સિલિકોન કાર્બાઇડ સિરામિક્સની "ક્લોન ટેકનિક": પાંચ મુખ્ય પ્રવાહના પ્રકારોનું વિશ્લેષણ

સિલિકોન કાર્બાઇડ (SiC) સિરામિક્સતેમના ઓછા થર્મલ વિસ્તરણ ગુણાંક, ઉચ્ચ થર્મલ વાહકતા, ઉચ્ચ કઠિનતા અને ઉત્તમ થર્મલ અને રાસાયણિક સ્થિરતાને કારણે ઉચ્ચ-તાપમાન માળખાકીય સિરામિક્સના ક્ષેત્રમાં મુખ્ય સામગ્રી બની ગયા છે. એરોસ્પેસ, પરમાણુ ઊર્જા, લશ્કરી અને સેમિકન્ડક્ટર જેવા મુખ્ય ક્ષેત્રોમાં તેનો વ્યાપકપણે ઉપયોગ થાય છે.
જોકે, અત્યંત મજબૂત સહસંયોજક બંધનો અને SiC ના ઓછા પ્રસરણ ગુણાંક તેના ઘનકરણને મુશ્કેલ બનાવે છે. આ માટે, ઉદ્યોગે વિવિધ સિન્ટરિંગ તકનીકો વિકસાવી છે, અને વિવિધ તકનીકો દ્વારા તૈયાર કરાયેલ SiC સિરામિક્સમાં માઇક્રોસ્ટ્રક્ચર, ગુણધર્મો અને એપ્લિકેશન દૃશ્યોમાં નોંધપાત્ર તફાવત છે. અહીં પાંચ મુખ્ય પ્રવાહના સિલિકોન કાર્બાઇડ સિરામિક્સની મુખ્ય લાક્ષણિકતાઓનું વિશ્લેષણ છે.
૧. નોન-પ્રેશર સિન્ટર્ડ SiC સિરામિક્સ (S-SiC)
મુખ્ય ફાયદા: બહુવિધ મોલ્ડિંગ પ્રક્રિયાઓ માટે યોગ્ય, ઓછી કિંમત, આકાર અને કદ દ્વારા મર્યાદિત નહીં, તે મોટા પાયે ઉત્પાદન પ્રાપ્ત કરવા માટે સૌથી સરળ સિન્ટરિંગ પદ્ધતિ છે. ઓક્સિજનની ટ્રેસ માત્રા ધરાવતા β – SiC માં બોરોન અને કાર્બન ઉમેરીને અને લગભગ 2000 ℃ પર નિષ્ક્રિય વાતાવરણ હેઠળ તેને સિન્ટર કરીને, 98% ની સૈદ્ધાંતિક ઘનતા સાથે સિન્ટર્ડ બોડી મેળવી શકાય છે. બે પ્રક્રિયાઓ છે: ઘન તબક્કો અને પ્રવાહી તબક્કો. પહેલામાં ઉચ્ચ ઘનતા અને શુદ્ધતા, તેમજ ઉચ્ચ થર્મલ વાહકતા અને ઉચ્ચ-તાપમાન શક્તિ છે.
લાક્ષણિક ઉપયોગો: વસ્ત્રો-પ્રતિરોધક અને કાટ-પ્રતિરોધક સીલિંગ રિંગ્સ અને સ્લાઇડિંગ બેરિંગ્સનું મોટા પાયે ઉત્પાદન; તેની ઉચ્ચ કઠિનતા, ઓછી ચોક્કસ ગુરુત્વાકર્ષણ અને સારી બેલિસ્ટિક કામગીરીને કારણે, તેનો વ્યાપકપણે વાહનો અને જહાજો માટે બુલેટપ્રૂફ બખ્તર તરીકે ઉપયોગ થાય છે, તેમજ નાગરિક સલામત અને રોકડ પરિવહન વાહનોના રક્ષણ માટે પણ તેનો ઉપયોગ થાય છે. તેનો મલ્ટી હિટ પ્રતિકાર સામાન્ય SiC સિરામિક્સ કરતાં શ્રેષ્ઠ છે, અને નળાકાર હળવા વજનના રક્ષણાત્મક બખ્તરનો ફ્રેક્ચર પોઇન્ટ 65 ટનથી વધુ સુધી પહોંચી શકે છે.
2. રિએક્શન સિન્ટર્ડ SiC સિરામિક્સ (RB SiC)
મુખ્ય ફાયદા: ઉત્તમ યાંત્રિક કામગીરી, ઉચ્ચ શક્તિ, કાટ પ્રતિકાર અને ઓક્સિડેશન પ્રતિકાર; ઓછું સિન્ટરિંગ તાપમાન અને ખર્ચ, જે ચોખ્ખા કદની નજીક બનવા માટે સક્ષમ છે. આ પ્રક્રિયામાં કાર્બન સ્ત્રોતને SiC પાવડર સાથે ભેળવીને બિલેટ બનાવવામાં આવે છે. ઊંચા તાપમાને, પીગળેલું સિલિકોન બિલેટમાં ઘૂસી જાય છે અને કાર્બન સાથે પ્રતિક્રિયા કરીને β – SiC બનાવે છે, જે મૂળ α – SiC સાથે જોડાય છે અને છિદ્રો ભરે છે. સિન્ટરિંગ દરમિયાન કદમાં ફેરફાર નાનો હોય છે, જે તેને જટિલ આકારના ઉત્પાદનોના ઔદ્યોગિક ઉત્પાદન માટે યોગ્ય બનાવે છે.
લાક્ષણિક ઉપયોગો: ઉચ્ચ તાપમાન ભઠ્ઠાના સાધનો, રેડિયન્ટ ટ્યુબ, હીટ એક્સ્ચેન્જર્સ, ડિસલ્ફ્યુરાઇઝેશન નોઝલ; તેના ઓછા થર્મલ વિસ્તરણ ગુણાંક, ઉચ્ચ સ્થિતિસ્થાપક મોડ્યુલસ અને નજીકની નેટ રચના લાક્ષણિકતાઓને કારણે, તે અવકાશ પરાવર્તકો માટે એક આદર્શ સામગ્રી બની ગયું છે; તે ઇલેક્ટ્રોનિક ટ્યુબ અને સેમિકન્ડક્ટર ચિપ ઉત્પાદન સાધનો માટે સહાયક ફિક્સ્ચર તરીકે ક્વાર્ટઝ ગ્લાસને પણ બદલી શકે છે.

૩. ગરમ દબાયેલા સિન્ટર્ડ SiC સિરામિક્સ (HP SiC)
મુખ્ય ફાયદો: ઉચ્ચ તાપમાન અને ઉચ્ચ દબાણ હેઠળ સિંક્રનસ સિન્ટરિંગ, પાવડર થર્મોપ્લાસ્ટિક સ્થિતિમાં હોય છે, જે માસ ટ્રાન્સફર પ્રક્રિયા માટે અનુકૂળ છે. તે ઓછા તાપમાને અને ઓછા સમયમાં બારીક અનાજ, ઉચ્ચ ઘનતા અને સારા યાંત્રિક ગુણધર્મોવાળા ઉત્પાદનોનું ઉત્પાદન કરી શકે છે, અને સંપૂર્ણ ઘનતા અને શુદ્ધ સિન્ટરિંગ સ્થિતિ પ્રાપ્ત કરી શકે છે.
લાક્ષણિક એપ્લિકેશન: મૂળરૂપે વિયેતનામ યુદ્ધ દરમિયાન યુએસ હેલિકોપ્ટર ક્રૂ સભ્યો માટે બુલેટપ્રૂફ વેસ્ટ તરીકે ઉપયોગમાં લેવાતા, બખ્તર બજારને ગરમ દબાયેલા બોરોન કાર્બાઇડ દ્વારા બદલવામાં આવ્યું હતું; હાલમાં, તેનો ઉપયોગ મોટે ભાગે ઉચ્ચ મૂલ્યવર્ધિત પરિસ્થિતિઓમાં થાય છે, જેમ કે રચના નિયંત્રણ, શુદ્ધતા અને ઘનતા માટે અત્યંત ઉચ્ચ આવશ્યકતાઓ ધરાવતા ક્ષેત્રો, તેમજ વસ્ત્રો-પ્રતિરોધક અને પરમાણુ ઉદ્યોગ ક્ષેત્રો.
૪. રિક્રિસ્ટલાઇઝ્ડ SiC સિરામિક્સ (R-SiC)
મુખ્ય ફાયદો: સિન્ટરિંગ એડ્સ ઉમેરવાની જરૂર નથી, તે અતિ-ઉચ્ચ શુદ્ધતા અને મોટા SiC ઉપકરણો તૈયાર કરવા માટે એક સામાન્ય પદ્ધતિ છે. આ પ્રક્રિયામાં બરછટ અને બારીક SiC પાવડરને પ્રમાણમાં ભેળવીને તેમને બનાવવાનો સમાવેશ થાય છે, તેમને 2200~2450 ℃ પર નિષ્ક્રિય વાતાવરણમાં સિન્ટર કરવાનો સમાવેશ થાય છે. બારીક કણો બાષ્પીભવન થાય છે અને બરછટ કણો વચ્ચેના સંપર્કમાં ઘટ્ટ થાય છે અને સિરામિક્સ બનાવે છે, જેમાં હીરા પછી બીજા ક્રમે કઠિનતા હોય છે. SiC ઉચ્ચ ઉચ્ચ-તાપમાન શક્તિ, કાટ પ્રતિકાર, ઓક્સિડેશન પ્રતિકાર અને થર્મલ શોક પ્રતિકાર જાળવી રાખે છે.
લાક્ષણિક ઉપયોગો: ઉચ્ચ તાપમાન ભઠ્ઠા ફર્નિચર, હીટ એક્સ્ચેન્જર્સ, કમ્બશન નોઝલ; એરોસ્પેસ અને લશ્કરી ક્ષેત્રોમાં, તેનો ઉપયોગ એન્જિન, ટેઇલ ફિન્સ અને ફ્યુઝલેજ જેવા અવકાશયાનના માળખાકીય ઘટકોના ઉત્પાદન માટે થાય છે, જે સાધનોની કામગીરી અને સેવા જીવનને સુધારી શકે છે.
5. સિલિકોન ઘૂસણખોરી SiC સિરામિક્સ (SiSiC)
મુખ્ય ફાયદા: ઔદ્યોગિક ઉત્પાદન માટે સૌથી યોગ્ય, ટૂંકા સિન્ટરિંગ સમય સાથે, નીચા તાપમાને, સંપૂર્ણપણે ગાઢ અને બિન-વિકૃત, SiC મેટ્રિક્સ અને ઘૂસણખોર Si તબક્કાથી બનેલું, બે પ્રક્રિયાઓમાં વિભાજિત: પ્રવાહી ઘૂસણખોરી અને ગેસ ઘૂસણખોરી. બાદમાં વધુ કિંમત ધરાવે છે પરંતુ મુક્ત સિલિકોનની ઘનતા અને એકરૂપતા વધુ સારી છે.
લાક્ષણિક ઉપયોગો: ઓછી છિદ્રાળુતા, સારી હવાચુસ્તતા અને ઓછી પ્રતિકાર સ્થિર વીજળીને દૂર કરવા માટે અનુકૂળ છે, મોટા, જટિલ અથવા હોલો ભાગોના ઉત્પાદન માટે યોગ્ય છે, જે સેમિકન્ડક્ટર પ્રોસેસિંગ સાધનોમાં વ્યાપકપણે ઉપયોગમાં લેવાય છે; તેના ઉચ્ચ સ્થિતિસ્થાપક મોડ્યુલસ, હલકો વજન, ઉચ્ચ શક્તિ અને ઉત્તમ હવાચુસ્તતાને કારણે, તે એરોસ્પેસ ક્ષેત્રમાં પસંદગીની ઉચ્ચ-પ્રદર્શન સામગ્રી છે, જે અવકાશ વાતાવરણમાં ભારનો સામનો કરી શકે છે અને સાધનોની ચોકસાઈ અને સલામતી સુનિશ્ચિત કરી શકે છે.