সিলিকন কার্বাইড (SiC) সিরামিক তার উচ্চ কাঠিন্য, উচ্চ শক্তি, কম তাপীয় প্রসারণ সহগ, উচ্চ তাপ পরিবাহিতা, ভালো রাসায়নিক স্থিতিশীলতা, চমৎকার তাপীয় অভিঘাত প্রতিরোধ ক্ষমতা এবং জারণ প্রতিরোধ ক্ষমতার কারণে দীর্ঘদিন ধরে বিভিন্ন উন্নত উৎপাদন ক্ষেত্রে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়ে আসছে। সিলিকন কার্বাইড সিরামিকের উপরোক্ত বৈশিষ্ট্যগুলো ছাড়াও, এর অনন্য আণুবীক্ষণিক ছিদ্রযুক্ত কাঠামোর কারণে ছিদ্রযুক্ত সিলিকন কার্বাইড সিরামিকের ধাতুবিদ্যা, রাসায়নিক প্রকৌশল, পরিবেশ সুরক্ষা এবং শক্তির মতো ক্ষেত্রগুলিতে ব্যাপক প্রয়োগের সম্ভাবনা রয়েছে, যা সিলিকন কার্বাইড সিরামিকের প্রয়োগের পরিধিকে ব্যাপকভাবে প্রসারিত করছে।
এর বিশেষ বৈশিষ্ট্যগুলিছিদ্রযুক্ত সিলিকন কার্বাইড সিরামিকএরা প্রধানত এদের অনন্য ছিদ্রযুক্ত কাঠামোর জন্য উপকৃত হয়, যার মধ্যে রয়েছে ছিদ্রতা, ছিদ্রের আকার ও বন্টন এবং ছিদ্রের আকৃতি ইত্যাদি। তাই, কাঙ্ক্ষিত ছিদ্রযুক্ত কাঠামো পাওয়ার জন্য প্রস্তুতি পদ্ধতির মাধ্যমে এর ছিদ্রতা, ছিদ্রের আকার ও বন্টন এবং ছিদ্রের আকৃতি নিয়ন্ত্রণ করা প্রয়োজন। একারণে, এর প্রস্তুতি পদ্ধতি সবসময়ই মানুষের গবেষণার কেন্দ্রবিন্দুতে রয়েছে। এই প্রবন্ধে প্রধানত সাম্প্রতিক বছরগুলোতে দেশে ও বিদেশে ছিদ্রযুক্ত সিলিকন কার্বাইড সিরামিকের প্রস্তুতি পদ্ধতির গবেষণার অগ্রগতি পর্যালোচনা করা হয়েছে।
১. ভৌত পদ্ধতি
ভৌত পদ্ধতি বলতে বোঝায় যে, ছিদ্রযুক্ত সিলিকন কার্বাইড সিরামিকের ভেতরের ফাঁকা স্থানগুলো প্রস্তুতি প্রক্রিয়ার সময় একাধিক ভৌত ঘটনার মাধ্যমে সৃষ্টি হয়, যেখানে কোনো রাসায়নিক বিক্রিয়া ঘটে না বা নতুন কোনো পদার্থের সৃষ্টি হয় না। এর প্রধান কার্যপ্রণালী হলো কঠিন পদার্থের তাপীয় সংকোচন, তরল দশার বাষ্পীভবন এবং কঠিন দশার সরাসরি ঊর্ধ্বপাতনের ফলে সৃষ্ট ফাঁকা স্থানের উপর নির্ভর করে একটি ছিদ্রযুক্ত কাঠামো গঠন করা। প্রচলিত পদ্ধতিগুলোর মধ্যে রয়েছে কণা স্তূপীকরণ পদ্ধতি, ফ্রিজ-ড্রাইং পদ্ধতি, সল-জেল পদ্ধতি ইত্যাদি। সাম্প্রতিক বছরগুলোতে আবির্ভূত থ্রিডি প্রিন্টিং প্রযুক্তি ব্যবহার করেও সরাসরি ছিদ্রযুক্ত কাঠামো প্রিন্ট ও প্রস্তুত করা যায়।
১.১ কণা স্তূপীকরণ পদ্ধতি
ছিদ্রযুক্ত সিলিকন কার্বাইড সিরামিক প্রস্তুত করার সবচেয়ে সহজ উপায় হলো পার্টিকেল প্যাকিং সিন্টারিং পদ্ধতি। এই পদ্ধতির মূলনীতি হলো সিরামিক কণাগুলোর নিজস্ব সিন্টারিং ক্ষমতাকে কাজে লাগিয়ে বিভিন্ন SiC কণার মধ্যে সিন্টারিং নেক তৈরি করা, যার ফলে কণাগুলো একত্রিত হয়ে ছিদ্রযুক্ত সিরামিক গঠন করতে পারে। সিন্টারিং তাপমাত্রা কমানোর জন্য, সাধারণত কম গলনাঙ্কের একটি নির্দিষ্ট পরিমাণ বাইন্ডার যোগ করা হয়, যা বিভিন্ন SiC কণার মধ্যে সংযোগ স্থাপন করে। যেহেতু পার্টিকেল প্যাকিং সিন্টারিং পদ্ধতিতে সমস্ত ছিদ্র SiC কণাগুলোর মধ্যকার প্যাকিং গ্যাপ থেকে তৈরি হয়, তাই পাউডারের আকার, বাইন্ডারের ধরন ও সংযোজনের পরিমাণ এবং সিন্টারিং প্যারামিটার পরিবর্তন করে প্রস্তুতকৃত ছিদ্রযুক্ত সিরামিকের ছিদ্রতা ও ছিদ্রের আকার নিয়ন্ত্রণ করা যায়।
কণা স্তূপীকরণ পদ্ধতিতে ছিদ্রযুক্ত সিলিকন কার্বাইড সিরামিক প্রস্তুত করতে অতিরিক্ত ছিদ্র-গঠনকারী উপাদান যোগ করার প্রয়োজন হয় না। প্রক্রিয়াটি সরল এবং নিয়ন্ত্রণ করা তুলনামূলকভাবে সহজ। তবে, এই পদ্ধতিতে প্রস্তুত ছিদ্রযুক্ত সিরামিকের ছিদ্রতা সাধারণত কম হয়। ছিদ্রের আকৃতি, আকার এবং ছিদ্রতা প্রধানত কাঁচামালের কণার আকৃতি, আকার ও বিন্যাস এবং সিন্টারিং-এর মাত্রা দ্বারা নির্ধারিত হয়।
১.২ হিমায়িত-শুকানোর পদ্ধতি
ফ্রিজ-ড্রাইং হলো এমন একটি পদ্ধতি যেখানে সিরামিক অ্যাগ্রিগেটগুলোকে পানি বা জৈব দ্রাবকের সাথে উপযুক্ত পরিমাণে ডিসপারসেন্ট বা বাইন্ডারের উপস্থিতিতে সুষমভাবে মিশিয়ে একটি স্লারি তৈরি করা হয়। এরপর, ভালোভাবে মেশানো স্লারিটি একটি ছাঁচে ঢেলে কম তাপমাত্রায় দ্রুত হিমায়িত করা হয়, যার ফলে তরল দশার ম্যাট্রিক্সটি দ্রুত কঠিন পদার্থে পরিণত হয়। পরবর্তীকালে, চাপ কমানো বা ভ্যাকুয়াম ড্রাইং প্রক্রিয়ার মাধ্যমে জমাট বাঁধা কঠিন দশাটিকে ঊর্ধ্বপাতিত করে অপসারণ করা হয়। এই পদ্ধতিতে স্লারির মধ্যে দিকনির্দেশিত ছিদ্রযুক্ত কাঠামোসহ একটি গ্রিন বডি পাওয়া যায় এবং সবশেষে ছিদ্রযুক্ত সিলিকন কার্বাইড সিরামিক উৎপাদনের জন্য এটিকে সিন্টারিং করা হয়।
১.৩ ৩ডি প্রিন্টিং পদ্ধতি
ছিদ্রযুক্ত সিলিকন কার্বাইড সিরামিক তৈরির ৩ডি প্রিন্টিং পদ্ধতি হলো এক নতুন ধরনের প্রস্তুতি প্রক্রিয়া যা সাম্প্রতিক বছরগুলিতে বিকশিত হয়েছে। এই প্রক্রিয়াটি কম্পিউটারের সহায়তায় ডিজাইন করা একটি ত্রিমাত্রিক ডেটা মডেলের উপর নির্ভর করে। প্রিন্টিং হেডের মাধ্যমে বাইন্ডার স্প্রে করে কাঁচামালের গুঁড়োকে স্তরে স্তরে সাজিয়ে একটি ত্রিমাত্রিক নেটওয়ার্ক কাঠামো তৈরি করা হয়। ৩ডি প্রিন্টিং এবং রিঅ্যাকশন সিন্টারিং প্রক্রিয়ার সমন্বয়ে জটিল আকৃতির সিরামিকের ছাঁচবিহীন উৎপাদন এবং নিয়ার-নেট-সাইজ ফর্মিং অর্জন করা সম্ভব।
ছিদ্রযুক্ত সিলিকন কার্বাইড সিরামিক তৈরির থ্রিডি প্রিন্টিং পদ্ধতির বৈশিষ্ট্য হলো এর গঠন প্রক্রিয়াটি সহজ, প্রস্তুতি ও প্রক্রিয়াকরণের দক্ষতা অনেক বেশি এবং এতে কোনো ছাঁচের প্রয়োজন হয় না। এটি দিয়ে শুধু যে জটিল আকৃতি, সুষম অণুসজ্জা এবং ভালো ছিদ্র সংযোগসহ ছিদ্রযুক্ত সিলিকন কার্বাইড সিরামিক তৈরি করা যায় তাই নয়, বরং এই ছিদ্রযুক্ত সিরামিকের ছিদ্রতা এবং ছিদ্রের আকারও নিয়ন্ত্রণ ও সামঞ্জস্য করা যায়। তবে, বর্তমানে এই পদ্ধতিটি এখনও পরীক্ষামূলক গবেষণার পর্যায়ে রয়েছে এবং এর প্রসেস প্যারামিটারগুলোকে আরও উন্নত করার প্রয়োজন আছে। এছাড়াও, এই পদ্ধতিতে এক ধাপে উচ্চ-শক্তির ছিদ্রযুক্ত সিলিকন কার্বাইড সিরামিক তৈরি করা কঠিন। কাঙ্ক্ষিত পণ্য উৎপাদনের জন্য অন্যান্য প্রক্রিয়ার সহায়তার প্রয়োজন হয়, যা তুলনামূলকভাবে ব্যয়বহুল।
১.৪ ফেনা
ফোমিং মোল্ডিং পদ্ধতিতে সিরামিক গ্রিন বডি বা প্রিকার্সরের সাথে গ্যাস অথবা পরবর্তী প্রক্রিয়াকরণের মাধ্যমে গ্যাস উৎপন্ন করতে পারে এমন পদার্থ যোগ করা হয় এবং তারপর ছিদ্রযুক্ত সিলিকন কার্বাইড সিরামিক পাওয়ার জন্য এটিকে সিন্টারিং করা হয়। অন্যান্য প্রস্তুতি পদ্ধতির থেকে ভিন্ন, ফোমিং পদ্ধতিটি ক্লোজড-সেল সিরামিক তৈরির জন্য একটি কার্যকর প্রক্রিয়া।
২. রাসায়নিক পদ্ধতি
রাসায়নিক পদ্ধতি বলতে বোঝায় যে, ছিদ্রযুক্ত সিলিকন কার্বাইড সিরামিকের ছিদ্রযুক্ত কাঠামোটি অজৈব লবণ বা সংযোজিত জৈব পদার্থের বিয়োজন বা বিক্রিয়ার মাধ্যমে গঠিত হয়, যা মূল অবস্থানে শূন্যস্থান তৈরি করে। ছিদ্রযুক্ত সিলিকন কার্বাইড সিরামিক তৈরির সাধারণ রাসায়নিক পদ্ধতিগুলোর মধ্যে রয়েছে ছিদ্র-গঠনকারী উপাদান সংযোজন পদ্ধতি, জৈব ফোম ইমপ্রেগনেশন পদ্ধতি এবং জৈবিক টেমপ্লেট পদ্ধতি ইত্যাদি।
২.১ জৈব ফোম ইমপ্রেগনেশন
জৈব ফোম ইমপ্রেগনেশন পদ্ধতিতে, টেমপ্লেট হিসেবে জৈব ফোম ব্যবহার করা হয় এবং প্রস্তুতকৃত সিরামিক স্লারি সেই টেমপ্লেটের উপর সমানভাবে প্রলেপ দেওয়া হয় অথবা টেমপ্লেটটিকে স্লারিতে ডুবিয়ে বাতাস বের করে দেওয়া হয়, যাতে স্লারিটি জৈব ফোম টেমপ্লেটের সাথে সমানভাবে লেগে যায়। এরপর, শুকানো এবং উচ্চ-তাপমাত্রার সিন্টারিংয়ের মাধ্যমে জৈব টেমপ্লেটটি সরিয়ে ফেলা হয়, যার ফলে ছিদ্রযুক্ত সিরামিক পাওয়া যায়।
এই পদ্ধতির সবচেয়ে বড় অসুবিধা হলো এটি দিয়ে ক্ষুদ্র ছিদ্রযুক্ত বদ্ধ ছিদ্রযুক্ত পণ্য উৎপাদন করা যায় না। এর আকৃতি সীমাবদ্ধ থাকে এবং কাঁচামাল দ্বারা প্রিফর্মের কার্যকারিতা ব্যাপকভাবে প্রভাবিত হয়। প্রস্তুতকৃত ছিদ্রযুক্ত সিরামিক উপাদানগুলোর ঘনত্ব এবং শক্তি নিয়ন্ত্রণ করাও কঠিন।
২.২ ছিদ্র গঠনকারী উপাদান যোগ করার পদ্ধতি
ছিদ্র-গঠনকারী এজেন্ট যোগ করে ছিদ্রযুক্ত সিলিকন কার্বাইড সিরামিক তৈরির প্রক্রিয়ায় সিলিকন কার্বাইড পাউডার বা প্রিকার্সরের সাথে ছিদ্র-গঠনকারী এজেন্ট যোগ করা হয় এবং তারপর পরবর্তী প্রক্রিয়ার মাধ্যমে এজেন্টগুলো অপসারণ করা হয়। এর ফলে, ছিদ্র-গঠনকারী এজেন্ট দ্বারা পূর্বে দখলকৃত স্থানগুলোতে ছিদ্র তৈরি হয় এবং তারপর তাপ প্রয়োগ ও সিন্টারিং প্রক্রিয়ার মাধ্যমে ছিদ্রযুক্ত সিরামিক গঠন করা হয়। সুতরাং, ছিদ্র-গঠনকারী এজেন্টের ধরন ও পরিমাণ পরিবর্তন করে প্রস্তুতকৃত ছিদ্রযুক্ত সিরামিকের ছিদ্রময়তা, ছিদ্রের গঠন, ছিদ্রের আকার এবং বন্টন সুবিধাজনকভাবে নিয়ন্ত্রণ করা যায়। ছিদ্র-গঠনকারী এজেন্টের প্রকারভেদ অত্যন্ত ব্যাপক, যার মধ্যে প্রাকৃতিক বা কৃত্রিম জৈব পলিমার, তরল, লবণ, সিরামিক বা অন্যান্য পাউডার ইত্যাদি অন্তর্ভুক্ত। বিভিন্ন ছিদ্র-গঠনকারী এজেন্ট অপসারণের প্রক্রিয়া ভিন্ন ভিন্ন হয়। জৈব পলিমার ছিদ্র-গঠনকারী এজেন্ট সাধারণত তাপ প্রয়োগ ও বিয়োজনের মাধ্যমে অপসারণ করা হয়, তরল ছিদ্র-গঠনকারী এজেন্ট কেলাসীকরণ ও ঊর্ধ্বপাতনের মাধ্যমে অপসারণ করা যায়, লবণ জল পরিস্রাবণের মাধ্যমে অপসারণ করা যায় এবং সিরামিক পাউডার উপযুক্ত দ্রবণ পরিস্রাবণের মাধ্যমে অপসারণ করা যায়।
২.৩ জৈবিক টেমপ্লেট পদ্ধতি
জৈব পদার্থের আণুবীক্ষণিক ছিদ্র কাঠামো কৃত্রিম পদার্থের ছিদ্র কাঠামো থেকে উল্লেখযোগ্যভাবে ভিন্ন। এর অনন্য কাঠামোর কারণে, জীবকে টেমপ্লেট হিসাবে ব্যবহার করে অনুরূপ কাঠামোযুক্ত ছিদ্রযুক্ত সিরামিক পদার্থ তৈরির বিষয়টি ব্যাপক মনোযোগ আকর্ষণ করেছে [10]। জৈব টেমপ্লেট পদ্ধতি এবং জৈব ফোম ইমপ্রেগনেশন পদ্ধতির মধ্যে সাদৃশ্য রয়েছে। জৈব ফোম ইমপ্রেগনেশন পদ্ধতিতে টেমপ্লেট হিসাবে কৃত্রিম স্পঞ্জ ব্যবহার করা হয়, অন্যদিকে জৈব টেমপ্লেট পদ্ধতিতে টেমপ্লেট হিসাবে প্রাকৃতিক জীব ব্যবহার করা হয়।
ছিদ্রযুক্ত সিলিকন কার্বাইড সিরামিক তৈরির জন্য ব্যবহৃত বায়োলজিক্যাল টেমপ্লেট পদ্ধতির সুবিধা হলো এর সরল প্রক্রিয়া এবং স্বল্প ব্যয়। এই পদ্ধতিতে জটিল আকৃতির সিরামিক তৈরি করা যায় এবং এটি প্রাকৃতিক জৈব পদার্থের গঠনকে সর্বোচ্চ পরিমাণে অনুকরণ করতে পারে। তবে, উচ্চ-তাপমাত্রার কার্বনাইজেশন প্রক্রিয়ার সময় বায়োলজিক্যাল টেমপ্লেটে ফাটল ধরার প্রবণতা থাকে, যা ছিদ্রযুক্ত সিলিকন কার্বাইড সিরামিকের যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্যের উপর উল্লেখযোগ্য প্রভাব ফেলে। অধিকন্তু, প্রস্তুতকৃত ছিদ্রযুক্ত সিলিকন কার্বাইড সিরামিকের ছিদ্র কাঠামো মূলত বায়োলজিক্যাল টেমপ্লেটের নিজস্ব অণুসজ্জার উপর নির্ভর করে এবং এর নকশা করার ক্ষমতা দুর্বল। এছাড়াও, এই পদ্ধতির কিছু অসুবিধাও রয়েছে, যেমন SiC-এর তুলনামূলকভাবে কম রূপান্তর দক্ষতা, SiC বিক্রিয়া স্তরের সহজে খসে পড়া এবং দীর্ঘ প্রস্তুতি চক্র।
পোস্ট করার সময়: ২২-জুলাই-২০২৫