Yüksek saflıkta silisyum karbür (SiC) seramikler, olağanüstü termal iletkenlikleri, kimyasal kararlılıkları ve mekanik mukavemetleri sayesinde yarı iletken, havacılık ve kimya endüstrilerindeki kritik bileşenler için ideal malzemeler olarak ortaya çıkmıştır. Yüksek performanslı ve düşük kirlilikli seramik cihazlara olan talebin artmasıyla birlikte, yüksek saflıkta SiC seramikler için verimli ve ölçeklenebilir hazırlama teknolojilerinin geliştirilmesi küresel bir araştırma odağı haline gelmiştir. Bu makale, yeniden kristalleştirme sinterlemesi, basınçsız sinterleme (PS), sıcak presleme (HP), kıvılcım plazma sinterlemesi (SPS) ve katkısal üretim (AM) dahil olmak üzere yüksek saflıkta SiC seramikler için mevcut başlıca hazırlama yöntemlerini sistematik olarak inceleyerek, sinterleme mekanizmalarını, temel parametreleri, malzeme özelliklerini ve her bir sürecin mevcut zorluklarını ele almaktadır.
SiC seramiklerinin askeri ve mühendislik alanlarındaki uygulamaları
Günümüzde yüksek saflıktaki SiC seramik bileşenler, oksidasyon, litografi, aşındırma ve iyon aşılama gibi temel işlemlere katılarak silikon yonga üretim ekipmanlarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Yonga teknolojisindeki gelişmelerle birlikte, yonga boyutlarının artırılması önemli bir trend haline gelmiştir. Günümüzde yaygın olarak kullanılan yonga boyutu 300 mm'dir ve maliyet ile üretim kapasitesi arasında iyi bir denge sağlamaktadır. Ancak Moore Yasası'nın etkisiyle 450 mm yongaların seri üretimi halihazırda gündemdedir. Daha büyük yongalar, eğilme ve deformasyona karşı koymak için genellikle daha yüksek yapısal mukavemet gerektirir ve bu da büyük boyutlu, yüksek mukavemetli, yüksek saflıktaki SiC seramik bileşenlere olan talebi daha da artırır. Son yıllarda, kalıp gerektirmeyen hızlı prototipleme teknolojisi olan eklemeli üretim (3B baskı), katman katman yapısı ve esnek tasarım yetenekleri sayesinde karmaşık yapılı SiC seramik parçaların üretiminde muazzam bir potansiyel göstermiş ve yaygın ilgi görmüştür.
Bu makalede, yüksek saflıktaki SiC seramikleri için beş temsili hazırlama yöntemi (yeniden kristalleştirme sinterlemesi, basınçsız sinterleme, sıcak presleme, kıvılcım plazma sinterlemesi ve katkısal üretim) sistematik olarak analiz edilecek ve bu yöntemlerin sinterleme mekanizmaları, proses optimizasyon stratejileri, malzeme performans özellikleri ve endüstriyel uygulama beklentileri üzerinde durulacaktır.
Yüksek saflıkta silisyum karbür hammadde gereksinimleri
I. Yeniden Kristallendirme Sinterleme
Yeniden kristalleştirilmiş silisyum karbür (RSiC), 2100-2500°C gibi yüksek sıcaklıklarda sinterleme yardımcıları kullanılmadan hazırlanan yüksek saflıkta bir SiC malzemesidir. Fredriksson'un 19. yüzyılın sonlarında yeniden kristalleşme olgusunu ilk keşfetmesinden bu yana, RSiC temiz tane sınırları ve cam fazları ile safsızlıkların bulunmaması nedeniyle önemli ilgi görmüştür. Yüksek sıcaklıklarda, SiC nispeten yüksek buhar basıncı sergiler ve sinterleme mekanizması esas olarak bir buharlaşma-yoğunlaşma sürecini içerir: ince taneler buharlaşır ve daha büyük tanelerin yüzeylerinde yeniden birikerek boyun büyümesini ve taneler arasında doğrudan bağlanmayı teşvik eder ve böylece malzeme mukavemetini artırır.
Kriegesmann, 1990 yılında, 2200°C'de %79,1 bağıl yoğunlukta, kesiti iri taneli ve gözenekli bir mikro yapı gösteren çamur döküm yöntemiyle RSiC hazırladı. Daha sonra, Yi ve arkadaşları, jel döküm yöntemiyle ham gövdeler hazırladı ve bunları 2450°C'de sinterleyerek, 2,53 g/cm³ hacim yoğunluğuna ve 55,4 MPa eğilme dayanımına sahip RSiC seramikleri elde etti.
RSiC'nin SEM kırılma yüzeyi
Yoğun SiC ile karşılaştırıldığında, RSiC daha düşük yoğunluğa (yaklaşık 2,5 g/cm³) ve yaklaşık %20 açık gözenekliliğe sahiptir ve bu da yüksek mukavemetli uygulamalardaki performansını sınırlar. Bu nedenle, RSiC'nin yoğunluğunu ve mekanik özelliklerini iyileştirmek önemli bir araştırma odağı haline gelmiştir. Sung ve arkadaşları, erimiş silisyumu karbon/β-SiC karışık kompaktlara sızdırmayı ve 2200°C'de yeniden kristalleştirmeyi önererek, α-SiC iri taneciklerinden oluşan bir ağ yapısını başarıyla oluşturmuştur. Elde edilen RSiC, 2,7 g/cm³ yoğunluğa ve 134 MPa eğilme dayanımına ulaşmış ve yüksek sıcaklıklarda mükemmel mekanik stabilite sağlamıştır.
Yoğunluğu daha da artırmak için Guo ve arkadaşları, RSiC'nin çoklu işlemleri için polimer infiltrasyon ve piroliz (PIP) teknolojisini kullandılar. PCS/ksilen çözeltileri ve SiC/PCS/ksilen bulamaçlarını infiltran olarak kullanarak, 3-6 PIP döngüsünden sonra RSiC'nin yoğunluğu önemli ölçüde iyileşti (2,90 g/cm³'e kadar) ve eğilme dayanımı arttı. Ayrıca, PIP ve yeniden kristalleşmeyi birleştiren döngüsel bir strateji önerdiler: 1400°C'de piroliz ve ardından 2400°C'de yeniden kristalleşme, parçacık tıkanıklıklarını etkili bir şekilde temizleyerek gözenekliliği azalttı. Nihai RSiC malzemesi, 2,99 g/cm³ yoğunluğa ve 162,3 MPa eğilme dayanımına ulaşarak olağanüstü kapsamlı bir performans sergiledi.
Polimer emdirme ve piroliz (PIP)-yeniden kristalleştirme döngülerinden sonra cilalı RSiC'nin mikro yapı evriminin SEM görüntüleri: İlk RSiC (A), ilk PIP-yeniden kristalleştirme döngüsünden sonra (B) ve üçüncü döngüden sonra (C)
II. Basınçsız Sinterleme
Basınçsız sinterlenmiş silisyum karbür (SiC) seramikleri, genellikle hammadde olarak yüksek saflıkta, ultra ince SiC tozu kullanılarak, az miktarda sinterleme yardımcıları eklenerek hazırlanır ve 1800-2150°C'de inert atmosferde veya vakumda sinterlenir. Bu yöntem, büyük boyutlu ve karmaşık yapılı seramik bileşenlerin üretimi için uygundur. Ancak, SiC esas olarak kovalent bağlı olduğundan, öz difüzyon katsayısı son derece düşüktür ve bu da sinterleme yardımcıları olmadan yoğunlaştırmayı zorlaştırır.
Sinterleme mekanizmasına göre basınçsız sinterleme, basınçsız sıvı faz sinterlemesi (PLS-SiC) ve basınçsız katı hal sinterlemesi (PSS-SiC) olmak üzere iki kategoriye ayrılabilir.
1.1 PLS-SiC (Sıvı Faz Sinterleme)
PLS-SiC, genellikle yaklaşık %10 ağırlık oranında ötektik sinterleme yardımcıları (Al₂O₃, CaO, MgO, TiO₂ ve nadir toprak oksitleri RE₂O₃ gibi) eklenerek 2000°C'nin altında sinterlenir ve sıvı faz oluşturularak partikül yeniden düzenlenmesi ve kütle transferi desteklenerek yoğunlaşma sağlanır. Bu işlem, endüstriyel sınıf SiC seramikler için uygundur, ancak sıvı faz sinterleme yoluyla yüksek saflıkta SiC elde edildiğine dair herhangi bir rapor bulunmamaktadır.
1.2 PSS-SiC (Katı Hal Sinterleme)
PSS-SiC, yaklaşık %1 ağırlık oranında katkı maddeleriyle 2000°C'nin üzerindeki sıcaklıklarda katı hal yoğunlaştırmasını içerir. Bu işlem, yüzey enerjisini azaltmak ve yoğunlaştırma sağlamak için esas olarak yüksek sıcaklıklarla yönlendirilen atomik difüzyon ve tane yeniden düzenlemesine dayanır. BC (bor-karbon) sistemi, tane sınırı enerjisini düşürebilen ve SiC yüzeyinden SiO₂'yi uzaklaştırabilen yaygın bir katkı maddesi kombinasyonudur. Ancak, geleneksel BC katkı maddeleri genellikle kalıntı safsızlıklar oluşturarak SiC saflığını azaltır.
Katkı maddesi içeriğinin kontrol edilmesiyle (B %0,4 ağırlık, C %1,8 ağırlık) ve 2150°C'de 0,5 saat sinterlemeyle, %99,6 ağırlık saflığına ve %98,4 bağıl yoğunluğa sahip yüksek saflıkta SiC seramikleri elde edildi. Mikro yapı, tane sınırlarında küçük gözenekler ve tanelerin içinde grafit parçacıkları bulunan sütunsu taneler (bazıları 450 µm'yi aşan uzunlukta) gösterdi. Seramikler, oda sıcaklığı ile 600°C aralığında 443 ± 27 MPa eğilme dayanımı, 420 ± 1 GPa elastikiyet modülü ve 3,84 × 10⁻⁶ K⁻¹ termal genleşme katsayısı sergileyerek genel olarak mükemmel bir performans gösterdi.
PSS-SiC'nin mikro yapısı: (A) Parlatma ve NaOH aşındırma işleminden sonra SEM görüntüsü; (BD) Parlatma ve aşındırma işleminden sonra BSD görüntüleri
III. Sıcak Presleme Sinterleme
Sıcak presleme (YP) sinterleme, toz malzemelere yüksek sıcaklık ve yüksek basınç koşulları altında eş zamanlı olarak ısı ve tek eksenli basınç uygulayan bir yoğunlaştırma tekniğidir. Yüksek basınç, gözenek oluşumunu önemli ölçüde engeller ve tane büyümesini sınırlar; yüksek sıcaklık ise tane kaynaşmasını ve yoğun yapıların oluşumunu destekleyerek yüksek yoğunluklu, yüksek saflıkta SiC seramikleri üretir. Preslemenin yönlü yapısı nedeniyle, bu işlem tane anizotropisine neden olarak mekanik ve aşınma özelliklerini etkiler.
Saf SiC seramiklerini katkı maddesi olmadan yoğunlaştırmak zordur ve ultra yüksek basınçlı sinterleme gerektirir. Nadeau ve arkadaşları, 2500 °C ve 5000 MPa'da katkı maddesi olmadan tam yoğun SiC'yi başarıyla hazırladı; Sun ve arkadaşları, 25 GPa ve 1400 °C'de 41,5 GPa'ya kadar Vickers sertliğine sahip β-SiC dökme malzemeler elde etti. 4 GPa basınç kullanılarak, sırasıyla 1500 °C ve 1900 °C'de yaklaşık %98 ve %99 bağıl yoğunluğa, 35 GPa sertliğe ve 450 GPa elastik modülüne sahip SiC seramikleri hazırlandı. 5 GPa ve 1500 °C'de mikron boyutundaki SiC tozunun sinterlenmesiyle 31,3 GPa sertliğe ve %98,4 bağıl yoğunluğa sahip seramikler elde edildi.
Bu sonuçlar, ultra yüksek basıncın katkı maddesi içermeyen yoğunlaştırma sağlayabileceğini gösterse de, gerekli ekipmanın karmaşıklığı ve yüksek maliyeti endüstriyel uygulamaları sınırlamaktadır. Bu nedenle, pratik hazırlamada, sinterleme itici kuvvetini artırmak için genellikle eser miktarda katkı maddesi veya toz granülasyon kullanılır.
%4 ağırlık oranında fenolik reçine katkı maddesi olarak eklenip 2350°C ve 50 MPa'da sinterlenerek, %92 yoğunlaşma oranına ve %99,998 saflığa sahip SiC seramikler elde edildi. Düşük katkı maddeleri (borik asit ve D-fruktoz) kullanılarak ve 2050°C ve 40 MPa'da sinterlenerek, bağıl yoğunluğu >%99,5 ve kalıntı B içeriği yalnızca 556 ppm olan yüksek saflıkta SiC hazırlandı. SEM görüntüleri, basınçsız sinterlenmiş numunelerle karşılaştırıldığında, sıcak preslenmiş numunelerin daha küçük tanelere, daha az gözeneklere ve daha yüksek yoğunluğa sahip olduğunu gösterdi. Eğilme dayanımı 453,7 ± 44,9 MPa ve elastik modülü 444,3 ± 1,1 GPa'ya ulaştı.
1900°C'de tutma süresinin uzatılmasıyla tane boyutu 1,5 μm'den 1,8 μm'ye çıkarıldı ve ısıl iletkenlik 155'ten 167 W·m⁻¹·K⁻¹'ye yükselirken, plazma korozyon direnci de artırıldı.
1850°C ve 30 MPa koşullarında, granüle edilmiş ve tavlanmış SiC tozunun sıcak preslenmesi ve hızlı sıcak preslenmesi, herhangi bir katkı maddesi içermeyen, 3,2 g/cm³ yoğunluğa ve geleneksel işlemlere göre 150-200°C daha düşük sinterleme sıcaklığına sahip tam yoğunluklu β-SiC seramikleri üretti. Seramikler, 2729 GPa sertlik, 5,25-5,30 MPa·m^1/2 kırılma tokluğu ve mükemmel sürünme direnci (1400°C/1450°C ve 100 MPa'da 9,9 × 10⁻¹⁰ s⁻¹ ve 3,8 × 10⁻⁹ s⁻¹ sürünme hızları) sergiledi.
(A) Cilalı yüzeyin SEM görüntüsü; (B) Kırık yüzeyin SEM görüntüsü; (C, D) Cilalı yüzeyin BSD görüntüsü
Piezoelektrik seramikler için 3B baskı araştırmalarında, şekillendirme ve performansı etkileyen temel faktör olan seramik bulamacı, yurt içinde ve yurt dışında önemli bir odak noktası haline gelmiştir. Mevcut çalışmalar, toz parçacık boyutu, bulamaç viskozitesi ve katı içerik gibi parametrelerin, nihai ürünün şekillendirme kalitesini ve piezoelektrik özelliklerini önemli ölçüde etkilediğini göstermektedir.
Araştırmalar, mikron, alt mikron ve nano boyutlu baryum titanat tozları kullanılarak hazırlanan seramik bulamaçlarının stereolitografi (örneğin LCD-SLA) işlemlerinde önemli farklılıklar gösterdiğini ortaya koymuştur. Parçacık boyutu azaldıkça bulamaç viskozitesi belirgin şekilde artmış ve nano boyutlu tozlar milyarlarca mPa·s'ye ulaşan viskozitelere sahip bulamaçlar üretmiştir. Mikron boyutlu toz içeren bulamaçlar baskı sırasında delaminasyona ve soyulmaya eğilimliyken, alt mikron ve nano boyutlu tozlar daha kararlı bir şekillendirme davranışı sergilemiştir. Yüksek sıcaklıkta sinterlemeden sonra, elde edilen seramik numuneler 5,44 g/cm³ yoğunluğa, yaklaşık 200 pC/N'lik bir piezoelektrik katsayısına (d₃₃) ve düşük kayıp faktörlerine ulaşarak mükemmel elektromekanik tepki özellikleri sergilemiştir.
Ek olarak, mikro-stereolitografi işlemlerinde, PZT tipi bulamaçların katı içeriğinin ayarlanması (örneğin, %75 ağırlık), kutuplanan elektrik alanları altında 600 pC/N'ye kadar piezoelektrik sabiti elde ederek, 7,35 g/cm³ yoğunluğa sahip sinterlenmiş gövdeler elde edilmesini sağlamıştır. Mikro ölçekli deformasyon telafisi üzerine yapılan araştırmalar, şekillendirme doğruluğunu önemli ölçüde artırarak geometrik hassasiyeti %80'e kadar artırmıştır.
PMN-PT piezoelektrik seramikleri üzerine yapılan bir başka çalışma, katı içeriğin seramik yapısını ve elektriksel özelliklerini kritik bir şekilde etkilediğini ortaya koymuştur. %80 ağırlık oranında katı içeriğinde, seramiklerde kolayca yan ürünler oluşmuştur; katı içeriği %82 ağırlık ve üzerine çıktıkça yan ürünler kademeli olarak kaybolmuş ve seramik yapısı daha saf hale gelerek performansta önemli bir iyileşme sağlanmıştır. %82 ağırlık oranında seramikler optimum elektriksel özellikler sergilemiştir: 730 pC/N piezoelektrik sabiti, 7226 bağıl geçirgenlik ve yalnızca 0,07 dielektrik kaybı.
Özetle, seramik bulamaçlarının parçacık boyutu, katı içeriği ve reolojik özellikleri, yalnızca baskı sürecinin kararlılığını ve doğruluğunu etkilemekle kalmaz, aynı zamanda sinterlenmiş gövdelerin yoğunluğunu ve piezoelektrik tepkisini doğrudan belirler ve bunları yüksek performanslı 3D baskılı piezoelektrik seramikler elde etmek için temel parametreler haline getirir.
BT/UV numunelerinin LCD-SLA 3D baskısının ana süreci
Farklı katı içeriklere sahip PMN-PT seramiklerinin özellikleri
IV. Kıvılcım Plazma Sinterleme
Kıvılcım plazma sinterlemesi (SPS), tozlara aynı anda uygulanan darbeli akım ve mekanik basıncı kullanarak hızlı bir yoğunlaştırma sağlayan gelişmiş bir sinterleme teknolojisidir. Bu işlemde, akım kalıbı ve tozu doğrudan ısıtarak Joule ısısı ve plazma üretir ve kısa sürede (genellikle 10 dakika içinde) verimli bir sinterleme sağlar. Hızlı ısıtma yüzey difüzyonunu desteklerken, kıvılcım deşarjı toz yüzeylerinden adsorbe olmuş gazları ve oksit tabakalarını uzaklaştırarak sinterleme performansını artırır. Elektromanyetik alanların neden olduğu elektromigrasyon etkisi de atomik difüzyonu artırır.
Geleneksel sıcak preslemeye kıyasla, SPS daha doğrudan ısıtma kullanır, daha düşük sıcaklıklarda yoğunlaşmayı mümkün kılarken, tane büyümesini etkili bir şekilde engelleyerek ince ve homojen mikro yapılar elde edilmesini sağlar. Örneğin:
- Hiçbir katkı maddesi kullanılmadan, hammadde olarak öğütülmüş SiC tozu kullanılarak, 2100°C ve 70 MPa basınçta 30 dakika sinterleme işlemi sonucunda %98 bağıl yoğunluğa sahip numuneler elde edildi.
- 1700°C ve 40 MPa'da 10 dakika sinterleme sonucunda %98 yoğunlukta ve sadece 30-50 nm tane boyutlarında kübik SiC üretildi.
- 80 µm granüler SiC tozunun 1860°C ve 50 MPa'da 5 dakika sinterlenmesi sonucunda %98,5 bağıl yoğunluğa, 28,5 GPa Vickers mikro sertliğine, 395 MPa eğilme dayanımına ve 4,5 MPa·m^1/2 kırılma tokluğuna sahip yüksek performanslı SiC seramikleri elde edildi.
Mikroyapısal analiz, sinterleme sıcaklığının 1600°C'den 1860°C'ye çıkmasıyla birlikte malzeme gözenekliliğinin önemli ölçüde azaldığını ve yüksek sıcaklıklarda tam yoğunluğa yaklaştığını gösterdi.
Farklı sıcaklıklarda sinterlenen SiC seramiklerinin mikro yapısı: (A) 1600°C, (B) 1700°C, (C) 1790°C ve (D) 1860°C
V. Katmanlı Üretim
Katmanlı üretim (AM), katman katman üretim süreci sayesinde karmaşık seramik bileşenlerin üretiminde son zamanlarda muazzam bir potansiyel göstermiştir. SiC seramikler için, bağlayıcı püskürtme (BJ), 3DP, seçici lazer sinterleme (SLS), doğrudan mürekkeple yazma (DIW) ve stereolitografi (SL, DLP) dahil olmak üzere birçok AM teknolojisi geliştirilmiştir. Ancak, 3DP ve DIW daha düşük hassasiyete sahipken, SLS termal stres ve çatlaklara neden olma eğilimindedir. Buna karşılık, BJ ve SL, yüksek saflıkta ve yüksek hassasiyette karmaşık seramiklerin üretiminde daha büyük avantajlar sunar.
- Bağlayıcı Püskürtme (BJ)
BJ teknolojisi, bağlayıcının bağlayıcı tozu oluşturmak için katman katman püskürtülmesini, ardından bağlayıcının ayrıştırılmasını ve sinterlenmesini içerir ve nihai seramik ürünü elde edilir. BJ'nin kimyasal buhar infiltrasyonu (CVI) ile birleştirilmesiyle, yüksek saflıkta, tamamen kristal SiC seramikler başarıyla üretilmiştir. İşlem şunları içerir:
① BJ kullanılarak SiC seramik yeşil gövdelerin oluşturulması.
② 1000°C ve 200 Torr'da CVI ile yoğunlaştırma.
③ Son SiC seramiğinin yoğunluğu 2,95 g/cm³, ısı iletkenliği 37 W/m·K ve eğilme dayanımı 297 MPa idi.
Yapışkan püskürtmeli (BJ) baskının şematik diyagramı. (A) Bilgisayar destekli tasarım (CAD) modeli, (B) BJ prensibinin şematik diyagramı, (C) BJ ile SiC baskısı, (D) kimyasal buhar infiltrasyonu (CVI) ile SiC'nin yoğunlaştırılması
- Stereolitografi (SL)
SL, son derece yüksek hassasiyet ve karmaşık yapı üretim yeteneklerine sahip, UV kürleme tabanlı bir seramik şekillendirme teknolojisidir. Bu yöntem, yüksek katı madde içeriğine ve düşük viskoziteye sahip ışığa duyarlı seramik bulamaçlarını kullanarak fotopolimerizasyon yoluyla 3 boyutlu seramik yeşil gövdeler oluşturur ve ardından bağlayıcıların ayrıştırılması ve yüksek sıcaklıkta sinterleme ile nihai ürünü elde eder.
Hacimce %35 SiC bulamacı kullanılarak, 405 nm UV ışınımı altında yüksek kaliteli 3 boyutlu yeşil gövdeler hazırlanmış ve 800°C'de polimer yakma ve PIP işlemiyle daha da yoğunlaştırılmıştır. Sonuçlar, hacimce %35 bulamaçla hazırlanan numunelerin %84,8'lik bir bağıl yoğunluğa ulaştığını ve %30 ve %40'lık kontrol gruplarını geride bıraktığını göstermiştir.
Bulamacı modifiye etmek için lipofilik SiO₂ ve fenolik epoksi reçinesi (PEA) eklenerek fotopolimerizasyon performansı etkili bir şekilde iyileştirildi. 1600°C'de 4 saat sinterlemenin ardından, yalnızca %0,12'lik son oksijen içeriğiyle neredeyse tam bir SiC dönüşümü sağlandı ve bu da ön oksidasyon veya ön infiltrasyon adımları olmadan tek adımda yüksek saflıkta, karmaşık yapılı SiC seramiklerinin üretilmesini mümkün kıldı.
Baskı yapısının ve sinterleme işleminin gösterimi. Numunenin (A) 25°C'de kurutulduktan, (B) 1000°C'de piroliz edildikten ve (C) 1600°C'de sinterlendikten sonraki görünümü.
Stereolitografi 3B baskı için fotoduyarlı Si₃N₄ seramik bulamaçları tasarlanarak ve bağlayıcı giderme-ön sinterleme ve yüksek sıcaklıkta yaşlandırma işlemleri uygulanarak, %93,3 teorik yoğunluğa, 279,8 MPa çekme dayanımına ve 308,5-333,2 MPa eğilme dayanımına sahip Si₃N₄ seramikler hazırlanmıştır. Yapılan çalışmalar, hacimce %45 katı madde içeriği ve 10 saniyelik maruz kalma süresi koşulları altında, IT77 seviyesinde kürleme hassasiyetine sahip tek katmanlı yeşil cisimlerin elde edilebileceğini göstermiştir. 0,1 °C/dk ısıtma hızına sahip düşük sıcaklıkta bir bağlayıcı giderme işlemi, çatlaksız yeşil cisimlerin üretilmesine yardımcı olmuştur.
Sinterleme, stereolitografide nihai performansı etkileyen önemli bir adımdır. Araştırmalar, sinterleme yardımcılarının eklenmesinin seramik yoğunluğunu ve mekanik özelliklerini etkili bir şekilde iyileştirebileceğini göstermektedir. Yüksek yoğunluklu Si₃N₄ seramikleri hazırlamak için sinterleme yardımcısı olarak CeO₂ ve elektrik alan destekli sinterleme teknolojisi kullanıldığında, CeO₂'nin tane sınırlarında ayrışarak tane sınırı kaymasını ve yoğunlaşmasını desteklediği bulunmuştur. Elde edilen seramikler, HV10/10 (1347,9 ± 2,4) Vickers sertliği ve (6,57 ± 0,07) MPa·m¹/² kırılma tokluğu sergilemiştir. Katkı maddesi olarak MgO–Y₂O₃ kullanıldığında, seramik mikro yapı homojenliği iyileştirilmiş ve performans önemli ölçüde artmıştır. Toplam %8 ağırlık katkılama seviyesinde eğilme dayanımı 915,54 MPa'ya, ısıl iletkenlik ise 59,58 W·m⁻¹·K⁻¹'ye ulaştı.
VI. Sonuç
Özetle, üstün bir mühendislik seramik malzemesi olan yüksek saflıkta silisyum karbür (SiC) seramikleri, yarı iletkenler, havacılık ve aşırı koşullu ekipmanlarda geniş uygulama olanakları göstermiştir. Bu makalede, yüksek saflıkta SiC seramikleri için beş tipik hazırlama yöntemi (yeniden kristalleştirme sinterlemesi, basınçsız sinterleme, sıcak presleme, kıvılcım plazma sinterlemesi ve katkısal üretim) sistematik olarak analiz edilmiş ve yoğunlaştırma mekanizmaları, temel parametre optimizasyonu, malzeme performansı ve ilgili avantaj ve sınırlamalar ayrıntılı olarak tartışılmıştır.
Farklı proseslerin her birinin yüksek saflık, yüksek yoğunluk, karmaşık yapılar ve endüstriyel uygulanabilirlik açısından benzersiz özelliklere sahip olduğu açıktır. Özellikle eklemeli üretim teknolojisi, stereolitografi ve bağlayıcı püskürtme gibi alt alanlardaki atılımlarıyla karmaşık şekilli ve özelleştirilmiş bileşenlerin üretiminde güçlü bir potansiyel göstermiştir ve bu da onu yüksek saflıkta SiC seramik hazırlama için önemli bir geliştirme alanı haline getirmiştir.
Yüksek saflıkta SiC seramik hazırlama konusunda gelecekteki araştırmaların daha derinlemesine yapılması, laboratuvar ölçeğinden büyük ölçekli, son derece güvenilir mühendislik uygulamalarına geçişin teşvik edilmesi ve böylece ileri teknoloji ekipman üretimi ve yeni nesil bilgi teknolojileri için kritik malzeme desteği sağlanması gerekiyor.
XKH, yüksek performanslı seramik malzemelerin araştırma ve üretiminde uzmanlaşmış bir yüksek teknoloji kuruluşudur. Müşterilere yüksek saflıkta silisyum karbür (SiC) seramikleri şeklinde özelleştirilmiş çözümler sunmaya kendini adamıştır. Şirket, gelişmiş malzeme hazırlama teknolojilerine ve hassas işleme olanaklarına sahiptir. Faaliyet alanı, yüksek saflıkta SiC seramiklerinin araştırma, üretim, hassas işleme ve yüzey işlemlerini kapsamakta olup, yarı iletken, yeni enerji, havacılık ve uzay gibi alanlarda yüksek performanslı seramik bileşenler için zorlu gereksinimleri karşılamaktadır. Gelişmiş sinterleme prosesleri ve katkı üretim teknolojilerinden yararlanarak, müşterilerimize malzeme formülü optimizasyonundan karmaşık yapı oluşumuna ve hassas işlemeye kadar tek noktadan hizmet sunarak, ürünlerin mükemmel mekanik özelliklere, termal kararlılığa ve korozyon direncine sahip olmasını sağlıyoruz.
Gönderi zamanı: 30 Temmuz 2025