الترسيب الكيميائي للبخار والتلبيد التفاعلي وتلبيد كربيد السيليكون الملبد

كربيد السيليكون هو مادة سيراميك شديدة الصلابة والمرونة مع قوة ممتازة وصلابة في درجات الحرارة العالية ومقاومة للأكسدة. ويأتي في كل من الشكلين الملبد والمترابط بالتفاعل للإنتاج.

يتم إنتاج كربيد السيليكون الملبد (SSiC) عن طريق ضغط وتلبيد مسحوق السيليكا. يتميز SSiC بدرجات حرارة تلبيد منخفضة وقدرات تشكيل سهلة وخصائص ميكانيكية استثنائية تمنحه مزايا مميزة على المواد المنافسة.

ترسيب البخار الكيميائي

يستخدم الترسيب الكيميائي للبخار (CVD) الغازات المتدفقة لتشكيل أغشية رقيقة ذات جودة عالية يمكن استخدامها لإنشاء مواد وطلاءات صلبة والحفر وتشكيل الأجهزة الإلكترونية الدقيقة.

يشير مصطلح CVD إلى مجموعة من العمليات، والتي تشمل الترسيب الكيميائي القابل للقسري السريع، والترسيب الكيميائي بالبخار المعزز بالبلازما، والترسيب الكيميائي بالبخار المستحث بالليزر. ويستخدم كل منها غاز السلائف لترسيب المواد الصلبة على أسطح الركيزة بينما تستخدم العمليات المختلفة طرقًا مختلفة لبدء التفاعلات وبدء تفاعلات التصلب.

يستخدم التفريد القابل للذوبان الحراري السريع باستخدام مصابيح التسخين لتسخين غاز السلائف قبل وصوله إلى سطح الرقاقة، مما يساعد على تقليل التفاعلات الغازية غير المرغوب فيها والتفاعلات الغازية.

هناك طريقة أخرى لإنتاج CVD-b-SiC تتضمن إدخال حاجز من الجرافيت 102 قبل صندوق المغزل. تعمل هذه التقنية على التسخين المسبق للكواشف، مما يزيد من سرعة اكتساحها على جدران المغزل، وإنتاج رواسب ثنائية سيكل ثنائي الكثافة ذات نوعية جيدة كما هو موضح في الشكلين 3أ و3ب. يمكن أيضًا وضع حواجز أخرى قبل صندوق المغزل وبعده لزيادة نتائج الترسيب إلى أقصى حد وتوفير طلاء أكثر اتساقًا وتوافقًا من b-SiC على ركائز غير منتظمة الشكل. هذه المادة موصلة للغاية ومستقرة كيميائيًا وأكسديًا وصلبة ومقاومة للخدش وكثيفة جدًا من الناحية النظرية - وهي خصائص تجعلها مناسبة للعديد من تطبيقات المواد المتخصصة، بما في ذلك قوارب الرقائق والأثاث لمعالجة أشباه الموصلات وهياكل التلسكوبات البصرية والمستحضرات الطرفية المستخدمة أثناء عمليات تنظيف المنضدة الرطبة.

التلبيد بدون ضغط

التلبيد هو عملية تجميع أو إعادة ترتيب جزيئات المسحوق الخزفي أو المعدني معًا أو إعادة ترتيبها في بنية متكاملة، عادةً عن طريق الكبس الساخن والتلبيد التفاعلي والتلبيد بدون ضغط. وقد تم استخدام هذه التقنية لعدة قرون لتصنيع جميع أشكال الأجسام الخزفية والمعدنية تقريبًا بما في ذلك الأجزاء الفولاذية الهيكلية، والمرشحات المعدنية المسامية لتطبيقات الترشيح، وأسلاك التنغستن للمحامل ذاتية التشحيم والمواد الكهربائية وغيرها الكثير. وتشمل عمليات التصنيع عادةً الكبس الساخن أو التلبيد التفاعلي أو التلبيد بدون ضغط.

يمكن لكربيد السيليكون الملبد أن يستفيد بشكل كبير من التلبيد بدون ضغط كوسيلة فعالة لتحسين خواصه الميكانيكية، وخاصةً مقاومته لدرجات الحرارة وقوة الانثناء. ويسهم تقليل نمو الحبيبات أثناء التلبيد في تحقيق هذه النتيجة بينما تؤدي زيادة قوة الشد إلى زيادة متانة المادة وعمرها الافتراضي.

تقدم عملية التلبيد بدون ضغط العديد من المزايا المتميزة عن العمليات الأخرى، بما في ذلك قدرتها على إنشاء أشكال معقدة بأبعاد دقيقة. وهذا يجعل عملية التلبيد بدون ضغط مثالية لتصنيع منتجات فريدة من نوعها يصعب أو يستحيل صنعها باستخدام وسائل أخرى، مما يجعلها مناسبة بشكل خاص للتطبيقات عالية الأداء مثل مكونات مانعات التسرب ذات الوجه الصلب والأعمال ذات درجات الحرارة العالية.

الكبس على الساخن

الكبس الساخن هو طريقة فعالة وفعالة من حيث التكلفة لإنتاج مكونات كربيد السيليكون ذات الأحجام الكبيرة والأشكال المعقدة، مثل موانع التسرب للمضخات ذات التطبيقات الصعبة، بسرعة. يتم تطبيق الضغط ودرجة الحرارة المرتفعة (حتى 2000 درجة مئوية) في وقت واحد أثناء هذه العملية، مما يجعل أوقات الإنتاج سريعة مع كفاءة التكلفة.

وقد أثبتت عمليات التلبيد التي تنتج سيراميك مركب كثيف من الكربون الهيدروجيني والسيكلور ثنائي الكربون المركب لموانع تسرب الغاز الجاف نجاحها بشكل خاص. وتنطوي إحدى طرق التلبيد الفعالة هذه على خلط مسحوق سيكلور كلوريد الألومنيوم-أ مع الجرافيت بنسب معينة وتسخينها؛ وأثناء التلبيد، يخترق مسحوق سيكلور كلوريد الألومنيوم-أ أثناء التلبيد قضبان الصلب المسامية من خلال استخدام بخار طور سيكلور الألومنيوم لتشكيل أجسام كثيفة بدون تقليل الحجم وكثافة عالية.

نظرًا لرابطته التساهمية القوية من Si-C، يُظهر كربيد السيليكون معدلات انتشار ذاتي منخفضة أثناء عمليات التلبيد. وعلى هذا النحو، فإن قوتها الدافعة لإنتاج كربيد السيليكون عالي الكثافة أقل بكثير من المواد الخزفية الأخرى، وقد أصبح البحث في طرق التلبيد المناسبة والمواد المضافة محور التركيز الأساسي في هذا المجال.

ينطوي توصيف البنية المجهرية للعينات الملبدة على استخدام أنماط XRD وتحليل حيود الإلكترون في منطقة مختارة (SAED) لتوصيف بنيتها المجهرية. لقد حددنا نسبة 83:17 من حيث درجة الحرارة الملبدة.

التلبيد التفاعلي

التلبيد التفاعلي لكربيد السيليكون الملبد (RSSiC) هي عملية يتم فيها تسريب السيليكون السائل في تشكيلات مسامية من الكربون أو الجرافيت من خلال تسريب السيليكون المنصهر، مما ينتج سيراميك يتميز بقوة عالية ومقاومة ممتازة للتآكل والاستقرار الحراري، إلى جانب مقاومة فائقة ضد الأكسدة والتآكل والحفر بالإضافة إلى خصائص كهربائية جيدة. وتعتمد كثافة سيراميك RSSC على نسبة السيليكون/الكربون التي تحدد في النهاية الصلابة.

ينطوي التلبيد على حركات الكتلة داخل بنية مجهرية مسامية تقلل من المسامية الكلية عن طريق إعادة التعبئة والنقل على طول الحدود البلورية لتنعيم جدران المسام، وبالتالي تقليل حجم الحبيبات وتؤدي إلى هياكل مصفوفة كثيفة دقيقة الحبيبات ذات هياكل موحدة.

يسمح التلبيد التفاعلي بإنتاج أجزاء كبيرة ومعقدة الشكل من كربيد السيليكون الملبد بأشكال قريبة من الصافي ودقة عالية، باستخدام درجات حرارة أقل وأوقات أقصر مقارنة بالطرق التقليدية للتلبيد. ومع ذلك، لا ينبغي استخدامها في بيئات ذات تأثيرات مؤكسدة أو تآكل قوية لأن هذه العملية قد تتسبب في تغلغل غير كافٍ للسيليكون ونمو غير طبيعي للحبوب، مما يقلل في النهاية من الخواص الميكانيكية للمواد الملبدة. تعتمد عمليات التلبيد اعتمادًا كبيرًا على اتساق المساحيق الأولية ويجب إدارتها بعناية من أجل انكماش الأجزاء بشكل متسق وتقليل التشوه وإنتاج مكونات ذات جودة مستقرة. يمكن استخدام فرن التلبيد بالتفريغ RVS-S للتلبيد التفاعلي لمنتجات SiC لضمان جودة المنتجات.