સિલિકોન કાર્બાઇડ (SiC) સિરામિક્સ લાંબા સમયથી વિવિધ અદ્યતન ઉત્પાદન ક્ષેત્રોમાં વ્યાપકપણે ઉપયોગમાં લેવાય છે કારણ કે તેમની ઉચ્ચ કઠિનતા, ઉચ્ચ શક્તિ, થર્મલ વિસ્તરણનો નાનો ગુણાંક, ઉચ્ચ થર્મલ વાહકતા, સારી રાસાયણિક સ્થિરતા, ઉત્તમ થર્મલ શોક પ્રતિકાર અને ઓક્સિડેશન પ્રતિકાર છે. સિલિકોન કાર્બાઇડ સિરામિક્સની ઉપરોક્ત લાક્ષણિકતાઓ ઉપરાંત, છિદ્રાળુ સિલિકોન કાર્બાઇડ સિરામિક્સ, તેમની અનન્ય સૂક્ષ્મ છિદ્રાળુ રચના સાથે, ધાતુશાસ્ત્ર, રાસાયણિક ઇજનેરી, પર્યાવરણીય સંરક્ષણ અને ઊર્જા જેવા ક્ષેત્રોમાં વ્યાપક એપ્લિકેશન સંભાવનાઓ ધરાવે છે, જે સિલિકોન કાર્બાઇડ સિરામિક્સના એપ્લિકેશન અવકાશને મોટા પ્રમાણમાં વિસ્તૃત કરે છે.
ના ખાસ ગુણધર્મોછિદ્રાળુ સિલિકોન કાર્બાઇડ સિરામિકમુખ્યત્વે તેમની અનન્ય છિદ્રાળુ રચનાથી લાભ મેળવે છે, જેમાં છિદ્રાળુતા, છિદ્રનું કદ અને વિતરણ, અને છિદ્રનો આકાર વગેરેનો સમાવેશ થાય છે. તેથી, ઇચ્છિત છિદ્રાળુ માળખું મેળવવા માટે તૈયારી પદ્ધતિ દ્વારા તેની છિદ્રાળુતા, છિદ્રનું કદ અને વિતરણ તેમજ છિદ્રોના આકારને નિયંત્રિત કરવું જરૂરી છે. તેથી, તેની તૈયારી પદ્ધતિ હંમેશા લોકોના સંશોધનનું કેન્દ્ર રહી છે. આ લેખ મુખ્યત્વે તાજેતરના વર્ષોમાં દેશ અને વિદેશમાં છિદ્રાળુ સિલિકોન કાર્બાઇડ સિરામિક્સની તૈયારી પદ્ધતિઓમાં સંશોધન પ્રગતિની સમીક્ષા કરે છે.
૧. ભૌતિક પદ્ધતિ
ભૌતિક પદ્ધતિ એ હકીકતનો ઉલ્લેખ કરે છે કે છિદ્રાળુ સિલિકોન કાર્બાઇડ સિરામિક્સમાં ખાલી જગ્યાઓ તૈયારી પ્રક્રિયા દરમિયાન ભૌતિક ઘટનાઓની શ્રેણીને કારણે થાય છે, રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓ અથવા નવા પદાર્થોના નિર્માણ વિના. મુખ્ય પદ્ધતિ ઘન પદાર્થોના થર્મલ સંકોચન, પ્રવાહી તબક્કાના બાષ્પીભવન અને ઘન તબક્કાના સીધા ઉત્કર્ષ દ્વારા પાછળ રહેલ ખાલી જગ્યાઓ પર આધાર રાખીને છિદ્રાળુ માળખું બનાવવાનું છે. સામાન્ય પદ્ધતિઓમાં કણ સ્ટેકીંગ પદ્ધતિ, ફ્રીઝ-ડ્રાયિંગ પદ્ધતિ, સોલ-જેલ પદ્ધતિ વગેરેનો સમાવેશ થાય છે. તાજેતરના વર્ષોમાં ઉભરી આવેલી 3D પ્રિન્ટીંગ તકનીકનો ઉપયોગ છિદ્રાળુ માળખાને સીધા છાપવા અને તૈયાર કરવા માટે પણ થઈ શકે છે.
૧.૧ કણોના સ્ટેકીંગ પદ્ધતિ
છિદ્રાળુ સિલિકોન કાર્બાઇડ સિરામિક્સ તૈયાર કરવાની સૌથી સરળ રીત કણ પેકિંગ સિન્ટરિંગ પદ્ધતિ છે. આ પદ્ધતિનો સિદ્ધાંત એ છે કે સિરામિક કણોના સિન્ટરિંગ પ્રદર્શનનો ઉપયોગ કરીને વિવિધ SiC કણો વચ્ચે સિન્ટરિંગ નેક બનાવવામાં આવે છે, જેનાથી કણોના સંચયને છિદ્રાળુ સિરામિક્સ બનાવવામાં સક્ષમ બનાવવામાં આવે છે. સિન્ટરિંગ તાપમાન ઘટાડવા માટે, સામાન્ય રીતે નીચા ગલનબિંદુ સાથે ચોક્કસ માત્રામાં બાઈન્ડર ઉમેરવામાં આવે છે જેથી વિવિધ SiC કણો વચ્ચે જોડાણ બને. કારણ કે કણ પેકિંગ સિન્ટરિંગ પદ્ધતિમાંના બધા છિદ્રો SiC કણો વચ્ચેના પેકિંગ ગેપમાંથી રૂપાંતરિત થાય છે, તેથી ફિનિશ્ડ છિદ્રાળુ સિરામિક્સની છિદ્રાળુતા અને છિદ્ર કદ પાવડર કદ, બાઈન્ડરનો પ્રકાર અને ઉમેરણ જથ્થો અને સિન્ટરિંગ પરિમાણો બદલીને નિયંત્રિત કરી શકાય છે.
કણ સ્ટેકીંગ પદ્ધતિ દ્વારા છિદ્રાળુ સિલિકોન કાર્બાઇડ સિરામિક્સ તૈયાર કરવા માટે વધારાના છિદ્ર-રચના એજન્ટો ઉમેરવાની જરૂર નથી. આ પ્રક્રિયા સરળ અને નિયંત્રિત કરવા માટે પ્રમાણમાં સરળ છે. જો કે, આ પદ્ધતિ દ્વારા તૈયાર કરાયેલ છિદ્રાળુ સિરામિક્સની છિદ્રાળુતા સામાન્ય રીતે ઓછી હોય છે. છિદ્રોનો આકાર, છિદ્રનું કદ અને છિદ્રાળુતા મુખ્યત્વે કાચા માલના કણોના આકાર, કણ કદ અને વિતરણ તેમજ સિન્ટરિંગની ડિગ્રી દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે.
૧.૨ ફ્રીઝ-ડ્રાયિંગ પદ્ધતિ
ફ્રીઝ-ડ્રાયિંગ એ એક પદ્ધતિ છે જેમાં સિરામિક એગ્રીગેટ્સને પાણી અથવા કાર્બનિક દ્રાવકો સાથે સમાન રીતે મિશ્રિત કરીને યોગ્ય માત્રામાં ડિસ્પર્સન્ટ્સ અથવા બાઈન્ડરની હાજરીમાં સ્લરી બનાવવામાં આવે છે. પછી, સારી રીતે મિશ્રિત સ્લરી એક ઘાટમાં રેડવામાં આવે છે અને નીચા તાપમાને ઝડપથી સ્થિર થાય છે, જેનાથી પ્રવાહી તબક્કાના મેટ્રિક્સ ઝડપથી ઘન બને છે. ત્યારબાદ, ઘન બનેલા ઘન તબક્કાને સબલિમેટ કરવામાં આવે છે અને દબાણ ઘટાડા અથવા વેક્યુમ સૂકવણી સારવાર દ્વારા દૂર કરવામાં આવે છે. સ્લરી અંદર દિશાત્મક રીતે ગોઠવાયેલા છિદ્ર માળખા સાથે ગ્રીન બોડી મેળવવાની અને અંતે છિદ્રાળુ સિલિકોન કાર્બાઇડ સિરામિક્સ ઉત્પન્ન કરવા માટે તેને સિન્ટર કરવાની પદ્ધતિ.
૧.૩ ૩ડી પ્રિન્ટીંગ પદ્ધતિ
છિદ્રાળુ સિલિકોન કાર્બાઇડ સિરામિક્સ તૈયાર કરવા માટે 3D પ્રિન્ટિંગ પદ્ધતિ એ એક નવી પ્રકારની તૈયારી પ્રક્રિયા છે જે તાજેતરના વર્ષોમાં વિકસિત થઈ છે. આ પ્રક્રિયા કમ્પ્યુટર સહાયની મદદથી ડિઝાઇન કરાયેલ ત્રિ-પરિમાણીય ડેટા મોડેલ પર આધાર રાખે છે. પ્રિન્ટિંગ હેડ દ્વારા, કાચા માલના પાવડર સ્તરને ત્રિ-પરિમાણીય નેટવર્ક માળખામાં સ્તર દ્વારા સ્ટેક કરવા માટે બાઈન્ડર સ્પ્રે કરવામાં આવે છે. 3D પ્રિન્ટિંગ અને પ્રતિક્રિયા સિન્ટરિંગ પ્રક્રિયાઓનું સંયોજન મોલ્ડ-મુક્ત ઉત્પાદન અને જટિલ-આકારના સિરામિક્સના લગભગ-નેટ-કદના નિર્માણને પ્રાપ્ત કરી શકે છે.
છિદ્રાળુ સિલિકોન કાર્બાઇડ સિરામિક્સ તૈયાર કરવા માટેની 3D પ્રિન્ટિંગ પદ્ધતિમાં સરળ રચના પ્રક્રિયા, ઉચ્ચ તૈયારી અને પ્રક્રિયા કાર્યક્ષમતા અને મોલ્ડની જરૂર નથી. તેનો ઉપયોગ ફક્ત જટિલ આકાર, સમાન માઇક્રોસ્ટ્રક્ચર અને સારી છિદ્ર કનેક્ટિવિટીવાળા છિદ્રાળુ સિલિકોન કાર્બાઇડ સિરામિક્સ તૈયાર કરવા માટે જ નહીં, પણ છિદ્રાળુ સિરામિક્સની છિદ્રાળુતા અને છિદ્રનું કદ પણ નિયંત્રિત અને ગોઠવી શકાય તેવું છે. જો કે, આ પદ્ધતિ હાલમાં સંશોધનાત્મક સંશોધન તબક્કામાં છે, અને પ્રક્રિયા પરિમાણોને હજુ પણ વધુ ઑપ્ટિમાઇઝ કરવાની જરૂર છે. વધુમાં, આ પદ્ધતિ એક પગલામાં ઉચ્ચ-શક્તિવાળા છિદ્રાળુ સિલિકોન કાર્બાઇડ સિરામિક્સ તૈયાર કરવી મુશ્કેલ છે. ઇચ્છિત ઉત્પાદનો ઉત્પન્ન કરવા માટે તેને અન્ય પ્રક્રિયાઓની સહાયની જરૂર પડે છે, જે પ્રમાણમાં ઊંચી કિંમત લે છે.
૧.૪ ફોમિંગ
ફોમિંગ મોલ્ડિંગ પદ્ધતિમાં ગેસ અથવા એવા પદાર્થો ઉમેરવાનો સમાવેશ થાય છે જે સિરામિક ગ્રીન બોડી અથવા પુરોગામીમાં અનુગામી પ્રક્રિયા દ્વારા ગેસ ઉત્પન્ન કરી શકે છે, અને પછી છિદ્રાળુ સિલિકોન કાર્બાઇડ સિરામિક્સ મેળવવા માટે તેને સિન્ટર કરે છે. અન્ય તૈયારી પદ્ધતિઓથી વિપરીત, ફોમિંગ પદ્ધતિ બંધ-કોષ સિરામિક્સ તૈયાર કરવા માટે એક અસરકારક પ્રક્રિયા છે.
2. રાસાયણિક પદ્ધતિ
રાસાયણિક પદ્ધતિ એ હકીકતનો ઉલ્લેખ કરે છે કે છિદ્રાળુ સિલિકોન કાર્બાઇડ સિરામિક્સમાં છિદ્રાળુ માળખું અકાર્બનિક ક્ષાર અથવા ઉમેરાયેલા કાર્બનિક પદાર્થોના વિઘટન અથવા પ્રતિક્રિયા દ્વારા રચાય છે, જે મૂળ સ્થાનોમાં ખાલી જગ્યાઓ છોડી દે છે. છિદ્રાળુ સિલિકોન કાર્બાઇડ સિરામિક્સ તૈયાર કરવા માટેની સામાન્ય રાસાયણિક પદ્ધતિઓમાં છિદ્ર-રચના એજન્ટ ઉમેરણ પદ્ધતિ, કાર્બનિક ફોમ ગર્ભાધાન પદ્ધતિ અને જૈવિક ટેમ્પલેટ પદ્ધતિ વગેરેનો સમાવેશ થાય છે.
૨.૧ ઓર્ગેનિક ફોમ ઇમ્પ્રેગ્નેશન
ઓર્ગેનિક ફોમ ઇમ્પ્રેગ્નેશન પદ્ધતિમાં ઓર્ગેનિક ફોમનો ટેમ્પ્લેટ તરીકે ઉપયોગ કરવાનો સમાવેશ થાય છે, તૈયાર સિરામિક સ્લરીને ટેમ્પ્લેટ પર સમાનરૂપે કોટિંગ કરીને અથવા હવા બહાર કાઢવા માટે ટેમ્પ્લેટને સ્લરીમાં ડુબાડીને, સ્લરી ઓર્ગેનિક ફોમ ટેમ્પ્લેટ સાથે સમાનરૂપે વળગી રહે તેની ખાતરી કરીને. પછી, સૂકવણી અને ઉચ્ચ-તાપમાન સિન્ટરિંગ દ્વારા, ઓર્ગેનિક ટેમ્પ્લેટ દૂર કરવામાં આવે છે, જેનાથી છિદ્રાળુ સિરામિક્સ મેળવવામાં આવે છે.
આ પદ્ધતિનો સૌથી મોટો ગેરલાભ એ છે કે તે નાના છિદ્રોવાળા બંધ છિદ્રાળુતાવાળા ઉત્પાદનો ઉત્પન્ન કરવામાં અસમર્થ છે. આકાર મર્યાદિત છે અને કાચા માલ દ્વારા પ્રીફોર્મની કામગીરી પર ભારે અસર પડે છે. તૈયાર છિદ્રાળુ સિરામિક સામગ્રીની ઘનતા અને મજબૂતાઈને નિયંત્રિત કરવી પણ મુશ્કેલ છે.
૨.૨ છિદ્ર બનાવતા એજન્ટો ઉમેરવાની પદ્ધતિ
છિદ્રાળુ સિલિકોન કાર્બાઇડ સિરામિક્સ તૈયાર કરવા માટે છિદ્ર-રચના એજન્ટો સિલિકોન કાર્બાઇડ પાવડર અથવા પૂર્વગામીમાં છિદ્ર-રચના એજન્ટો ઉમેરવાનો સમાવેશ થાય છે, અને પછી અનુગામી પ્રક્રિયાઓ દ્વારા છિદ્ર-રચના એજન્ટોને દૂર કરવામાં આવે છે. પરિણામે, છિદ્ર-રચના એજન્ટો દ્વારા મૂળ સ્થાનો છિદ્રો બનાવે છે, અને પછી છિદ્રાળુ સિરામિક્સ બનાવવા માટે ગરમી અને સિન્ટરિંગ હાથ ધરવામાં આવે છે. તેથી, છિદ્ર-રચના એજન્ટોના પ્રકાર અને માત્રામાં ફેરફાર કરવાથી છિદ્રાળુતા, છિદ્ર આકારશાસ્ત્ર, છિદ્રનું કદ અને સમાપ્ત છિદ્રાળુ સિરામિક્સના વિતરણને સરળતાથી નિયંત્રિત કરી શકાય છે. છિદ્ર-રચના એજન્ટોના પ્રકારો ખૂબ વ્યાપક છે, જેમાં કુદરતી અથવા કૃત્રિમ કાર્બનિક પોલિમર, પ્રવાહી, ક્ષાર, સિરામિક્સ અથવા અન્ય પાવડર વગેરેનો સમાવેશ થાય છે. વિવિધ છિદ્ર-રચના એજન્ટોની દૂર કરવાની પ્રક્રિયાઓ બદલાય છે. ઓર્ગેનિક પોલિમર છિદ્ર-રચના એજન્ટો સામાન્ય રીતે ગરમી અને વિઘટન દ્વારા દૂર કરવામાં આવે છે, પ્રવાહી છિદ્ર-રચના એજન્ટો સ્ફટિકીકરણ અને ઉત્કર્ષ દ્વારા દૂર કરી શકાય છે, ક્ષાર પાણી ગાળણ દ્વારા દૂર કરી શકાય છે, અને સિરામિક પાવડર યોગ્ય દ્રાવણ ગાળણ દ્વારા દૂર કરી શકાય છે.
૨.૩ જૈવિક ઢાંચો પદ્ધતિ
બાયોમટીરિયલ્સમાં સૂક્ષ્મ છિદ્ર રચના કૃત્રિમ પદાર્થો કરતા નોંધપાત્ર રીતે અલગ છે. તેની અનન્ય રચનાને કારણે, ટેમ્પ્લેટ તરીકે સજીવોનો ઉપયોગ કરીને સમાન રચનાઓ સાથે છિદ્રાળુ સિરામિક સામગ્રીની તૈયારી પર વ્યાપક ધ્યાન આપવામાં આવ્યું છે [10]. જૈવિક ટેમ્પ્લેટ પદ્ધતિ અને કાર્બનિક ફીણ ગર્ભાધાન પદ્ધતિ સમાનતા ધરાવે છે. કાર્બનિક ફીણ ગર્ભાધાન પદ્ધતિ કૃત્રિમ સ્પોન્જનો ઉપયોગ નમૂના તરીકે કરે છે, જ્યારે જૈવિક ટેમ્પ્લેટ પદ્ધતિ કુદરતી સજીવોનો ઉપયોગ નમૂના તરીકે કરે છે.
છિદ્રાળુ સિલિકોન કાર્બાઇડ સિરામિક્સ તૈયાર કરવા માટેની જૈવિક ટેમ્પ્લેટ પદ્ધતિમાં સરળ પ્રક્રિયા અને ઓછી કિંમતના ફાયદા છે. તે જટિલ આકારવાળા સિરામિક્સનું ઉત્પાદન કરી શકે છે અને કુદરતી જૈવિક સામગ્રીની રચનાને મહત્તમ હદ સુધી નકલ કરી શકે છે. જો કે, ઉચ્ચ-તાપમાન કાર્બોનાઇઝેશન પ્રક્રિયા દરમિયાન જૈવિક ટેમ્પ્લેટ ક્રેક થવાની સંભાવના ધરાવે છે, જે છિદ્રાળુ સિલિકોન કાર્બાઇડ સિરામિક્સના યાંત્રિક ગુણધર્મો પર નોંધપાત્ર અસર કરે છે. વધુમાં, તૈયાર છિદ્રાળુ સિલિકોન કાર્બાઇડ સિરામિક્સનું છિદ્ર માળખું મુખ્યત્વે જૈવિક ટેમ્પ્લેટના માઇક્રોસ્ટ્રક્ચર પર આધાર રાખે છે, અને તેની ડિઝાઇનક્ષમતા નબળી છે. વધુમાં, આ પદ્ધતિમાં કેટલાક ગેરફાયદા પણ છે, જેમ કે SiC ની પ્રમાણમાં ઓછી રૂપાંતર કાર્યક્ષમતા, SiC પ્રતિક્રિયા સ્તરનું સરળ શેડિંગ અને લાંબી તૈયારી ચક્ર.
પોસ્ટ સમય: જુલાઈ-૨૨-૨૦૨૫