Silisiumnitride (Si₃N₄) keramyk, as avansearre strukturele keramyk, besit poerbêste eigenskippen lykas hege temperatuerresistinsje, hege sterkte, hege taaiens, hege hurdens, krûpresistinsje, oksidaasjebestriding en wearbestindich. Derneist biede se goede termyske skokbestriding, diëlektryske eigenskippen, hege termyske konduktiviteit, en poerbêste prestaasjes foar hege frekwinsje elektromagnetyske weagen. Dizze treflike wiidweidige eigenskippen meitsje se in protte brûkt yn komplekse strukturele komponinten, fral yn loft- en romtefeart en oare hege tech fjilden.
Si₃N₄, dat is in ferbining mei sterke kovalente bannen, hat lykwols in stabile struktuer dy't sintering ta hege tichtheid lestich makket troch diffúsje allinich yn fêste steat. Om sintering te befoarderjen, wurde sinterhelpmiddels tafoege, lykas metaaloksiden (MgO, CaO, Al₂O₃) en seldsume ierdoksiden (Yb₂O₃, Y₂O₃, Lu₂O₃, CeO₂), om fertinking te fasilitearjen fia in floeistoffase sintermeganisme.
Op it stuit, wrâldwide technology foar semiconductor apparaat foarútgong nei hegere spanningen, gruttere streamingen, en gruttere macht tichtens. Undersyk nei metoaden foar it meitsjen fan Si₃N₄-keramyk is wiidweidich. Dit artikel yntrodusearret sintering prosessen dy't effektyf ferbetterje de tichtheid en wiidweidige meganyske eigenskippen fan silisium nitride keramyk.
Algemiene sinteringmetoaden foar Si₃N₄-keramyk
Fergeliking fan prestaasjes foar Si₃N₄-keramyk taret troch ferskate sintermetoaden
1. Reactive Sintering (RS):Reaktyf sintering wie de earste metoade dy't brûkt waard om Si₃N₄-keramyk yndustrieel te meitsjen. It is ienfâldich, kosten-effektyf en yn steat om komplekse foarmen te foarmjen. It hat lykwols in lange produksjesyklus, dy't net befoarderlik is foar produksje op yndustriële skaal.
2. Pressureless Sintering (PLS):Dit is it meast basale en ienfâldige sinteringproses. It fereasket lykwols heechweardige Si₃N₄ grûnstoffen en resulteart faak yn keramyk mei legere tichtens, signifikante krimp, en in oanstriid om te barsten of te ferfoarmjen.
3. Hot-Press Sintering (HP):De tapassing fan uniaxiale meganyske druk fergruttet de driuwende krêft foar sintering, wêrtroch dichte keramyk kin wurde produsearre by temperatueren 100-200 ° C leger as dy brûkt yn drukleas sintering. Dizze metoade wurdt typysk brûkt foar it meitsjen fan relatyf ienfâldige blokfoarmige keramyk, mar is lestich om te foldwaan oan 'e dikte- en foarmeasken foar substraatmaterialen.
4. Spark Plasma Sintering (SPS):SPS wurdt karakterisearre troch flugge sintering, nôt ferfining, en redusearre sintering temperatueren. SPS fereasket lykwols wichtige ynvestearring yn apparatuer, en de tarieding fan Si₃N₄-keramyk mei hege termyske konduktiviteit fia SPS is noch yn it eksperimintele stadium en is noch net yndustrialisearre.
5. Gasdruk sintering (GPS):Troch it tapassen fan gasdruk ynhibeart dizze metoade keramyske ûntbining en gewichtsverlies by hege temperatueren. It is makliker om keramyk mei hege tichtheid te produsearjen en makket batchproduksje mooglik. In ienstaps gasdruk sinteringproses hat lykwols muoite om strukturele komponinten te produsearjen mei unifoarme ynterne en eksterne kleur en struktuer. It brûken fan in twa-stap of multi-stap sintering proses kin gâns ferminderje intergranular soerstof ynhâld, ferbetterjen termyske conductivity, en ferbetterjen algemiene eigenskippen.
Lykwols, de hege sintering temperatuer fan twa-stap gas-druk sintering hat laat earder ûndersyk te rjochtsjen benammen op it tarieden fan Si₃N₄ keramyske substraten mei hege termyske conductivity en keamer-temperatuer bûge sterkte. Undersyk nei Si₃N₄-keramyk mei wiidweidige meganyske eigenskippen en meganyske eigenskippen op hege temperatuer is relatyf beheind.
Gas-druk twa-stap sintering metoade foar Si₃N₄
Yang Zhou en kollega's fan Chongqing University of Technology brûkten in sinterhelpsysteem fan 5 wt.% Yb₂O₃ + 5 wt.% Al₂O₃ om Si₃N₄-keramyk te meitsjen mei sawol ien-stap as twa-stap gasdruk sinterprosessen by 1800 ° C. De Si₃N₄ keramyk produsearre troch de twa-stap sintering proses hie hegere tichtheid en bettere wiidweidige meganyske eigenskippen. It folgjende gearfettet de effekten fan ien-stap en twa-stap gas-druk sintering prosessen op de mikrostruktuer en meganyske eigenskippen fan Si₃N₄ keramyske komponinten.
Tichtheid It fertinkingsproses fan Si₃N₄ omfettet typysk trije stadia, mei oerlaap tusken de stadia. De earste etappe, dieltsje werynrjochting, en de twadde etappe, ûntbining-neerslach, binne de meast krityske stadia foar fertinking. Genôch reaksjetiid yn dizze stadia ferbettert de monsterdichtheid signifikant. As de pre-sintering temperatuer foar de twa-stap sintering proses is ynsteld op 1600 ° C, β-Si₃N₄ korrels foarmje in ramt en meitsje sletten poaren. Nei pre-sintering, fierder ferwaarming ûnder hege temperatuer en stikstof druk befoarderet floeistof-fase flow en filling, dat helpt elimineren sletten poaren, fierder ferbetterjen fan de tichtheid fan Si₃N₄ keramyk. Dêrom, de samples produsearre troch de twa-stap sintering proses litte hegere tichtheid en relative tichtheid dan dy produsearre troch ien-stap sintering.
Fase en mikrostruktuer Under ien-stap sintering, de tiid beskikber foar dieltsje rearrangement en nôt grins diffusion wurdt beheind. Yn de twa-stap sintering proses, de earste stap wurdt útfierd by lege temperatuer en lege gas druk, dy't ferlingt de dieltsje rearrangement tiid en resultearret yn gruttere korrels. De temperatuer wurdt dan ferhege nei it hege temperatuerstadium, wêrby't de korrels trochgean te groeien troch it Ostwald-rypingsproses, wêrtroch Si₃N₄-keramyk mei hege tichtheid opbringt.
Mechanyske eigenskippen It verzachten fan 'e yntergranulêre faze by hege temperatueren is de primêre reden foar fermindere sterkte. Yn ien-stap sintering makket abnormale nôtgroei lytse poaren tusken de kerrels, dy't signifikante ferbettering fan hege temperatuersterkte foarkomt. Lykwols, yn de twa-stap sintering proses, de glêzen faze, unifoarm ferdield yn de nôt grinzen, en de unifoarm grutte korrels ferbetterje de yntergranular sterkte, resultearret yn hegere hege-temperatuer bûgen sterkte.
Ta beslút, langere hâlden yn ien-stap sintering kin effektyf ferminderjen ynterne porosity en berikke unifoarm ynterne kleur en struktuer, mar kin liede ta abnormale nôt groei, dy't degradearret bepaalde meganyske eigenskippen. Troch it brûken fan in twa-stap sinterproses - it brûken fan lege-temperatuer foar-sintering om dieltsje werynrjochting tiid te ferlingjen en hege temperatuer holding te befoarderjen unifoarme nôt groei - in Si₃N₄ keramyk mei relative tichtheid fan 98,25%, unifoarme mikrostruktuer, en poerbêste wiidweidige meganyske eigenskippen kin mei súkses taret wurde.
| Namme | Substraat | Epitaksiale laach komposysje | Epitaksiaal proses | Epitaksiaal medium |
| Silisium homoepitaxial | Si | Si | Vapor Phase Epitaxy (VPE) | SiCl4+H2 |
| Silisium heteroepitaxial | Saffier of spinel | Si | Vapor Phase Epitaxy (VPE) | SiH₄+H₂ |
| GaAs homoepitaxial | GaAs | GaAs GaAs | Vapor Phase Epitaxy (VPE) | AsCl₃+Ga+H₂ (Ar) |
| GaAs | GaAs GaAs | Molecular Beam Epitaxy (MBE) | Ga+As | |
| GaAs heteropitaxial | GaAs GaAs | GaAlAs/GaAs/GaAlAs | Liquid Phase Epitaksy (LPE) Dampfase (VPE) | Ga+Al+CaAs+ H2 Ga+AsH3+PH3+CHl+H2 |
| GaP homoepitaxial | Gat | GaP(GaP;N) | Liquid Phase Epitaksy (LPE) Liquid Phase Epitaksy (LPE) | Ga+GaP+H2+(NH3) Ga+GaAs+GaP+NH3 |
| Superlattice | GaAs | GaAlAs/GaAs (syklus) | Molecular Beam Epitaxy (MBE) MOCVD | Ca, As, Al GaR₃+AlR3+AsH3+H2 |
| InP homoepitaxial | InP | InP | Vapor Phase Epitaxy (VPE) Liquid Phase Epitaksy (LPE) | PCl3+In+H2 In+InAs+GaAs+InP+H₂ |
| Si/GaAs Epitaksy | Si | GaAs | Molecular Beam Epitaxy (MBE) MOGVD | Ga, As GaR₃+AsH₃+H₂ |
Post tiid: Dec-24-2024