Siliziumnitrid (Si₃N₄) Keramik, als fortgeschratt strukturell Keramik, besëtzt exzellente Eegeschafte wéi Héichtemperaturbeständegkeet, héich Kraaft, héich Zähegkeet, Héichhärkeet, Kreepbeständegkeet, Oxidatiounsbeständegkeet, a Verschleißbeständegkeet. Zousätzlech bidden se gutt thermesch Schockbeständegkeet, dielektresch Eegeschaften, héich thermesch Konduktivitéit, an exzellent Héichfrequenz elektromagnéitesch Wellentransmissionsleistung. Dës aussergewéinlech ëmfaassend Eegeschafte maachen se wäit an komplexe strukturelle Komponenten benotzt, besonnesch an der Raumfaart an aner High-Tech Felder.
Wéi och ëmmer, Si₃N₄, eng Verbindung mat staarke kovalente Bindungen ass, huet eng stabil Struktur déi Sintering zu héijer Dicht schwéier duerch Feststoffdiffusioun eleng mécht. Fir Sintering ze förderen, ginn Sinterhëllef, wéi Metalloxide (MgO, CaO, Al₂O₃) a selten Äerdoxide (Yb₂O₃, Y₂O₃, Lu₂O₃, CeO₂), bäigefüügt fir d'Verdichtung iwwer e Flëssegphase Sintermechanismus ze erliichteren.
De Moment geet d'global Halbleitergerätstechnologie weider a Richtung méi héich Spannungen, méi grouss Stréim a méi grouss Kraaftdichten. Fuerschung iwwer Methoden fir d'Fabrikatioun vun Si₃N₄ Keramik ass extensiv. Dësen Artikel stellt Sinterprozesser vir, déi effektiv d'Dicht an déi ëmfaassend mechanesch Eegeschafte vu Siliziumnitridkeramik verbesseren.
Gemeinsam Sintermethoden fir Si₃N₄ Keramik
Verglach vu Leeschtung fir Si₃N₄ Keramik Preparéiert duerch verschidde Sintermethoden
1. Reaktiv Sintering (RS):Reaktiv Sintering war déi éischt Method fir industriell Si₃N4 Keramik ze preparéieren. Et ass einfach, rentabel a fäeg komplex Formen ze bilden. Wéi och ëmmer, et huet e laange Produktiounszyklus, wat fir d'Produktioun op industriell Skala net förderlech ass.
2. Pressureless Sintering (PLS):Dëst ass deen einfachsten an einfachsten Sinterprozess. Wéi och ëmmer, et erfuerdert qualitativ héichwäerteg Si₃N₄ Rohmaterialien a féiert dacks zu Keramik mat méi niddereger Dicht, bedeitende Schrumpfung an eng Tendenz ze knacken oder ze verformen.
3. Hot-Press Sintering (HP):D'Uwendung vum uniaxialen mechanesche Drock erhéicht d'Träifkraaft fir Sintering, wat erlaabt dichte Keramik bei Temperaturen 100-200 ° C méi niddereg ze produzéieren wéi déi an der Drockloser Sintering. Dës Method gëtt typesch benotzt fir relativ einfache blockfërmeg Keramik ze fabrizéieren awer ass schwéier d'Dicke a Form Ufuerderunge fir Substratmaterialien z'erreechen.
4. Spark Plasma Sintering (SPS):SPS ass charakteriséiert duerch séier Sintering, Kornverfeinerung a reduzéiert Sintertemperaturen. Wéi och ëmmer, SPS erfuerdert bedeitend Investitiounen an Ausrüstung, an d'Virbereedung vun héijer thermescher Konduktivitéit Si₃N₄ Keramik iwwer SPS ass nach ëmmer an der experimenteller Etapp an ass nach net industrialiséiert.
5. Gas-Drock Sintering (GPS):Andeems de Gasdrock applizéiert gëtt, hemmt dës Method Keramik Zersetzung a Gewiichtsverloscht bei héijen Temperaturen. Et ass méi einfach héich-Dicht Keramik ze produzéieren an erlaabt Batch Produktioun. Wéi och ëmmer, e Single-Schrëtt Gas-Drock Sinterprozess kämpft fir strukturell Komponenten mat enger eenheetlecher interner an externer Faarf a Struktur ze produzéieren. Mat engem Zwee-Schrëtt oder Multi-Schrëtt Sinterprozess kann den intergranuläre Sauerstoffgehalt wesentlech reduzéieren, d'thermesch Konduktivitéit verbesseren an d'Gesamteigenschaften verbesseren.
Wéi och ëmmer, déi héich Sintertemperatur vun zwee-Schrëtt Gas-Drock Sintering huet virdru Fuerschung gefouert fir haaptsächlech op d'Virbereedung vu Si₃N₄ Keramiksubstrater mat héijer thermescher Konduktivitéit a Raumtemperatur-Biegekraaft ze konzentréieren. Fuerschung iwwer Si₃N₄ Keramik mat iwwergräifend mechanesch Eegeschaften an héich-Temperatur mechanesch Eegeschafte ass relativ limitéiert.
Gas-Drock Zwee-Schrëtt Sintering Method fir Si₃N₄
De Yang Zhou a Kollegen vun der Chongqing University of Technology hunn e Sinterhëllefsystem vu 5 wt.% Yb₂O₃ + 5 wt.% Al₂O₃ benotzt fir Si₃N₄ Keramik ze preparéieren andeems se souwuel ee-Schrëtt an zwee-Schrëtt Gas-Drock Sinterprozesser bei 1800 ° C virbereeden. D'Si₃N₄ Keramik produzéiert duerch den zwee-Schrëtt Sinterprozess hat méi héich Dicht a besser ëmfaassend mechanesch Eegeschaften. Déi folgend resüméiert d'Effekter vun engem-Schrëtt an zwee-Schrëtt Gas-Drock sintering Prozesser op der Mikrostruktur a mechanesch Eegeschafte vun Si₃N₄ Keramik Komponente.
Densitéit De Verdichtungsprozess vu Si₃N₄ ëmfaasst typesch dräi Etappen, mat Iwwerlappung tëscht de Stadien. Déi éischt Stuf, Partikel-Ëmännerung, an déi zweet Stuf, Opléisung-Nidderschlag, sinn déi kriteschst Etappe fir Verdichtung. Genug Reaktiounszäit an dësen Etappen verbessert d'Probedicht wesentlech. Wann d'Pre-Sintering Temperatur fir den zwee-Schrëtt Sinterprozess op 1600 ° C gesat gëtt, bilden β-Si₃N₄ Kären e Kader a kreéieren zoue Poren. No der Pre-Sintering, weider Heizung ënner héijer Temperatur a Stickstoffdrock fördert Flëssegphase Flux a Fëllung, wat hëlleft geschlossene Poren ze eliminéieren, weider d'Dicht vu Si₃N₄ Keramik ze verbesseren. Dofir weisen d'Proben, déi vum Zwee-Schrëtt Sinterprozess produzéiert ginn, méi héich Dicht a relativ Dicht wéi déi duerch Een-Schrëtt Sintering produzéiert.
Phase a Mikrostruktur Wärend engem-Schrëtt Sintering ass d'Zäit verfügbar fir Partikelëmännerung an d'Korngrenzdiffusioun limitéiert. Am Zwee-Schrëtt Sinterprozess gëtt den éischte Schrëtt bei niddregen Temperaturen a nidderegen Gasdrock duerchgefouert, wat d'Partikel-Ëmännerungszäit verlängert a méi grouss Käre resultéiert. D'Temperatur gëtt dann op d'Héichtemperaturstadium erhéicht, wou d'Käre weider duerch den Ostwald-Reifungsprozess wuessen, wouduerch héich Dicht Si₃N₄ Keramik gëtt.
Mechanesch Eegeschaften D'Erweichung vun der intergranulärer Phase bei héijen Temperaturen ass de primäre Grond fir reduzéierter Kraaft. An engem-Schrëtt Sintering entsteet anormalen Kärwachstum kleng Poren tëscht de Kären, wat bedeitend Verbesserung vun der Héichtemperaturstäerkt verhënnert. Wéi och ëmmer, am Zwee-Schrëtt Sinterprozess, d'Glasphase, gleichméisseg verdeelt an de Kärgrenzen, an déi eenheetlech grouss Käre verbesseren d'intergranulär Kraaft, wat zu enger méi héijer Héichtemperatur-Biegekraaft resultéiert.
Als Conclusioun, verlängert Haltung während engem-Schrëtt Sintering kann effektiv intern Porositéit reduzéieren an eenheetlech intern Faarf a Struktur erreechen, awer kann zu anormalen Kärwachstum féieren, wat verschidde mechanesch Eegeschaften ofbaut. Andeems Dir en zwee-Schrëtt Sinterprozess benotzt - niddereg-Temperatur-Vir-Sintering benotzt fir d'Partikel-Rearrangementszäit an d'Héichtemperaturhaltung ze verlängeren fir een eenheetleche Getreidewachstum ze förderen - e Si₃N₄ Keramik mat enger relativer Dicht vun 98,25%, eenheetlech Mikrostruktur an exzellente ëmfaassend mechanesch Eegeschaften kann erfollegräich virbereet ginn.
| Numm | Substrat | Epitaxial Schicht Zesummesetzung | Epitaxial Prozess | Epitaxial Medium |
| Silizium homoepitaxial | Si | Si | Vapor Phase Epitaxy (VPE) | SiCl4+H2 |
| Silicon heteroepitaxial | Saphir oder Spinel | Si | Vapor Phase Epitaxy (VPE) | SiH₄+H₂ |
| GaAs homoepitaxial | GaAs | GaAs GaAs | Vapor Phase Epitaxy (VPE) | AsCl3+Ga+H₂ (Ar) |
| GaAs | GaAs GaAs | Molecular Beam Epitaxy (MBE) | Ga+As | |
| GaAs heteropitaxial | GaAs GaAs | GaAlAs/GaAs/GaAlAs | Liquid Phase Epitaxy (LPE) Vapor Phase (VPE) | Ga+Al+CaAs+ H2 Ga+ASH3+PH3+CHl+H2 |
| GaP homoepitaxial | GaP | GaP(GaP;N) | Liquid Phase Epitaxy (LPE) Liquid Phase Epitaxy (LPE) | Ga+GaP+H2+(NH3) Ga+GaAs+GaP+NH3 |
| Superlattice | GaAs | GaAlAs/GaAs (Zyklus) | Molecular Beam Epitaxy (MBE) MOCVD | Ca, As, Al GaR₃+AlR3+AsH3+H2 |
| InP homoepitaxial | InP | InP | Vapor Phase Epitaxy (VPE) Liquid Phase Epitaxy (LPE) | PCl3+In+H2 In+InAs+GaAs+InP+H₂ |
| Si/GaAs Epitaxie | Si | GaAs | Molecular Beam Epitaxy (MBE) MOGVD | Ga, As GaR₃+AsH₃+H₂ |
Post Zäit: Dez-24-2024