Кремний карбиди (SiC) керамикасы жогорку катуулугу, жогорку бекемдиги, жылуулук кеңейүүсүнүн кичине коэффициенти, жогорку жылуулук өткөрүмдүүлүгү, жакшы химиялык туруктуулугу, эң сонун жылуулук соккусуна туруктуулугу жана кычкылданууга туруктуулугу менен ар кандай өнүккөн өндүрүш тармактарында көптөн бери кеңири колдонулуп келет. Кремний карбиди керамикасынын жогоруда айтылган мүнөздөмөлөрүнөн тышкары, уникалдуу микроскопиялык тешиктүү түзүлүшү менен тешиктүү кремний карбиди керамикасы металлургия, химиялык инженерия, айлана-чөйрөнү коргоо жана энергетика сыяктуу тармактарда кеңири колдонуу келечегине ээ, бул кремний карбиди керамикасынын колдонуу чөйрөсүн бир топ кеңейтет.
Өзгөчө касиеттеритешиктүү кремний карбиди керамикасынегизинен алардын уникалдуу тешиктүү түзүлүшүнөн, анын ичинде тешиктүүлүгүнөн, тешикчелердин өлчөмүнөн жана таралышынан, тешикчелердин формасынан ж.б. пайда алышат. Ошондуктан, каалаган тешиктүү түзүлүшкө жетүү үчүн даярдоо ыкмасы аркылуу анын тешиктүүлүгүн, тешикчелердин өлчөмүнөн жана таралышынан, ошондой эле тешикчелердин формасын жөнгө салуу керек. Ошондуктан, аны даярдоо ыкмасы ар дайым адамдардын изилдөөсүнүн чордонунда болуп келген. Бул макалада негизинен акыркы жылдары үйдө жана чет өлкөлөрдө тешиктүү кремний карбиддик керамиканы даярдоо ыкмаларын изилдөөдөгү жетишкендиктер каралат.
1. Физикалык ыкма
Физикалык ыкма тешиктүү кремний карбид керамикасындагы боштуктар даярдоо процессинде бир катар физикалык кубулуштардын натыйжасында пайда болорун, химиялык реакциялар болбостон же жаңы заттардын пайда болбостон пайда болорун билдирет. Негизги механизм - катуу заттардын жылуулук менен кысылышынан, суюк фазанын бууланышынан жана катуу фазанын түз сублимациясынан калган боштуктарга таянып, тешиктүү түзүлүштү түзүү. Кеңири таралган ыкмаларга бөлүкчөлөрдү үймөктөө ыкмасы, тоңдуруу менен кургатуу ыкмасы, золь-гель ыкмасы ж.б. кирет. Акыркы жылдары пайда болгон 3D басып чыгаруу технологиясын тешиктүү структураларды түз басып чыгаруу жана даярдоо үчүн да колдонсо болот.
1.1 Бөлүкчөлөрдү үймөктөө ыкмасы
Бөлүкчөлөрдү таңгактоо менен бышыруу ыкмасы - кеуектүү кремний карбиддик керамиканы даярдоонун эң жөнөкөй жолу. Бул ыкманын принциби - ар кандай SiC бөлүкчөлөрүнүн ортосунда бышыруу моюнчаларын түзүү үчүн керамикалык бөлүкчөлөрдүн өздөрүнүн бышыруу жөндөмүн колдонуу, ошону менен бөлүкчөлөрдүн топтолушу кеуектүү керамиканы түзүүгө мүмкүндүк берет. Бышыруу температурасын төмөндөтүү үчүн, ар кандай SiC бөлүкчөлөрүнүн ортосундагы байланышты түзүү үчүн, адатта, эрүү температурасы төмөн болгон белгилүү бир өлчөмдөгү байланыштыргыч кошулат. Бөлүкчөлөрдү таңгактоо менен бышыруу ыкмасындагы бардык тешикчелер SiC бөлүкчөлөрүнүн ортосундагы бышыруу боштуктарынан трансформациялангандыктан, даяр кеуектүү керамиканын кеуектүүлүгүн жана кеуектүүлүгүн порошоктун өлчөмүн, байланыштыргычтын түрүн жана кошуу көлөмүн, ошондой эле бышыруу параметрлерин өзгөртүү менен башкарууга болот.
Кеуектүү кремний карбидинин керамикасын бөлүкчөлөрдү үймөктөө ыкмасы менен даярдоо кошумча тешикчелерди пайда кылуучу агенттерди кошууну талап кылбайт. Бул процесс жөнөкөй жана башкарууга салыштырмалуу оңой. Бирок, бул ыкма менен даярдалган тешиктүү керамиканын тешиктүүлүгү жалпысынан төмөн. Тешикчелердин формасы, тешикчелердин өлчөмү жана тешиктүүлүгү негизинен чийки заттын бөлүкчөлөрүнүн формасы, бөлүкчөлөрүнүн өлчөмү жана таралышы, ошондой эле бышыруу даражасы менен аныкталат.
1.2 Тоңдуруу менен кургатуу ыкмасы
Тоңдурулуп кургатуу – бул керамикалык агрегаттарды суу же органикалык эриткичтер менен тийиштүү өлчөмдөгү диспергенттердин же байланыштыргычтардын катышуусунда бирдей аралаштыруу менен суспензияны пайда кылуу ыкмасы. Андан кийин, жакшы аралаштырылган суспензия калыпка куюлуп, төмөнкү температурада тез тоңдурулат, бул суюк фаза матрицасынын тез катуу затка айлануусуна мүмкүндүк берет. Андан кийин, катууланган катуу фаза сублимацияланып, басымды төмөндөтүү же вакуумдук кургатуу аркылуу алынып салынат. Шустушунун ичинде калтырылган багытта жайгашкан тешикчелүү структуралары бар жашыл денени алуу жана акырында аны тешикчелүү кремний карбид керамикасын алуу үчүн бышыруу ыкмасы.
1.3 3D басып чыгаруу ыкмасы
Кеуектүү кремний карбиддик керамиканы даярдоо үчүн 3D басып чыгаруу ыкмасы акыркы жылдары өнүккөн даярдоо процессинин жаңы түрү болуп саналат. Бул процесс компьютердин жардамы менен иштелип чыккан үч өлчөмдүү маалымат моделине негизделген. Басып чыгаруу башы аркылуу чийки заттын порошогун катмар-катмар үч өлчөмдүү тармактык түзүлүшкө келтирүү үчүн байланыштыруучу зат чачыратылып жатат. 3D басып чыгаруу жана реакциялык бышыруу процесстеринин айкалышы татаал формадагы керамиканы калыпсыз өндүрүүгө жана дээрлик тор өлчөмүндө калыптоого мүмкүндүк берет.
Кеуектүү кремний карбид керамикасын даярдоонун 3D басып чыгаруу ыкмасы жөнөкөй калыптоо процесси, жогорку даярдоо жана иштетүү натыйжалуулугу жана калыптардын кереги жок экендиги менен айырмаланат. Аны татаал формадагы, бирдей микроструктурадагы жана жакшы тешиктүү байланыштагы кеуектүү кремний карбид керамикасын даярдоо үчүн гана колдонсо болбойт, ошондой эле кеуектүү керамиканын кеуектүүлүгү жана кеуектүүлүгүн башкарууга жана жөнгө салууга болот. Бирок, бул ыкма учурда дагы эле изилдөө этабында жана процесстин параметрлерин дагы эле оптималдаштыруу керек. Мындан тышкары, бул ыкма жогорку бекемдиктеги кеуектүү кремний карбид керамикасын бир кадам менен даярдоо кыйын. Каалаган продукцияны өндүрүү үчүн башка процесстердин жардамы талап кылынат, бул салыштырмалуу жогорку чыгымдарды талап кылат.
1.4 Көбүктөнүү
Көбүктүү калыптоо ыкмасы керамикалык жашыл корпуска же прекурсорго кийинки иштетүү аркылуу газды же газды пайда кыла турган заттарды кошуп, андан кийин аны тешиктүү кремний карбиддик керамиканы алуу үчүн бышыруудан өткөрүүнү камтыйт. Башка даярдоо ыкмаларынан айырмаланып, көбүктүү ыкма жабык клеткалуу керамиканы даярдоонун натыйжалуу процесси болуп саналат.
2. Химиялык ыкма
Химиялык ыкма тешиктүү кремний карбид керамикасындагы тешиктүү түзүлүш органикалык эмес туздардын же кошулган органикалык заттардын ажыроосунан же реакциясынан пайда болуп, баштапкы абалында бош орундарды калтыраарын билдирет. Кесиктүү кремний карбид керамикасын даярдоонун кеңири таралган химиялык ыкмаларына тешикчелерди пайда кылуучу агенттерди кошуу ыкмасы, органикалык көбүктү импрегнациялоо ыкмасы жана биологиялык шаблон ыкмасы ж.б. кирет.
2.1 Органикалык көбүк менен импрегнациялоо
Органикалык көбүктү сиңирүү ыкмасы органикалык көбүктү шаблон катары колдонууну, даярдалган керамикалык аралашманы шаблонго бирдей каптоону же шаблонду аралашмага салып, абаны чыгарууну камтыйт, аралашманын органикалык көбүк шаблонуна бирдей жабышышын камсыздайт. Андан кийин кургатуу жана жогорку температурада бышыруу аркылуу органикалык шаблон алынып салынат, ошону менен тешиктүү керамика алынат.
Бул ыкманын эң олуттуу кемчилиги - майда тешиктүү жабык тешиктүүлүктүү продукцияларды өндүрүү мүмкүн эместиги. Формасы чектелүү жана даяр форманын иштешине чийки зат чоң таасир этет. Даярдалган тешиктүү керамикалык материалдардын тыгыздыгын жана бекемдигин көзөмөлдөө да кыйын.
2.2 Тешикчелерди пайда кылуучу агенттерди кошуу ыкмасы
Тешикчелүү кремний карбид керамикасын тешикчелүү агенттерди кошуу менен даярдоо кремний карбид порошогуна же прекурсорлоруна тешикчелүү агенттерди кошууну, андан кийин тешикчелүү агенттерди кийинки процесстер аркылуу алып салууну камтыйт. Натыйжада, тешикчелүү агенттер башында ээлеген позициялар тешикчелерди пайда кылат, андан кийин ысытуу жана бышыруу тешикчелүү керамиканы түзүү үчүн жүргүзүлөт. Ошондуктан, тешикчелүү агенттердин түрүн жана дозасын өзгөртүү даяр тешикчелүү керамиканын тешикчелүүлүгүн, тешикчелердин морфологиясын, тешикчелердин өлчөмүн жана таралышын ыңгайлуу түрдө башкара алат. Тешикчелүү агенттердин түрлөрү абдан кеңири, анын ичинде табигый же синтетикалык органикалык полимерлер, суюктуктар, туздар, керамика же башка порошоктор ж.б. Ар кандай тешикчелүү агенттерди алып салуу процесстери ар кандай. Органикалык полимер тешикчелүү агенттер адатта ысытуу жана ажыроо жолу менен, суюк тешикчелүү агенттер кристаллдашуу жана сублимация аркылуу, туздар суу чыпкалоо аркылуу, ал эми керамикалык порошоктор тиешелүү эритме чыпкалоо аркылуу алынып салынат.
2.3 Биологиялык шаблон ыкмасы
Биоматериалдардагы микроскопиялык тешикчелердин түзүлүшү синтетикалык материалдардагыдан бир топ айырмаланат. Өзгөчө түзүлүшүнөн улам, организмдерди шаблон катары колдонуп, окшош түзүлүштөгү тешикчелүү керамикалык материалдарды даярдоо кеңири көңүл бурууга ээ болду [10]. Биологиялык шаблон ыкмасы жана органикалык көбүк менен импрегнациялоо ыкмасы окшоштуктарга ээ. Органикалык көбүк менен импрегнациялоо ыкмасы жасалма губканы шаблон катары колдонот, ал эми биологиялык шаблон ыкмасы табигый организмдерди шаблон катары колдонот.
Кеуектүү кремний карбид керамикасын даярдоонун биологиялык шаблон ыкмасы жөнөкөй процесстин жана арзан баанын артыкчылыктарына ээ. Ал татаал формадагы керамиканы чыгара алат жана табигый биологиялык материалдардын түзүлүшүн эң чоң деңгээлде кайталай алат. Бирок, биологиялык шаблон жогорку температурадагы көмүрлөштүрүү процессинде жарака кетүүгө жакын, бул кеуектүү кремний карбид керамикасынын механикалык касиеттерине олуттуу таасирин тийгизет. Андан тышкары, даярдалган кеуектүү кремний карбид керамикасынын кеуектүү түзүлүшү негизинен биологиялык шаблондун өзүнүн микроструктурасына көз каранды жана анын конструкциялоо мүмкүнчүлүгү начар. Мындан тышкары, бул ыкманын SiCнин конверсиясынын салыштырмалуу төмөн натыйжалуулугу, SiC реакция катмарынын оңой төгүлүшү жана даярдоо циклинин узактыгы сыяктуу кээ бир кемчиликтери да бар.
Жарыяланган убактысы: 2025-жылдын 22-июлу