سلیکون نائٹرائڈ (Si₃N₄) سیرامکس، اعلی درجے کی ساختی سیرامکس کے طور پر، اعلی درجہ حرارت کے خلاف مزاحمت، اعلی طاقت، اعلی جفاکشی، اعلی سختی، کریپ مزاحمت، آکسیڈیشن مزاحمت، اور پہننے کے خلاف مزاحمت جیسی بہترین خصوصیات کے مالک ہیں۔ مزید برآں، وہ اچھی تھرمل جھٹکا مزاحمت، ڈائی الیکٹرک خصوصیات، اعلی تھرمل چالکتا، اور بہترین اعلی تعدد برقی مقناطیسی لہر کی ترسیل کی کارکردگی پیش کرتے ہیں۔ یہ شاندار جامع خصوصیات انہیں پیچیدہ ساختی اجزاء، خاص طور پر ایرو اسپیس اور دیگر ہائی ٹیک شعبوں میں وسیع پیمانے پر استعمال کرتی ہیں۔
تاہم، Si₃N₄، مضبوط ہم آہنگی بانڈز کے ساتھ ایک مرکب ہونے کے ناطے، ایک مستحکم ڈھانچہ ہے جو صرف ٹھوس ریاست کے پھیلاؤ کے ذریعے اعلی کثافت تک سنٹرنگ کو مشکل بناتا ہے۔ sintering کو فروغ دینے کے لیے، sintering ایڈز، جیسے دھاتی آکسائیڈز (MgO, CaO, Al₂O₃) اور نایاب زمین کے آکسائیڈز (Yb₂O₃, Y₂O₃, Lu₂O₃, CeO₂) شامل کیے جاتے ہیں تاکہ densification me.
فی الحال، عالمی سیمی کنڈکٹر ڈیوائس ٹیکنالوجی زیادہ وولٹیجز، بڑے کرنٹ، اور زیادہ طاقت کی کثافت کی طرف بڑھ رہی ہے۔ Si₃N₄ سیرامکس بنانے کے طریقوں پر تحقیق بہت وسیع ہے۔ یہ مضمون sintering کے عمل کو متعارف کرایا گیا ہے جو مؤثر طریقے سے سلیکون نائٹرائڈ سیرامکس کی کثافت اور جامع میکانی خصوصیات کو بہتر بناتا ہے۔
Si₃N₄ سیرامکس کے لیے sintering کے عام طریقے
مختلف سینٹرنگ طریقوں سے تیار کردہ Si₃N₄ سیرامکس کی کارکردگی کا موازنہ
1. ری ایکٹو سنٹرنگ (RS):Reactive sintering پہلا طریقہ تھا جسے صنعتی طور پر Si₃N₄ سیرامکس تیار کرنے کے لیے استعمال کیا جاتا تھا۔ یہ سادہ، سرمایہ کاری مؤثر، اور پیچیدہ شکلیں بنانے کے قابل ہے۔ تاہم، اس کا ایک طویل پیداواری دور ہے، جو صنعتی پیمانے پر پیداوار کے لیے موزوں نہیں ہے۔
2. پریشر لیس سینٹرنگ (PLS):یہ سب سے بنیادی اور آسان sintering عمل ہے. تاہم، اس کے لیے اعلیٰ معیار کے Si₃N₄ خام مال کی ضرورت ہوتی ہے اور اکثر اس کے نتیجے میں کم کثافت، نمایاں سکڑاؤ، اور ٹوٹ پھوٹ یا خراب ہونے کا رجحان ہوتا ہے۔
3. ہاٹ پریس سنٹرنگ (HP):غیر محوری مکینیکل پریشر کا اطلاق sintering کی قوت کو بڑھاتا ہے، جس سے گھنے سیرامکس 100-200°C کم درجہ حرارت پر پیدا کیے جا سکتے ہیں جو دباؤ کے بغیر سنٹرنگ میں استعمال ہوتے ہیں۔ یہ طریقہ عام طور پر نسبتاً سادہ بلاک کے سائز کے سیرامکس بنانے کے لیے استعمال ہوتا ہے لیکن سبسٹریٹ مواد کے لیے موٹائی اور شکل کی ضروریات کو پورا کرنا مشکل ہے۔
4. اسپارک پلازما سنٹرنگ (SPS):ایس پی ایس کی خصوصیت تیزی سے سنٹرنگ، اناج کی تطہیر، اور کم سنٹرنگ درجہ حرارت سے ہوتی ہے۔ تاہم، SPS کو آلات میں اہم سرمایہ کاری کی ضرورت ہے، اور SPS کے ذریعے اعلی تھرمل چالکتا Si₃N₄ سیرامکس کی تیاری ابھی تجرباتی مرحلے میں ہے اور ابھی تک صنعتی نہیں ہوئی ہے۔
5. گیس پریشر سنٹرنگ (GPS):گیس پریشر کو لاگو کرنے سے، یہ طریقہ اعلی درجہ حرارت پر سیرامک کے گلنے اور وزن میں کمی کو روکتا ہے۔ اعلی کثافت سیرامکس تیار کرنا آسان ہے اور بیچ کی پیداوار کو قابل بناتا ہے۔ تاہم، ایک قدمی گیس پریشر سنٹرنگ کا عمل یکساں اندرونی اور بیرونی رنگ اور ساخت کے ساتھ ساختی اجزاء تیار کرنے کے لیے جدوجہد کرتا ہے۔ دو قدمی یا ملٹی سٹیپ سنٹرنگ کے عمل کا استعمال انٹر گرانولر آکسیجن مواد کو نمایاں طور پر کم کر سکتا ہے، تھرمل چالکتا کو بہتر بنا سکتا ہے، اور مجموعی خصوصیات کو بڑھا سکتا ہے۔
تاہم، دو قدمی گیس پریشر سنٹرنگ کے اعلی درجۂ حرارت نے پچھلی تحقیق کو بنیادی طور پر اعلی تھرمل چالکتا اور کمرے کے درجہ حرارت میں موڑنے والی طاقت کے ساتھ سیرامک سبسٹریٹس کی تیاری پر توجہ مرکوز کرنے پر مجبور کیا ہے۔ جامع مکینیکل خصوصیات اور اعلی درجہ حرارت کی مکینیکل خصوصیات کے ساتھ Si₃N₄ سیرامکس پر تحقیق نسبتاً محدود ہے۔
Si₃N₄ کے لیے گیس پریشر کا دو قدمی سینٹرنگ کا طریقہ
Yang Zhou اور Chongqing University of Technology کے ساتھیوں نے 5 wt. % Yb₂O₃ + 5 wt. % Al₂O₃ کا استعمال کیا تاکہ Si₃N₄ سیرامکس کو ایک قدم اور دو قدمی گیس پریشر سنٹرنگ پراسیس 10°C پر استعمال کیا جا سکے۔ دو قدمی سنٹرنگ کے عمل سے تیار کردہ Si₃N₄ سیرامکس میں زیادہ کثافت اور بہتر جامع مکینیکل خصوصیات تھیں۔ درج ذیل میں Si₃N₄ سرامک اجزاء کے مائیکرو اسٹرکچر اور مکینیکل خصوصیات پر ایک قدم اور دو قدمی گیس پریشر سنٹرنگ عمل کے اثرات کا خلاصہ کیا گیا ہے۔
کثافت Si₃N₄ کی کثافت کے عمل میں عام طور پر تین مراحل شامل ہوتے ہیں، مراحل کے درمیان اوورلیپ کے ساتھ۔ پہلا مرحلہ، ذرات کی دوبارہ ترتیب، اور دوسرا مرحلہ، تحلیل-برسات، کثافت کے لیے انتہائی اہم مراحل ہیں۔ ان مراحل میں کافی ردعمل کا وقت نمونے کی کثافت کو نمایاں طور پر بہتر بناتا ہے۔ جب دو قدمی سنٹرنگ کے عمل کے لیے پہلے سے سنٹرنگ کا درجہ حرارت 1600°C پر سیٹ کیا جاتا ہے، β-Si₃N₄ دانے ایک فریم ورک بناتے ہیں اور بند سوراخ بناتے ہیں۔ پہلے سے سنٹرنگ کے بعد، اعلی درجہ حرارت اور نائٹروجن کے دباؤ میں مزید گرم کرنے سے مائع مرحلے کے بہاؤ اور بھرنے کو فروغ ملتا ہے، جو بند سوراخوں کو ختم کرنے میں مدد کرتا ہے، جس سے Si₃N₄ سیرامکس کی کثافت میں مزید بہتری آتی ہے۔ لہذا، دو قدمی سنٹرنگ کے عمل کے ذریعہ تیار کردہ نمونے ایک قدمی سنٹرنگ کے ذریعہ تیار کردہ نمونوں سے زیادہ کثافت اور رشتہ دار کثافت دکھاتے ہیں۔
فیز اور مائیکرو اسٹرکچر ایک قدمی سنٹرنگ کے دوران، ذرات کی دوبارہ ترتیب اور اناج کی حد کے پھیلاؤ کے لیے دستیاب وقت محدود ہے۔ دو قدمی sintering کے عمل میں، پہلا مرحلہ کم درجہ حرارت اور کم گیس پریشر پر کیا جاتا ہے، جس سے ذرہ کی ترتیب کے وقت میں توسیع ہوتی ہے اور اس کے نتیجے میں بڑے دانے نکلتے ہیں۔ اس کے بعد درجہ حرارت کو اعلی درجہ حرارت کے مرحلے تک بڑھایا جاتا ہے، جہاں اوسٹوالڈ پکنے کے عمل کے ذریعے اناج بڑھتے رہتے ہیں، جس سے اعلی کثافت Si₃N₄ سیرامکس حاصل ہوتے ہیں۔
مکینیکل خواص اعلی درجہ حرارت پر انٹر گرانولر مرحلے کا نرم ہونا طاقت میں کمی کی بنیادی وجہ ہے۔ ایک قدمی سنٹرنگ میں، غیر معمولی اناج کی نشوونما اناج کے درمیان چھوٹے سوراخ بناتی ہے، جو اعلی درجہ حرارت کی طاقت میں نمایاں بہتری کو روکتی ہے۔ تاہم، دو قدمی sintering کے عمل میں، شیشے کا مرحلہ، یکساں طور پر اناج کی حدود میں تقسیم کیا جاتا ہے، اور یکساں سائز کے اناج انٹر گرانولر طاقت کو بڑھاتے ہیں، جس کے نتیجے میں اعلی درجہ حرارت موڑنے کی طاقت ہوتی ہے۔
آخر میں، ایک قدمی sintering کے دوران طویل عرصے تک انعقاد مؤثر طریقے سے اندرونی سوراخوں کو کم کر سکتا ہے اور یکساں اندرونی رنگ اور ساخت کو حاصل کر سکتا ہے لیکن اناج کی غیر معمولی نشوونما کا باعث بن سکتا ہے، جو کچھ میکانکی خصوصیات کو کم کر دیتا ہے۔ دو قدمی سنٹرنگ کے عمل کو استعمال کرتے ہوئے — ذرہ کی ترتیب کے وقت کو بڑھانے کے لیے کم درجہ حرارت کی پری سنٹرنگ کا استعمال کرتے ہوئے اور یکساں اناج کی افزائش کو فروغ دینے کے لیے ایک Si₃N₄ سیرامک جس میں نسبتاً 98.25 فیصد کی کثافت، یکساں مائیکرو اسٹرکچر، اور بہترین جامع خصوصیات ہیں۔ کامیابی سے تیار کیا جا سکتا ہے۔
| نام | سبسٹریٹ | ایپیٹیکسیل پرت کی ساخت | ایپیٹیکسیل عمل | ایپیٹیکسیل میڈیم |
| سلکان ہوموپیٹاکسیل | Si | Si | ویپر فیز ایپیٹیکسی (VPE) | SiCl4+H2 |
| سلیکن ہیٹروپیٹاکسیل | نیلم یا ریڑھ کی ہڈی | Si | ویپر فیز ایپیٹیکسی (VPE) | SiH₄+H₂ |
| GaAs homoepitaxial | GaAs | GaAs GaAs | ویپر فیز ایپیٹیکسی (VPE) | AsCl₃+Ga+H₂ (Ar) |
| GaAs | GaAs GaAs | مالیکیولر بیم ایپیٹیکسی (MBE) | Ga+As | |
| GaAs heteroepitaxial | GaAs GaAs | GaAlAs/GaAs/GaAlAs | مائع فیز ایپیٹیکسی (LPE) بخارات کا مرحلہ (VPE) | Ga+Al+CaAs+H2 Ga+AsH3+PH3+CHl+H2 |
| GaP homoepitaxial | جی اے پی | GaP(GaP;N) | مائع فیز ایپیٹیکسی (LPE) مائع فیز ایپیٹیکسی (LPE) | Ga+GaP+H2+(NH3) Ga+GaAs+GaP+NH3 |
| سپرلیٹیس | GaAs | GaAlAs/GaAs (سائیکل) | مالیکیولر بیم ایپیٹیکسی (MBE) MOCVD | Ca, As, Al GaR₃+AlR3+AsH3+H2 |
| InP homoepitaxial | InP | InP | ویپر فیز ایپیٹیکسی (VPE) مائع فیز ایپیٹیکسی (LPE) | PCl3+In+H2 In+InAs+GaAs+InP+H₂ |
| Si/GaAs ایپیٹیکسی | Si | GaAs | مالیکیولر بیم ایپیٹیکسی (MBE) ایم او جی وی ڈی | گا، جیسا GaR₃+AsH₃+H₂ |
پوسٹ ٹائم: دسمبر-24-2024