Սիլիցիումի նիտրիդ-սիլիցիումի կարբիդի կոմպոզիտներ: Բարձր էնտրոպիայի կերամիկա ծայրահեղ միջավայրի համար կերամիկական կարաս

1. Արտադրանքի կառուցվածքներ և համագործակցող ձևավորում

1.1 Բաղադրիչ փուլերի ներքին որակները

(Սիլիցիումի նիտրիդ և սիլիցիումի կարբիդի կոմպոզիտային կերամիկա)

Սիլիցիումի նիտրիդ (Եթե ​​ջեռոցում N ₄) և սիլիցիումի կարբիդ (SiC) երկուսն էլ կովալենտորեն կապված են, ոչ օքսիդ ճենապակյա ճենապակեներ, որոնք հայտնի են բարձր ջերմաստիճանում իրենց ակնառու արդյունավետությամբ, կործանարար, և մեխանիկորեն պահանջում են կարգավորումներ.

Սիլիցիումի նիտրիդը ցուցադրում է կոտրվածքների տպավորիչ ամրություն, ջերմային ցնցումների դիմադրություն, և սողացող կայունություն՝ իր յուրահատուկ միկրոկառուցվածքի պատճառով, որը բաղկացած է երկարաձգված β-Si վեց N չորս հատիկներից, որոնք հնարավորություն են տալիս կոտրվածքի շեղում և կապող համակարգեր:.

Այն պահպանում է կոշտությունը մոտավորապես 1400 ° C և ունի ջերմային ընդարձակման համեմատաբար ցածր գործակից (~ 3.2 × 10 6/ Կ), ջերմաստիճանի արագ փոփոխությունների ժամանակ ջերմային լարվածության նվազեցում.

Մյուս կողմից, սիլիցիումի կարբիդը օգտագործում է պրեմիում ամրություն, ջերմային հաղորդունակություն (մոտավորապես 120– 150 Վ/(մ · Կ )միայնակ բյուրեղների համար), օքսիդացման դիմադրություն, և քիմիական իներտություն, դարձնելով այն գերազանց կոպիտ և ճառագայթային ջերմ ցրման համար.

Նրա վիթխարի տիրույթը (~ 3.3 eV 4H-SiC-ի համար) լրացուցիչ ապահովում է գերազանց էլեկտրական մեկուսացում և ճառագայթման հանդուրժողականություն, օգտակար միջուկային և կիսահաղորդչային համատեքստերում.

Երբ ընդգրկված է կոմպոզիտում, այս նյութերը ցուցադրում են համապատասխան վարքագիծ: Si three N four-ը բարելավում է ամրությունը և վնասում դիմադրությունը, մինչդեռ SiC-ն ուժեղացնում է ջերմային կառավարումը և օգտագործման դիմադրությունը.

Ստացված խաչասերված կերամիկան հասնում է հավասարակշռության, որն անհասանելի է միայն երկու փուլով, ստեղծելով բարձր արդյունավետության կառուցվածքային արտադրանք՝ հարմարեցված ծառայության ծայրահեղ պայմանների համար.

1.2 Համակցված ոճ և միկրոկառուցվածքային ճարտարագիտություն

Si six N ₄-ի դասավորությունը– SiC միացությունները ենթադրում են ճշգրիտ վերահսկողություն փուլային շրջանառության վրա, հացահատիկի մորֆոլոգիա, և միջերեսային կապը՝ համագործակցային ազդեցությունները առավելագույնի հասցնելու համար.

Ընդհանրապես, SiC-ը ներկայացվում է որպես մեծ մասնիկների աջակցություն (սկսած ենթամիկրոնից մինչև 1 մկմ) Si չորս N ₄ մատրիցայի շրջանակներում, չնայած ֆունկցիոնալ գնահատված կամ պառակտված ճարտարապետությունները նույնպես հայտնաբերված են մասնագիտացված ծրագրերի համար.

Պղտորման ժամանակ– սովորաբար գազի ճնշման սինտրինգի միջոցով (ԸՆԴՀԱՆՈՒՐ ՊՐԱԿՏԻԿ) կամ ջերմ հրում– SiC բիթերը ազդում են β-Si երկու N չորս հատիկների միջուկացման և զարգացման կինետիկի վրա, հաճախակի խթանելով ավելի նուրբ և նույնիսկ ավելի հետևողականորեն ուղղված միկրոկառուցվածքներ.

Այս կատարելագործումը բարելավում է մեխանիկական միատարրությունը և նվազագույնի է հասցնում թերության չափը, ավելացնելով ավելի լավ ուժ և հուսալիություն.

Միջերեսային համատեղելիությունը երկու փուլերի միջև կարևոր է; պայմանավորված այն հանգամանքով, որ երկուսն էլ կովալենտ ճենապակյա են՝ բյուրեղագրական բալանսավորմամբ և ջերմային զարգացման վարքով, նրանք ստեղծում են համակարգված կամ կիսահամապատասխան սահմաններ, որոնք դիմակայում են լոտերի տակից անջատմանը.

Հավելումներ, ինչպիսիք են իտտրիան (Y ₂ O ԵՐԵՔ) և կավահող (Ալ երկու Օ ₃) օգտագործվում են որպես սինտրինգային օգնություն Si four N ₄-ի հեղուկ փուլային խտացումը գովազդելու համար՝ առանց SiC-ի անվտանգությունը վտանգելու.

Այնուամենայնիվ, չափազանց շատ լրացուցիչ փուլերը կարող են վատթարացնել բարձր ջերմաստիճանի արդյունավետությունը, այնպես որ կազմը և մշակումը պետք է առավելագույնի հասցվեն՝ նվազագույնի հասցնելու համար ապակեպատ հացահատիկի սահմանային ֆիլմերը.

2. Մշակման տեխնիկան և խտացման մարտահրավերները

( Սիլիցիումի նիտրիդ և սիլիցիումի կարբիդի կոմպոզիտային կերամիկա)

2.1 Փոշի պատրաստման աշխատանքներ և ձևավորման տեխնիկա

Բարձր կարգի Si Two N ₄– SiC կոմպոզիտները սկսում են ուլտրաֆինի համասեռ խառնուրդով, բարձր մաքրության փոշիներ՝ օգտագործելով թաց կլոր ֆրեզեր, քայքայման ֆրեզերային, կամ ուլտրաձայնային դիսպերսիա օրգանական կամ հեղուկ միջավայրում.

Հետևողական դիսպերսիայի հասնելը կարևոր է SiC-ի կլաստերից խուսափելու համար, որը կարող է գործել որպես անհանգստության խտացուցիչ և նվազեցնել կոտրվածքի ուժը.

Կապակցիչները և ցրիչները նպաստում են կախոցներին աջակցելու ռազմավարությունների ձևավորման համար, ինչպիսիք են սայթաքման ձուլումը, ժապավենի տարածում, կամ կրակոցի ձուլում, կախված ցանկալի տարրի երկրաչափությունից.

Կանաչ մարմինները դրանից հետո զգուշորեն չորանում են և անջատվում, որպեսզի հեռացնեն օրգանական նյութերը սինթրումից առաջ, գործընթաց, որը պահանջում է կարգավորվող տների ջեռուցման սակագներ՝ պառակտումը կամ շեղումը կանխելու համար.

Համարյա ցանցաձև արտադրության համար, Ի հայտ են գալիս հավելումների այնպիսի տեխնիկա, ինչպիսին է կապակցման շիթը կամ ստերեոլիթոգրաֆիան, հնարավոր դարձնելով բարդ երկրաչափություններ, որոնք նախկինում անհասանելի էին ավանդական կերամիկական մշակման միջոցով.

Այս տեխնիկան կարիք ունի հարմարեցված հումքի՝ առավելագույն ռեոլոգիայի և էկոլոգիապես մաքուր ամրությամբ, հաճախ ենթադրում են պոլիմերից ստացված ճենապակու կամ ֆոտոզգայուն նյութեր՝ փաթեթավորված կոմպոզիտային փոշիներով.

2.2 Ախտահանման սարքեր և բեմի անվտանգություն

Six N FOUR-ի խտացում– SiC կոմպոզիտները բարդ են՝ կապված պինդ կովալենտային կապի և ազոտի և ածխածնի նվազագույն ինքնատարածման հետ՝ օգտակար ջերմաստիճանի մակարդակներում.

Հեղուկ փուլային սինթրինգ՝ օգտագործելով հազվագյուտ հողային կամ ալկալային մոլորակների օքսիդներ (օր., Ե ԵՐԿՈՒ ՎԵՑ, MgO) նվազեցնում է էվեկտիկական ջերմաստիճանի մակարդակը և ուժեղացնում զանգվածի փոխադրումը անցողիկ սիլիկատային հալեցմամբ.

Գազի սթրեսի տակ (սովորաբար 1– 10 MPa N 2), այս հալեցումը հեշտացնում է վերադասավորումը, լուծույթ-տեղումներ, և վերջին խտացումը՝ միաժամանակ նվազեցնելով Si four N FOUR-ի տարրալուծումը.

SiC-ի առկայությունը ազդում է հեղուկ փուլի մածուցիկության և թրջելիության վրա, հնարավոր է փոխել հացահատիկի աճի անիզոտրոպիան և վերջին տեսքը.

Տաքացումից հետո ջերմային բուժումը կարող է կապված լինել հացահատիկի սահմաններում կրկնվող ամորֆ փուլերի ձևավորման հետ, բարձրացնելով բարձր ջերմաստիճանի մեխանիկական հատկությունները և օքսիդացման դիմադրությունը.

Ռենտգենյան դիֆրակցիա (XRD) և սկանավորող էլեկտրոնային մանրադիտակ (ՈՐԸ) հետեւողականորեն օգտագործվում են բեմի մաքրությունը հաստատելու համար, անցանկալի երկրորդ փուլերի բացակայություն (օր., Սի երկու Ն ԵՐԿՈՒ Ո), և միասնական միկրոկառուցվածք.

3. Մեխանիկական և ջերմային արդյունավետություն լոտերի տակ

3.1 Տոկունություն, Ուժ, և հյուծման դիմադրություն

Եթե ​​վառարան N ₄– SiC կոմպոզիտները ցույց են տալիս բարձր մեխանիկական կատարում՝ ի տարբերություն մոնոլիտ ճենապակու, գերազանցող ճկման ուժերով 800 MPa-ի և կոտրվածքի ամրության արժեքները հասնում են 7-ի– 9 ՄՊա · m 1ST/².

SiC-ի բեկորների ամրապնդող արդյունքը խոչընդոտում է սխալ տեղաշարժը և կոտրվածքների տարածումը, մինչդեռ երկարաձգված Si երկու N չորս հատիկները մնում են ամրացում ապահովելու համար քաշվող և կապող սարքերի միջոցով.

Կրկնակի ամրացման այս մոտեցումը առաջացնում է նյութ, որը չափազանց դիմացկուն է ազդեցությանը, ջերմային հեծանիվ, և մեխանիկական հոգնածություն– կենսական նշանակություն ունի օդատիեզերական և էներգետիկ համակարգերում պտտվող տարրերի և կառուցվածքային բաղադրիչների համար.

Սողացող դիմադրությունը մոտավորապես մնում է չմարված 1300 ° C, վերագրվում է կովալենտային ցանցի կայունությանը և հացահատիկի սահմանի սահման նվազմանը, երբ ամորֆ փուլերն իջնում ​​են.

Ամրության արժեքները հիմնականում տարբերվում են 16 դեպի 19 GPa, ապահովելով մաշվածության և քայքայման ակնառու դիմադրություն հղկող միջավայրերում, ինչպիսիք են ավազով ծանրաբեռնված շրջանառությունները կամ սահող զանգերը.

3.2 Ջերմային կառավարում և շրջակա միջավայրի երկարակեցություն

SiC-ի ավելացումը զգալիորեն բարձրացնում է կոմպոզիտային նյութի ջերմային հաղորդունակությունը, հաճախակի կրկնապատկելով մաքուր Si վեց N FOUR-ը (որը տատանվում է 15-ից– 30 Վ/(մ · Կ) )մինչև 40– 60 Վ/(մ · Կ) կախված SiC վեբ բովանդակությունից և միկրոկառուցվածքից.

Ջերմ փոխանցման այս ուժեղացված հզորությունը թույլ է տալիս շատ ավելի հուսալի ջերմային կառավարում այն ​​մասերում, որոնք բացահայտված են ինտենսիվ տեղայնացված ջեռուցմամբ:, ինչպիսիք են այրման երեսպատումները կամ պլազմային երեսպատման բաղադրիչները.

Կոմպոզիտը պահպանում է ծավալային անվտանգությունը կտրուկ ջերմային գրադիենտների ներքո, դիմակայել ցատկմանը և ճեղքմանը համապատասխան ջերմային զարգացման և բարձր ջերմային ցնցումների պարամետրի հետևանքով (R-արժեք).

Օքսիդացման դիմադրությունը լրացուցիչ կարևոր առավելություն է; SiC-ը ձևավորում է պաշտպանիչ սիլիցիում (SiO 2) շերտը թթվածնի ազդեցության տակ բարձր ջերմաստիճաններում, որն էլ ավելի է խտացնում և ապահովում մակերեսի հետ կապված խնդիրները.

Այս պասիվ շերտը պաշտպանում է և՛ SiC-ը, և՛ Si Three N ₄ (որը լրացուցիչ օքսիդանում է SiO 2 և N 2), օդում երկարաժամկետ ամրության ապահովում, ծանր գոլորշի, կամ այրվող մթնոլորտ.

4. Ծրագրեր և ապագա տեխնիկական հետագծեր

4.1 Ավիատիեզերք, Էներգիա, և Արդյունաբերական համակարգեր

Si Two N FOUR– SiC միացությունները աստիճանաբար տեղակայվում են հաջորդ սերնդի գազի գեներատորներում, որտեղ նրանք թույլ են տալիս ավելի բարձր աշխատանքային ջերմաստիճան, վառելիքի արդյունավետության բարձրացում, և նվազագույնի հասցրեց հովացման պահանջները.

Տարրեր, ինչպիսիք են հողմատուրբինի շեղբերները, այրիչի ներդիրներ, և վարդակների ուղեցույցները ձեռք են բերում արտադրանքի կարողությունը՝ դիմանալ ջերմային հեծանիվներին և մեխանիկական բեռնվածությանը առանց էական քայքայման.

Ատոմային էլեկտրակայաններում, հատկապես բարձր ջերմաստիճանով գազով հովացվող ռեակտորներ (HTGR-ներ), այս կոմպոզիտները հանդես են գալիս որպես գազի ծածկույթ կամ ճարտարապետական ​​հենարաններ՝ շնորհիվ նեյտրոնային ճառագայթման դիմադրության և տրոհման առարկաների պահպանման կարողության։.

Արդյունաբերական կառույցներում, դրանք օգտագործվում են հեղուկացված պողպատի մշակման մեջ, վառարանի կահույք, և մաշվածության դիմացկուն վարդակներ և առանցքակալներ, որտեղ ստանդարտ մետաղները, անշուշտ, շատ շուտ կզրկվեն.

Նրանց թեթև քաշը (հաստություն ~ 3.2 գ/սմ ՀԻՆԳ) նաև դրանք գրավիչ է դարձնում օդատիեզերական շարժիչի և հիպերձայնային ավտոմոբիլային բաղադրիչների համար, որոնք ենթակա են աերաջերմային ջեռուցման.

4.2 Ընդլայնված արտադրություն և բազմաֆունկցիոնալ ինտեգրում

Զարգացող ուսումնասիրությունը կենտրոնանում է ֆունկցիոնալ գնահատված Si six N FOUR մշակման վրա– SiC շրջանակներ, որտեղ կառուցվածքը տարածականորեն տարբերվում է ջերմային բարձրացման համար, մեխանիկական, կամ էլեկտրամագնիսական բնակելի սեփականություն մեկ տարրի վրա.

Խաչաձև համակարգեր, ներառյալ CMC (կերամիկական մատրիցային կոմպոզիտ) մանրաթելային ամրացմամբ ճարտարապետություն (օր., SiC_f/ SiC– Si Five N ₄) սեղմեք վնասի հանդուրժողականության և լարվածության ձախողման սահմանները.

Այս միացությունների հավելումների արտադրությունը թույլ է տալիս տոպոլոգիայով օպտիմիզացված ջերմափոխանակիչներ, միկրոռեակտորներ, և ռեգեներատիվ օդորակման ալիքներ ներքին վանդակաճաղերի կառուցվածքներով, որոնք հասանելի չեն հաստոցների միջոցով.

Բացի այդ, նրանց հիմնարար դիէլեկտրիկ շենքերը և ջերմային անվտանգությունը նրանց դարձնում են ռադարային թափանցիկ ռադոմների և ալեհավաքի տնային պատուհանների թեկնածուներ գերարագ հարթակներում:.

Քանի որ կարիքները մեծանում են այն ապրանքների համար, որոնք հուսալիորեն գործում են ծայրահեղ ջերմամեխանիկական բեռների տակ, Եթե ​​ջեռոցում N ₄– SiC միացությունները հանդիսանում են կերամիկական ճարտարագիտության կարևոր առաջընթաց, համատեղելով արդյունավետությունը ֆունկցիոնալության հետ մեկում, կայուն հարթակ.

Եզրափակելով, սիլիցիումի նիտրիդ– Սիլիցիումի կարբիդի կոմպոզիտային կերամիկա ցուցադրում է նյութերի ուժը ըստ դիզայնի, լծակելով տոկունությունը 2 նորարարական ճենապակու արտադրության հիբրիդային համակարգ, որը կարող է աճել առավել ծանր ֆունկցիոնալ մթնոլորտում.

Նրանց շարունակական առաջխաղացումը, անշուշտ, հիմնական գործառույթը կկատարի ժամանակից շուտ մաքուր էներգիայի համար, օդատիեզերական, և կոմերցիոն ժամանակակից տեխնոլոգիաները 21-րդ դարում.

5. Վաճառող

TRUNNANO-ն գնդաձև վոլֆրամի փոշի մատակարար է 12 Նանո-շենքերի էներգիայի պահպանման և նանոտեխնոլոգիայի զարգացման տարիների փորձ. Այն ընդունում է վճարումը կրեդիտ քարտի միջոցով, Տ/Տ, West Union և Paypal. Trunnano-ն ապրանքները կուղարկի արտասահմանյան հաճախորդներին FedEx-ի միջոցով, DHL, օդային ճանապարհով, կամ ծովով. Եթե ​​ցանկանում եք ավելին իմանալ գնդաձև վոլֆրամի փոշիի մասին, խնդրում ենք ազատ զգալ կապվել մեզ հետ և հարցում ուղարկել.
Պիտակներ: Սիլիցիումի նիտրիդ և սիլիցիումի կարբիդի կոմպոզիտային կերամիկա, Si3N4 և SiC, առաջադեմ կերամիկա

Բոլոր հոդվածները և նկարները համացանցից են. Եթե ​​կան հեղինակային իրավունքի հետ կապված խնդիրներ, խնդրում ենք ժամանակին կապվել մեզ հետ ջնջելու համար.

Հարցրեք մեզ