سرامیک شفاف: انتقال نور مهندسی در جامدات معدنی پلی کریستالی برای کاربردهای فوتونیک و ساختاری نسل بعدی آجرهای آلومینا

1. ترکیب اساسی و معماری ساختاری سرامیک کوارتز

1.1 کریستالی در مقابل. سیلیس ذوب شده: تعریف کلاس محصول

(سرامیک شفاف)

پرسلن های کوارتز, به همین ترتیب به عنوان کوارتز ادغام شده یا سرامیک سیلیس ذوب شده شناخته می شود, مواد معدنی نوآورانه ای هستند که از کوارتز کریستالی با خلوص بالا سرچشمه می گیرند (SiO TWO) که از طریق ذوب تنظیم شده و ادغام وام برای توسعه متراکم, غیر کریستالی (بی شکل) یا چارچوب سرامیکی تا حدی کریستالی.

بر خلاف چینی های سنتی مانند آلومینا یا زیرکونیا, که پلی کریستالی هستند و از چند مرحله تشکیل شده اند, سرامیک های کوارتز عمدتاً از دی اکسید سیلیکون در شبکه ای از سیستم های SiO4 هماهنگ چهار وجهی تشکیل شده اند., ارائه خلوص شیمیایی برجسته– اغلب بیش از 99.9% SiO2.

تفاوت بین کوارتز یکپارچه و چینی کوارتز به پردازش بستگی دارد: در حالی که کوارتز ذوب شده معمولاً یک شیشه کاملاً بی شکل است که با خنک کردن سریع سیلیس مایع ایجاد می شود., چینی های کوارتز ممکن است شامل کریستالیزاسیون تنظیم شده باشند (ابیزه زدایی) یا تف جوشی پودرهای کوارتز ریز برای ایجاد ریزساختار پلی کریستالی یا شیشه سرامیک ریز دانه با استحکام مکانیکی افزایش یافته.

این روش ترکیبی، پایداری حرارتی و شیمیایی سیلیس ذوب شده را با افزایش استحکام ترک و امنیت ابعادی تحت بار مکانیکی ترکیب می‌کند..

1.2 مکانیسم های پایداری حرارتی و شیمیایی

عملکرد استثنایی پرسلن های کوارتز در محیط های شدید از سی کووالانسی قوی ناشی می شود– O پیوندهایی که یک شبکه سه بعدی با انرژی پیوند بالا ایجاد می کنند (~ 452 kJ/mol), ایجاد مقاومت شگفت انگیز در برابر زوال حرارتی و ضربه شیمیایی.

این محصولات دارای ضریب انبساط حرارتی بسیار کاهش یافته ای هستند– در مورد 0.55 × 10 ⁻6/K در محدوده 20– 300 درجه سانتیگراد– آنها را در برابر شوک حرارتی بسیار مقاوم می کند, یک مشخصه حیاتی در کاربردهایی که شامل چرخه دمایی سریع است.

آنها یکپارچگی معماری را از سطوح دمایی برودتی حفظ می کنند 1200 درجه سانتیگراد در هوا, و همچنین در محیط های بی اثر بیشتر است, قبل از شروع نرم شدن در اطراف 1600 درجه سانتیگراد.

سرامیک های کوارتز نسبت به اکثر اسیدها بی اثر هستند, از جمله هیدروکلریک, نیتریک, و اسیدهای سولفوریک, به دلیل امنیت شبکه SiO2, اگرچه آنها در معرض خطر حمله اسید هیدروفلوئوریک و قلیاهای جامد در سطوح دمایی بالا هستند.

این مقاومت شیمیایی, همراه با مقاومت الکتریکی بالا و اشعه ماوراء بنفش (UV) باز بودن, آنها را برای استفاده در پردازش نیمه هادی عالی می کند, کوره های با دمای بالا, و سیستم های نوری در معرض شرایط شدید.

2. فرآیندهای تولید و کنترل ریزساختاری

( سرامیک شفاف)

2.1 ذوب شدن, تف جوشی, و مسیرهای آب زدایی

ساخت سرامیک های کوارتز مستلزم تکنیک های پردازش حرارتی پیشرفته است که برای محافظت از خلوص در حین دستیابی به ضخامت و ریزساختار مورد نظر توسعه یافته است..

یکی از روش های رایج ذوب قوس الکتریکی ماسه کوارتز با خلوص بالا است, به دنبال آن خنک سازی کنترل شده برای ایجاد شمش های کوارتز یکپارچه, که پس از آن می توان به عناصر ماشینکاری کرد.

برای سرامیک های کوارتز متخلخل, پودرهای کوارتز زیر میکرونی از طریق فشار ایزواستاتیک فشرده شده و در سطوح دمایی بین 1100 درجه سانتی گراد و 1400 درجه سانتیگراد, معمولاً با ترکیبات حاشیه ای برای ترویج تراکم بدون ایجاد رشد بیش از حد دانه یا تغییر مرحله.

یک مانع اساسی در پردازش، دور ماندن از devitrification است– تراکم خود به خود شیشه سیلیسی متقابل به مراحل کریستوبالیت یا تری دیمیت– که می تواند مقاومت شوک حرارتی را به دلیل تغییرات حجمی در طول تغییرات مرحله به خطر بیندازد.

تولیدکنندگان از کنترل سطح درجه حرارت خاصی استفاده می کنند, چرخه های تهویه مطبوع سریع, و مواد ناخالصی مانند بور یا تیتانیوم برای فرونشاندن تراکم ناخواسته و حفظ یک ریزساختار آمورف یا ریزدانه ایمن.

2.2 تولید افزودنی و ساخت نزدیک به شبکه

پیشرفت های اخیر در تولید افزودنی های سرامیکی (AM), به ویژه استریولیتوگرافی (شهر کانکس) و جت بایندر, در واقع اجازه ساخت قطعات کوارتز سرامیکی پیچیده با دقت هندسی بالا را داده اند.

در این رویه ها, نانوذرات سیلیس در یک ماده حساس به نور یا به صورت انتخابی لایه به لایه متصل می شوند., با جداسازی و تف جوشی در دمای بالا برای رسیدن به چگالی کامل مطابقت دارد.

این رویکرد ضایعات محصول را به حداقل می رساند و امکان ایجاد هندسه های پیچیده را فراهم می کند– مانند کانال های سیال, حفره های نوری, یا اجزای مبدل گرم– که دستیابی به آنها با ماشینکاری استاندارد چالش برانگیز یا دشوار است.

تکنیک های پس از پردازش, متشکل از نفوذ بخار شیمیایی (CVI) یا تکمیل سل-ژل, گاهی اوقات روی تخلخل سطحی مطمئن قرار می گیرند و چقرمگی مکانیکی و اکولوژیکی را بهبود می بخشند.

این پیشرفت ها میزان کاربرد سرامیک های کوارتز را مستقیماً در سیستم های میکرو الکترومکانیکی افزایش می دهد (MEMS), ابزارهای آزمایشگاه روی یک تراشه, و وسایل سفارشی با دمای بالا.

3. ویژگی های مفید و کارایی در محیط های شدید

3.1 شفافیت نوری و عادات دی الکتریک

سرامیک های کوارتز خانه های نوری خاصی را به نمایش می گذارند, از جمله انتقال بالا در اشعه ماوراء بنفش, قابل توجه, و طیف مادون قرمز نزدیک (از ~ 180 نانومتر به 2500 نانومتر), آنها را در لیتوگرافی UV بسیار مهم می کند, سیستم های لیزری, و اپتیک مبتنی بر فضا.

این باز بودن به دلیل عدم وجود انتقال باند الکترونیکی در آرایه مرئی-UV و پراکندگی بسیار کم در نتیجه همگنی و تخلخل کم رخ می دهد..

علاوه بر این, آنها ساختمان های دی الکتریک فوق العاده ای دارند, با ثابت دی الکتریک پایین (~ 3.8 در 1 مگاهرتز) و تلفات دی الکتریک بسیار کم, امکان استفاده از آنها به عنوان عناصر محافظ در سیستم های دیجیتال با فرکانس بالا و توان بالا, مانند موجبرهای راداری و راکتورهای پلاسما.

توانایی آنها برای حفظ عایق الکتریکی در سطوح دمای بالا، یکپارچگی محیط های الکتریکی را بهتر می کند..

3.2 اقدامات مکانیکی و دوام طولانی مدت

با وجود شکنندگی زیاد– یک کیفیت رایج در بین پرسلن ها– پرسلن های کوارتز چقرمگی مکانیکی عالی را نشان می دهند (استقامت خمشی تا 100 MPa) و مقاومت استثنایی در برابر خزش در دماهای بالا.

استحکام آنها (حدود 5.5– 6.5 در مقیاس موهس) در برابر سایش سطح مقاومت می کند, اگرچه برای جلوگیری از آسیب رساندن یا شکافتن تکثیر ناشی از مشکلات سطحی، درمان باید در تمام مراحل انجام شود.

چقرمگی زیست محیطی یک مزیت حیاتی اضافی است: چینی های کوارتز به طور چشمگیری در جاروبرقی خارج نمی شوند, مقاومت در برابر آسیب تشعشع, و حفظ امنیت ابعادی در مواجهه طولانی مدت با چرخه حرارتی و تنظیمات شیمیایی.

این باعث می شود آنها محصولات مورد علاقه در محفظه های ساخت نیمه هادی را داشته باشند, سنسورهای هوافضا, و ابزارهای هسته ای که در آن آلودگی و خرابی باید کاهش یابد.

4. صنعتی, علمی, و برنامه های کاربردی فنی بوجود آمده

4.1 راه حل های تولید نیمه هادی و فتوولتائیک

در صنعت نیمه هادی, پرسلن های کوارتز در ابزارهای جابجایی ویفر در همه جا وجود دارند, از جمله لوله های سیستم گرمایش, کوزه های زنگوله, گیرنده ها, و سر دوش در رسوب بخار شیمیایی استفاده می شود (CVD) و اچ پلاسما.

خلوص آنها در برابر آلودگی فلزی ویفرهای سیلیکونی محافظت می کند, در حالی که امنیت حرارتی آنها باعث توزیع یکنواخت دما در سراسر اقدامات پردازش در دمای بالا می شود.

در تولید فتوولتائیک یا pv, اجزای کوارتز در بخاری های انتشار و سیستم های آنیلینگ برای تولید باتری خورشیدی استفاده می شود, که در آن حساب های حرارتی ثابت و بی اثری شیمیایی برای بازده و اثربخشی بالا ضروری است.

نیاز به ویفرهای بزرگتر و توان عملیاتی بالاتر در واقع باعث توسعه ساختارهای سرامیکی کوارتز فوق العاده بزرگ با افزایش همگنی و به حداقل رساندن ضخامت عیب شده است..

4.2 هوافضا, دفاع, و جذب فناوری مدرن کوانتومی

فراتر از جابجایی صنعتی, quartz porcelains are utilized in aerospace applications such as rocket support windows, infrared domes, and re-entry automobile parts as a result of their capacity to stand up to extreme thermal gradients and aerodynamic tension.

In protection systems, their openness to radar and microwave frequencies makes them appropriate for radomes and sensor housings.

اخیرا, quartz ceramics have actually located duties in quantum innovations, where ultra-low thermal expansion and high vacuum cleaner compatibility are needed for precision optical dental caries, atomic catches, and superconducting qubit rooms.

Their ability to minimize thermal drift makes sure lengthy comprehensibility times and high measurement accuracy in quantum computer and sensing systems.

به طور خلاصه, چینی های کوارتز مجموعه ای از محصولات با کارایی بالا را نشان می دهد که فضای خالی بین چینی های استاندارد و لیوان های تخصصی را به هم متصل می کند..

ترکیب بی نظیر آنها از پایداری حرارتی, بی اثری شیمیایی, شفافیت نوری, و عایق الکتریکی به فن آوری های مدرن اجازه می دهد تا در محدوده های سطح دما کار کنند, خلوص, و دقت.

همانطور که تکنیک‌های ساخت تکامل می‌یابند و نیاز به رشد موادی با توانایی مقاومت در برابر شرایط شدیدتر دارند., سرامیک کوارتز باقی خواهد ماند تا یک عملکرد اساسی قبل از زمان نیمه هادی ایفا کند, قدرت, هوافضا, و سیستم های کوانتومی.

5. تامین کننده

Advanced Ceramics در اکتبر تاسیس شد 17, 2012, یک شرکت با فناوری بالا متعهد به تحقیق و توسعه است, تولید, پردازش, فروش و خدمات فنی مواد و محصولات نسبی سرامیک. محصولات ما شامل اما نه محدود به محصولات سرامیک کاربید بور است, محصولات سرامیکی نیترید بور, محصولات سرامیکی سیلیکون کاربید, محصولات سرامیکی سیلیکون نیترید, محصولات سرامیکی زیرکونیوم دی اکسید, و غیره. اگر علاقه مند هستید, لطفا با ما تماس بگیرید([email protected])
برچسب ها: سرامیک شفاف, ظرف سرامیکی, لوله کشی سرامیکی

همه مقالات و تصاویر از اینترنت هستند. اگر هر گونه مشکل کپی رایت وجود دارد, لطفا به موقع برای حذف با ما تماس بگیرید.

از ما پرس و جو کنید