Silikon nitridi (Si3N4) keramika kremniy nitridi kukunidan shakllantirish va sinterlash kabi jarayonlar orqali-yaraladigan metall bo'lmagan material bo'lib, ular mukammal keng qamrovli xususiyatlarga ega. Silikon nitridli keramika materiallari ajoyib fizikaviy va kimyoviy xususiyatlarga ega bo'lib, ular umumiy metall materiallar va polimer materiallarga mos kelishi qiyin, shu jumladan aşınma qarshilik, korroziyaga chidamlilik (hidroflorik kislota va konsentrlangan NaOHdan tashqari barcha kislotalar va asoslarga chidamli), yuqori haroratga chidamlilik (1800 darajadan yuqori haroratga bardosh beradi), maksimal ish harorati 140 dan yuqori boshqa keramik materiallarga qaraganda) va yuqori issiqlik o'tkazuvchanligi. Ular metall yoki polimer materiallar bardosh bera olmaydigan og'ir ish sharoitlariga bardosh bera oladilar, shuning uchun silikon nitridli keramik materiallar ko'plab an'anaviy materiallarni almashtirishi mumkin va ko'plab sanoat sohalarida keng qo'llaniladi. Yuqori{9}}sifatli kukun yuqori samarali kremniy nitridili keramika tayyorlash uchun asos boʻlib, arzon-xarajatli kukun tayyorlash texnologiyasi esa kremniy nitridili keramikaning keng qoʻllanilishining kalitidir. Kremniy nitridi kukunini tayyorlashning asosiy usullari orasida toʻgʻridan-toʻgʻri kremniy kukunini nitridlash, oʻz-oʻzidan koʻpayadigan sintez, karbotermik pasaytirish va termal parchalanish kiradi.
To'g'ridan-to'g'ri kremniy kukuni nitridatsiyasi. Kremniy kukuni to'g'ridan-to'g'ri azot, ammiak yoki boshqa azotli{1}}atmosferalar bilan reaksiyaga kirishib, kremniy nitridi kukunini hosil qiladi. Bu usul nisbatan etuk jarayonga ega, yirik{3}} ishlab chiqarishga erishishi mumkin va nisbatan past ishlab chiqarish xarajatlariga ega va koʻpchilik mahalliy va xalqaro korxonalar tomonidan qoʻllaniladi.
O'z-o'zidan tarqaladigan{0}yuqori{1}}harorat sintezi (SHS). Printsip shundan iboratki, xom ashyo yoqilgandan so'ng, reaksiya tugagunga qadar reaksiya reaksiyaga kirishmagan hududga tarqaladi. Uning xarakteristikasi shundaki, hech qanday tashqi issiqlik manbai kerak emas va talab qilinadigan issiqlik o'z yonishi bilan ta'minlanadi. Kukunni tayyorlashning ushbu usuli yuqori samaradorlik, energiya tejash va atrof-muhitni muhofaza qilishning afzalliklariga ega, ammo kukun tayyorlash paytida, chunki reaktsiya tezligi juda tez, reaktsiya jarayonini nazorat qilish qiyin.
Karbotermik pasaytirish usuli. SiO2 ni kremniy manbai va uglerodni qaytaruvchi vosita sifatida ishlatib, silikon nitridi N2 atmosferasida 1400 darajadan yuqori uglerodni kamaytirish va nitridlanish reaktsiyasi orqali sintezlanadi. Bu usulda qoʻllaniladigan xomashyoning narxi arzon, tayyorlangan kukunli mahsulot kichik zarracha hajmiga ega, reaksiya tezligi tez, -Si3N4 miqdori yuqori va yirik-ishlab chiqarishga mos keladi. Shu bilan birga, tayyorlangan kremniy nitridi kukuni ko'pincha qoldiq uglerod yoki silikon karbidni o'z ichiga oladi, shuning uchun tayyorlangan kukunning tozaligi yuqori emas, bu mahsulot sifati va qo'llanilishiga ta'sir qiladi.
Silikon imidli piroliz usuli. Fazalararo reaksiya va termal parchalanish orqali nisbatan yuqori -fazali Si3N4 kukunini tayyorlash usuli. Ushbu usulni tayyorlash qiyin, yuqori texnik to'siqlarga ega va xom ashyo tozaligiga yuqori talablar qo'yiladi. Uning qiyinligi shundaki, barqaror qattiq kremniy imidni (Si(NH)2) olish oson emas. Bu usul yuqori{8}}tozalik, yuqori sifatli-silikon nitridi kukunini ishlab chiqarishi mumkin.
Silikon imidli piroliz usulining jarayon oqimi diagrammasi
02 Turli xil ilovalar: uchta asosiy mahsulot yuqori darajadagi{1}}materiallar trekini egallaydi
Silikon nitridli keramika mahsulotlari asosan uchta asosiy toifani o'z ichiga oladi: keramik substratlar, keramik to'plar va strukturaviy komponentlar. Hozirgi vaqtda keramik substratlar va yuqori{1}}issiq izostatik presslash (HIP) sopol sharlari sohalarida hali ham Kyocera, Toshiba Materials, Maruwa va CoorsTek kabi Yaponiya va Amerika korxonalari hukmronlik qilmoqda, mahalliy korxonalarga asosan Sinoma Advanced Materials, Guoci Jinsheng, Hengyang va boshqalar kiradi.
Seramika tagliklari
Silikon nitridi 90–120 Vt/(m·k) issiqlik o'tkazuvchanligi, 3,2×10-6/ daraja issiqlik kengayish koeffitsienti va mukammal mexanik kuch, yaxshi kimyoviy barqarorlik va termal zarba qarshiligiga ega bo'lgan eng yaxshi keng qamrovli ishlashga ega keramik substrat materiali hisoblanadi. Uchinchi avlod yarimo'tkazgich qurilmalari va yuqori{7}}quvvat{8}}zichlikdagi ilovalarning jadal rivojlanishi bilan yuqori-samarador keramika tagliklariga bozor talabi o'sishda davom etmoqda va silikon nitridli substratlar asta-sekin yuqori quvvat modullari uchun muhim texnik yo'nalishlardan biriga aylanmoqda.
Silikon nitridi keramik varaq, tasvir manbai: Ferrotec
Hozirgi vaqtda sanoatda silikon nitridli keramik substratlarni tayyorlash uchun keng tarqalgan usul organik lenta quyish hisoblanadi. Birinchidan, kremniy nitridi kukuni, dispersant, sinterlash uchun yordamchi va organik erituvchi birlamchi sharli frezalash orqali aralashtiriladi va shu bilan birga kukun to'p-zarrachalar hajmiga qadar maydalanadi; keyin bir tekis aralashtirish uchun shar{2}}ikkilamchi sharli frezalash uchun frezalangan atalaga biriktiruvchi va plastifikator qo‘shiladi; defoaming so'ng, kerakli atala olinadi. Yashil tanani olish uchun lenta quyish uchun atala lenta quyish mashinasiga qo'shiladi, so'ngra yashil tanasi kerakli o'lchamga kesiladi, bog'lovchini olib tashlash va sinterlashdan o'tadi va nihoyat sinterlangan silikon nitridili keramik substrat olinadi. Sinterlash usullari asosan reaksiya sinterlash (RS), issiq presslash sinterlash (HPS), bosimsiz sinterlash (PLS) va gaz bosimini sinterlashni (GPS) o'z ichiga oladi.
Qadoqlashda ishlatishdan oldin keramik tagliklarni metalllashtirish kerak, ya'ni elektron komponentlarni ulash va kontaktlarning zanglashiga olib keladigan o'tkazuvchan funktsiyasini amalga oshirish uchun mis qoplama yoki mis qoplama bilan keramika yuzasida o'tkazuvchan qatlam hosil bo'ladi. Keng tarqalgan keramika metallizatsiya jarayonlariga DPC, DBC va AMB kiradi.
Xitoyning kremniy nitridi keramika sanoati nisbatan kech boshlandi. Yuqori darajali kremniy nitridli keramika mahsulotlari baʼzi asosiy koʻrsatkichlar boʻyicha xorijiy mamlakatlar bilan solishtirganda hali ham boʻshliqlarga ega, baʼzilari esa importga tayanadi, ammo past- va oʻrta{3}} mahsulotlar asosan mahalliy ishlab chiqarishga erishdi. Bo'shliqlar asosan texnologik takomillashtirish, import qilinadigan uskunalarga qaramlik, mahsulot sifatining beqarorligi, noratsional sanoat tuzilmasi va bozorning etarli darajada rivojlanmaganligida namoyon bo'ladi.
Seramika sharlari
Po'lat sharlar bilan solishtirganda, kremniy nitridili keramik sharlar yuqori chegara tezligi, kuchli yuk ko'tarish qobiliyati, yuqori-haroratga chidamliligi, kislota va gidroksidi korroziyaga chidamliligi kabi afzalliklarga ega, shuningdek, ma'lum o'z-o'zidan{2}}moylash xususiyatiga ega. Rolling elementlar sifatida mutlaq afzalliklarga ega bo'lgan holda, ular yuqori{4}}tezkor podshipniklarda keng qo'llaniladi va yuqori-tezlikli, yuqori-aniqlikdagi podshipniklarning asosiy komponentlariga aylandi.
Kremniy nitridili keramik sharlarni tayyorlash jarayoni avvalo zich, yuqori quvvatli keramik shar sinterlangan korpus blankasini olish, so'ngra kerakli o'lcham, yumaloqlik va pürüzlülükga erishish uchun blankani aniq ishlov berishdan iborat. Tayyorgarlik jarayoni odatda to'rt bosqichni o'z ichiga oladi: xom ashyoni tayyorlash, yashil tana hosil qilish, yuqori{2}}haroratda sinterlash va maydalash. Quruq shakllantirish yuqori hosil qilish samaradorligi, qisqa shakllantirish aylanishi va past bog'lovchi tarkibining afzalliklariga ega va Si3N4 seramika to'plarini sanoatlashtirish uchun afzal qilingan shakllantirish usuli hisoblanadi. Quruq shakllantirish quruq presslash va izostatik presslashni o'z ichiga oladi, ularning ikkalasi ham Si3N4 sopol to'plarining yashil tanasini shakllantirishda keng qo'llaniladi.
Silikon nitridli keramik sharlarni ommaviy ishlab chiqarish uchun mos bo'lgan sinterlash usullari gaz bosimini sinterlash (GPS) va issiq izostatik presslash sinterlash (HIP) hisoblanadi. Ular orasida issiq izostatik presslash texnologiyasi bosim muhiti sifatida gazdan foydalanadi va sinterlash jarayonida tananing barcha yo'nalishlarida teng bosim o'tkazadi, yuqori harorat va yuqori bosim ostida keramika zichligiga erishadi. Bu yuqori samarali kremniy nitridili keramik sharlarni-ishlab chiqarish uchun eng yaxshi jarayondir.
GPS kremniy nitridi va HIP kremniy nitridi xususiyatlarining taqqoslash jadvali
Sinterlashdan so'ng, silikon nitridli keramik to'plar ham yuqori aniqlik va past pürüzlülük, shu jumladan silliqlash, parlatish va yuqori ishlov berish jarayonlarini qondirish uchun sirtni pardozlash kerak.
Seramika strukturaviy komponentlar
Nozik keramika strukturaviy komponentlar yarimo'tkazgich uskunalarining asosiy komponentlari bo'lib, ularni tadqiq qilish, ishlab chiqish va ishlab chiqarish yarimo'tkazgich sanoatining rivojlanishiga bevosita ta'sir qiladi. Silikon nitridi past issiqlik kengayish koeffitsienti, yuqori issiqlik o'tkazuvchanligi, kimyoviy korroziyaga chidamliligi va mukammal termal zarba qarshiligiga ega. Issiq{2}}siqilgan sinterlangan Si3N4 juda yuqori qattiqlikka ega va juda yuqori-haroratga chidamli. Uning kuchi pasaymasdan 1200 daraja bo'lib qoladi va qizdirilgandan keyin suyuqlikka erimaydi. U eng yaxshi keng qamrovli ishlashga ega bo'lgan keramika materiali deb ataladi va yarimo'tkazgichli uskunalarda gofret tashuvchilar, isitgichlar, qirqish mashinasi komponentlari va boshqalarni ishlab chiqarish uchun ishlatiladi.
Silikon nitridli keramik tarkibiy qismlar, tasvir manbai: CeramTec
03 Xulosa
Silikon nitridining kelajakdagi qo'shimcha bozori an'anaviy strukturaviy keramikadan yuqori-qiymatli ilovalargacha kengaymoqda. Quvvatli yarimo'tkazgichlarga yuqori{2}}issiqlik-o'tkazuvchanlik, yuqori-ishonchli keramik taglik kerak; yangi energiya vositalariga yuqori{5}}esinishga-qarshilik, yuqori-ishonchli keramik sharlar va tegishli komponentlar kerak; yarimo'tkazgichli uskunalar yuqori{8}}tozalik, past-ifloslanish, korroziyaga-bardoshli aniqlikdagi keramika konstruksiya qismlariga muhtoj. Uzluksiz texnologik yutuqlar bilan yuqori darajadagi sanoatlashtirish va kremniy nitridili keramikani mahalliy almashtirish- uchun keng maydon va kelajakdagi ulkan rivojlanish salohiyati mavjud.