सिलिकॉन कार्बाइड सिरेमिक्सचे "क्लोन तंत्र": पाच मुख्य प्रवाहातील प्रकारांचे विश्लेषण

सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) सिरेमिक्सकमी थर्मल विस्तार गुणांक, उच्च थर्मल चालकता, उच्च कडकपणा आणि उत्कृष्ट थर्मल आणि रासायनिक स्थिरता यामुळे उच्च-तापमान स्ट्रक्चरल सिरेमिकच्या क्षेत्रात ते मुख्य साहित्य बनले आहेत. ते एरोस्पेस, अणुऊर्जा, लष्करी आणि अर्धवाहक यासारख्या प्रमुख क्षेत्रांमध्ये मोठ्या प्रमाणावर वापरले जातात.
तथापि, अत्यंत मजबूत सहसंयोजक बंध आणि SiC चे कमी प्रसार गुणांक यामुळे त्याचे घनीकरण कठीण होते. यासाठी, उद्योगाने विविध सिंटरिंग तंत्रज्ञान विकसित केले आहे आणि वेगवेगळ्या तंत्रज्ञानाद्वारे तयार केलेल्या SiC सिरेमिकमध्ये सूक्ष्म संरचना, गुणधर्म आणि अनुप्रयोग परिस्थितींमध्ये लक्षणीय फरक आहेत. येथे पाच मुख्य प्रवाहातील सिलिकॉन कार्बाइड सिरेमिकच्या मुख्य वैशिष्ट्यांचे विश्लेषण आहे.
१. नॉन-प्रेशर सिंटर केलेले SiC सिरेमिक्स (S-SiC)
मुख्य फायदे: अनेक मोल्डिंग प्रक्रियांसाठी योग्य, कमी खर्चाची, आकार आणि आकाराने मर्यादित नसलेली, मोठ्या प्रमाणात उत्पादन साध्य करण्यासाठी ही सर्वात सोपी सिंटरिंग पद्धत आहे. β – SiC मध्ये बोरॉन आणि कार्बन जोडून ज्यामध्ये ऑक्सिजनचे प्रमाण कमी असते आणि सुमारे 2000 ℃ तापमानावर निष्क्रिय वातावरणात सिंटरिंग करून, 98% सैद्धांतिक घनतेसह सिंटर केलेले शरीर मिळवता येते. दोन प्रक्रिया आहेत: घन अवस्था आणि द्रव अवस्था. पहिल्यामध्ये जास्त घनता आणि शुद्धता असते, तसेच उच्च थर्मल चालकता आणि उच्च-तापमान शक्ती असते.
ठराविक अनुप्रयोग: पोशाख-प्रतिरोधक आणि गंज-प्रतिरोधक सीलिंग रिंग्ज आणि स्लाइडिंग बेअरिंग्जचे मोठ्या प्रमाणात उत्पादन; त्याच्या उच्च कडकपणामुळे, कमी विशिष्ट गुरुत्वाकर्षणामुळे आणि चांगल्या बॅलिस्टिक कामगिरीमुळे, ते वाहने आणि जहाजांसाठी तसेच नागरी तिजोरी आणि रोख वाहतूक वाहनांचे संरक्षण करण्यासाठी बुलेटप्रूफ चिलखत म्हणून मोठ्या प्रमाणावर वापरले जाते. त्याचा मल्टी हिट रेझिस्टन्स सामान्य SiC सिरेमिकपेक्षा श्रेष्ठ आहे आणि दंडगोलाकार हलक्या वजनाच्या संरक्षणात्मक चिलखताचा फ्रॅक्चर पॉइंट 65 टनांपेक्षा जास्त असू शकतो.
२. रिअॅक्शन सिंटर केलेले SiC सिरेमिक्स (RB SiC)
मुख्य फायदे: उत्कृष्ट यांत्रिक कार्यक्षमता, उच्च शक्ती, गंज प्रतिकार आणि ऑक्सिडेशन प्रतिरोध; कमी सिंटरिंग तापमान आणि किंमत, जवळजवळ निव्वळ आकार तयार करण्यास सक्षम. या प्रक्रियेमध्ये कार्बन स्रोत SiC पावडरमध्ये मिसळून बिलेट तयार करणे समाविष्ट आहे. उच्च तापमानात, वितळलेले सिलिकॉन बिलेटमध्ये घुसते आणि कार्बनशी प्रतिक्रिया करून β – SiC तयार करते, जे मूळ α – SiC शी एकत्रित होते आणि छिद्रे भरते. सिंटरिंग दरम्यान आकार बदल कमी असतो, ज्यामुळे ते जटिल आकाराच्या उत्पादनांच्या औद्योगिक उत्पादनासाठी योग्य बनते.
ठराविक अनुप्रयोग: उच्च तापमान भट्टी उपकरणे, रेडियंट ट्यूब, उष्णता एक्सचेंजर्स, डिसल्फरायझेशन नोझल्स; कमी थर्मल एक्सपेंशन गुणांक, उच्च लवचिक मापांक आणि जवळ जाळी तयार करण्याच्या वैशिष्ट्यांमुळे, ते स्पेस रिफ्लेक्टरसाठी एक आदर्श साहित्य बनले आहे; ते इलेक्ट्रॉनिक ट्यूब आणि सेमीकंडक्टर चिप उत्पादन उपकरणांसाठी सहाय्यक फिक्स्चर म्हणून क्वार्ट्ज ग्लास देखील बदलू शकते.

३. गरम दाबलेले सिंटर केलेले SiC सिरेमिक्स (HP SiC)
मुख्य फायदा: उच्च तापमान आणि उच्च दाबाखाली सिंक्रोनस सिंटरिंग, पावडर थर्मोप्लास्टिक अवस्थेत असते, जे वस्तुमान हस्तांतरण प्रक्रियेसाठी अनुकूल असते. ते कमी तापमानात आणि कमी वेळेत बारीक धान्य, उच्च घनता आणि चांगले यांत्रिक गुणधर्म असलेली उत्पादने तयार करू शकते आणि पूर्ण घनता आणि जवळजवळ शुद्ध सिंटरिंग स्थिती प्राप्त करू शकते.
सामान्य अनुप्रयोग: व्हिएतनाम युद्धादरम्यान अमेरिकन हेलिकॉप्टर क्रू सदस्यांसाठी बुलेटप्रूफ जॅकेट म्हणून मूळतः वापरल्या जाणाऱ्या, चिलखत बाजाराची जागा गरम दाबलेल्या बोरॉन कार्बाइडने घेतली; सध्या, ते बहुतेक उच्च मूल्यवर्धित परिस्थितींमध्ये वापरले जाते, जसे की रचना नियंत्रण, शुद्धता आणि घनतेसाठी अत्यंत उच्च आवश्यकता असलेले क्षेत्र, तसेच पोशाख-प्रतिरोधक आणि आण्विक उद्योग क्षेत्रे.
४. पुनर्क्रिस्टलाइज्ड SiC सिरेमिक्स (R-SiC)
मुख्य फायदा: सिंटरिंग एड्स जोडण्याची आवश्यकता नाही, ही अति-उच्च शुद्धता आणि मोठी SiC उपकरणे तयार करण्याची एक सामान्य पद्धत आहे. या प्रक्रियेत खडबडीत आणि बारीक SiC पावडर प्रमाणात मिसळून त्यांना तयार करणे, त्यांना 2200~2450 ℃ तापमानावर निष्क्रिय वातावरणात सिंटर करणे समाविष्ट आहे. बारीक कण खडबडीत कणांच्या संपर्कात बाष्पीभवन होतात आणि घनरूप होतात आणि सिरेमिक तयार करतात, ज्यामध्ये हिऱ्यानंतर दुसऱ्या क्रमांकाची कडकपणा असते. SiC उच्च उच्च-तापमान शक्ती, गंज प्रतिकार, ऑक्सिडेशन प्रतिरोध आणि थर्मल शॉक प्रतिरोध राखते.
ठराविक अनुप्रयोग: उच्च तापमान भट्टी फर्निचर, उष्णता विनिमय करणारे, ज्वलन नोझल; अवकाश आणि लष्करी क्षेत्रात, याचा वापर इंजिन, टेल फिन आणि फ्यूजलेज सारख्या अंतराळयानाच्या संरचनात्मक घटकांच्या निर्मितीसाठी केला जातो, ज्यामुळे उपकरणांची कार्यक्षमता आणि सेवा आयुष्य सुधारू शकते.
५. सिलिकॉन घुसखोरी केलेले SiC सिरेमिक्स (SiSiC)
मुख्य फायदे: औद्योगिक उत्पादनासाठी सर्वात योग्य, कमी सिंटरिंग वेळ, कमी तापमान, पूर्णपणे दाट आणि विकृत नसलेले, SiC मॅट्रिक्स आणि घुसखोर Si फेज बनलेले, दोन प्रक्रियांमध्ये विभागलेले: द्रव घुसखोरी आणि वायू घुसखोरी. नंतरच्याची किंमत जास्त आहे परंतु मुक्त सिलिकॉनची घनता आणि एकरूपता चांगली आहे.
ठराविक अनुप्रयोग: कमी सच्छिद्रता, चांगली हवाबंदता आणि कमी प्रतिकार स्थिर वीज काढून टाकण्यास अनुकूल आहेत, मोठे, जटिल किंवा पोकळ भाग तयार करण्यासाठी योग्य आहेत, अर्धवाहक प्रक्रिया उपकरणांमध्ये मोठ्या प्रमाणावर वापरले जातात; त्याच्या उच्च लवचिक मापांक, हलके, उच्च शक्ती आणि उत्कृष्ट हवाबंदतेमुळे, हे एरोस्पेस क्षेत्रातील पसंतीचे उच्च-कार्यक्षमता सामग्री आहे, जे अवकाश वातावरणात भार सहन करू शकते आणि उपकरणांची अचूकता आणि सुरक्षितता सुनिश्चित करू शकते.