زینترینگ دو مرحله ای سرامیک های ساختاری (بخش سوم )

سرامیک های سیلیسیم کاربیدی

سیلیسیم کاربید یا دارای ساختار بلند روی( بتا سیلیسیم کاربید) و یا دارای ساختار ورتزایت( آلفا سیلیسیم کاربید) است. اما سایر ساختارهای سیلیسیم کاربید که معمولا به این دو ساختار شبیه هستند، نیز وجود دارند. در تمام موارد، پیوند بسیار کوالانسی سیلیسیم کاربید ویژگی است که این ماده را از سایر مواد اکسیدی متمایز می کند. زینترینگ سیلیسیم کاربید معمولا نیازمند استفاده از کمک زینتر می باشد. حتی در مواردی که زینترینگ این ماده در دماهای بالا( بالاتر از) نیز این کمک ذوب ها باید اضافه شوند. از آنجایی که رشد دانه در طی زینترینگ فاز مایع با سهولت بیشتری انجام می شود، بدست آوردن سرامیک های نانوساختار به روش های متداول امکان پذیر نمی باشد. اخیرا Lee و همکارانش تولید بدنه ای سیلیسیم کاربیدی را گزارش داده اند که نانوساختار بودن و به روش زینترینگ فاز مایع تولید شده است. اندازه ی دانه در این بدنه ها در حدود 40 nm می باشد و با استفاده از روش زینترینگ دو مرحله ای تحت شرایط پرس گرم( با فشار 20 MPa) بوجود می آیند. بنابراین امکان ایجاد تراکم بدون رشد دانه بوسیله ی روش زینترینگ دو مرحله ای قابل اجراست. البته باید این نکته را متذکر شویم که این فرایند با کمک اعمال فشار قابل انجام می باشد.
در این کار، پودر سیلیسیم کاربید( با اندازه ی ذرات 20 nm و با درصد فاز بتای بیشتر) با کمک ذوب مخلوط می گردد( این کمک ذوب از 7 درصد وزنی آلومینا، 2 درصد وزنی ایتریا و 1 درصد وزنی اکسید کلسیم تشکیل شده است). سپس این پودر تحت اتمسفر آرگون پرس گرم می شود( با فشار 20 MPa). این افزودنی ها در دمای فاز مایع تشکیل می دهد. سه روش حرارت دهی مختلف در جدول 3 نشان داده شده است. در زینترینگ دو مرحله ای، توده های سرامیکی ابتدا در دمای بالاتری که در گستره ی 1650 تا 1750℃ است، حرارت دهی می شوند و سپس به طور سریع تا دمای پایین تر که در گستره ی 1500 تااست، سرد می شوند و در این دما به مدت 8 ساعت حرارت دهی می شوند.

سرعت حرارت دهی برای رسیدم به دمای بالاتر برابر 20 درجه بر دقیقه و سرعت سرمایش از دمای بالاتر به دمای پایین تر برابر 40 درجه بر دقیقه می باشد. برای مقایسه، زینترینگ معمولی نیز بر روی نمونه ها انجام شده است.
همانگونه در شکل 7 نشان داده شده است، رشد قابل توجهی در دانه ها و در طی مرحله ی نهایی متراکم سازی( مرحله ی نهایی متراکم سازی) اتفاق افتاده است، اما این مسئله در زینترینگ دو مرحله ای رخ نداده است. یک بررسی بر روی داده ها در شکل 7 آورده شده است که نشان می دهد، دانسیته ی بحرانی در این فرایند برابر 85 % دانسیته ی تئوری است. این مقدار مشابه مقدار دانسیته ی بحرانی برای اکسید روی دپ شده با اکسید بیسموت است. به هر حال این مقدار از دانسیته بحرانی خیلی بالاتر از دانسیته ی بحرانی برای موادی چون ایتریا و باریم تیتانات و فریت NiCuZn می باشد.

در طی زینترینگ فاز مایع، مرحله ی نهایی متراکم سازی عمدتا برای زدایش تخلخل های مجزا از طریق ورود جریان مایع به داخل آنها، انجام می شود. از لحاظ ترمودینامیکی، این مسئله نیازمند این است که تخلخل ها به نسبت در مقایسه با دانه ها، کوچک باشند. در صورت کوچک بودن این تخلخل ها، مایع از اطراف به داخل آنها کشیده می شود. به طور عکس، با رش دانه، فرایند پر شدن تخلخل ها با استفاده از مایع، قابل انجام نمی باشد. اگر چه مکانیزم آهسته تر پهن شدگی دانه ها برای زینترینگ فاز مایع می تواند در ایجاد تراکم شرکت داشته باشد. ما اعتقاد داریم که حذف تخلخل ها در مورد کنونی به احتمال زیاد به دلیل اعمال فشار انجام شده است. که این مسئله با تغییر شکل و آرایش مجدد دانه های محلی، انجام می شود. بر خلاف موردی که در اکسید روی دیدیم، به هر حال شواهد واضحی در مورد توزیع مجدد مایع در مورد کنونی وجود ندارد. بنابراین جلوگیری از رشد دانه نمی تواند به خاطر جمع شدگی مایع ایجاد شده باشد و مکانیزم های واقعی هنوز به درستی تعیین نشده اند.

نتیجه گیری

تولید سرامیک های دارای دانه های نانویی یکی از زمینه های مورد علاقه در تحقیقات علمی و تکنولوژیکی است مخصوصا برای کاربردهای مورد استفاده در وسایل الکترونیکی که در آنها نیاز به کوچک سازی و متجمع کردن وجود داشته باشد. فرایند تولید سرامیک های با دانسیته ی بالا در دمای پایین بدون استفاده از افزودنی های کمک ذوب، و بدون استفاده از فشار ترجیه داده می شود. در این مقاله در مورد زینترینگ دو مرحله ای نانوسرامیک ها صحبت کردیم. این روش یکی از راه کارها برای کاهش دمای زینترینگ سرامیک ها می باشد. با استفاده از روش زینترینگ دو مرحله ای، کینتیک نفوذ مرز دانه ها و کینتیک مهاجرت مرزدانه ها تغییرکرده و بنابراین از رشد دانه جلوگیری می شود.

موضوعات مرتبط: تخصصی سرامیک ، عمومی کاشی و سرامیک ، لعاب
برچسبها: ساختار ورتزایت , بدست آوردن سرامیک های نانوساختار , پیوند بسیار کوالانسی سیلیسیم کاربید , کوالانسی , بدست آوردن سرامیک انتخاب کاشی مناسب برای محل مورد نظر...