စည်းပုံကို ရရှိစေသော်လည်း အချို့သော စက်ပိုင်းဆိုင်ရာ ဂုဏ်သတ္တိများကို ကျဆင်းသွားစေသည့် ပုံမှန်မဟုတ်သော စပါးကြီးထွားမှုကို ဖြစ်ပေါ်စေနိုင်သည်။ တစ်ပြေးညီ စပါးကြီးထွားမှုကို မြှင့်တင်ရန်အတွက် Si₃N₄ ကြွေထည်-Si₃N₄ ကြွေထည်ပစ္စည်းတစ်မျိုးဖြစ်သော Si₃N₄ ကြွေထည်၏သိပ်သည်းဆ 98.25%, တူညီသောသေးငယ်သောဖွဲ့စည်းပုံနှင့် အလွန်ကောင်းမွန်သော ပြည့်စုံသော စက်ပိုင်းဆိုင်ရာဂုဏ်သတ္တိများကို တိုးချဲ့ရန်အတွက် အပူချိန်နိမ့်ကြိုတင်သန့်စင်ခြင်းကို အသုံးပြုခြင်းဖြင့်၊ အောင်မြင်စွာပြင်ဆင်နိုင်သည်။
| နာမည် | အလွှာ | Epitaxial အလွှာဖွဲ့စည်းမှု | Epitaxial လုပ်ငန်းစဉ် | Epitaxial အလတ်စား |
| ဆီလီကွန် homoepitaxial | Si | Si | အငွေ့အဆင့် Epitaxy (VPE) | SiCl4+H2 |
| ဆီလီကွန် heteroepitaxial | နီလာ သို့မဟုတ် spinel | Si | အငွေ့အဆင့် Epitaxy (VPE) | SiH₄+H₂ |
| GaAs homoepitaxial | GaAs | GaAs GaAs | အငွေ့အဆင့် Epitaxy (VPE) | AsCl₃+Ga+H₂ (Ar) |
| GaAs | GaAs GaAs | Molecular Beam Epitaxy (MBE) | Ga+As | |
| GaA သည် heteroepitaxial ဖြစ်သည်။ | GaAs GaAs | GaAlAs/GaAs/GaAlAs | Liquid Phase Epitaxy (LPE) အငွေ့အဆင့် (VPE) | Ga+Al+CaAs+H2 Ga+AsH3+PH3+CHl+H2 |
| GaP homoepitaxial | ကွာဟချက် | GaP(GaP;N) | Liquid Phase Epitaxy (LPE) Liquid Phase Epitaxy (LPE) | Ga+GaP+H2+(NH3) Ga+GaAs+GaP+NH3 |
| စူပါလက်တင် | GaAs | GaAlAs/GaAs (သံသရာ) | Molecular Beam Epitaxy (MBE) MOCVD | Ca၊As၊Al GaR₃+AlR3+AsH3+H2 |
| InP homoepitaxial | InP | InP | အငွေ့အဆင့် Epitaxy (VPE) Liquid Phase Epitaxy (LPE) | PCl3+In+H2 In+InAs+GaAs+InP+H₂ |
| Si/GaAs Epitaxy | Si | GaAs | Molecular Beam Epitaxy (MBE) MOGVD | Ga, As GaR₃+AsH₃+H₂ |
စာတိုက်အချိန်- ဒီဇင်ဘာ-၂၄-၂၀၂၄