Цахиурын карбид (SiC) керамик нь өндөр хатуулаг, өндөр бат бэх, дулааны тэлэлтийн бага коэффициент, өндөр дулаан дамжуулалт, сайн химийн тогтвортой байдал, маш сайн дулааны цохилтод тэсвэртэй байдал болон исэлдэлтийн эсэргүүцэл зэргээс шалтгаалан янз бүрийн дэвшилтэт үйлдвэрлэлийн салбарт өргөн хэрэглэгдэж ирсэн. Дээр дурдсан цахиурын карбидын керамикийн шинж чанараас гадна өвөрмөц микроскопийн сүвэрхэг бүтэцтэй сүвэрхэг цахиурын карбид керамик нь металлурги, химийн инженерчлэл, байгаль орчныг хамгаалах, эрчим хүч зэрэг салбарт өргөн хэрэглээний хэтийн төлөвтэй тул цахиурын карбидын керамикийн хэрэглээний цар хүрээг эрс өргөжүүлж байна.
Онцгой шинж чанарууд ньсүвэрхэг цахиурын карбид керамикголчлон тэдний өвөрмөц сүвэрхэг бүтэц, үүнд сүвэрхэг чанар, нүхний хэмжээ, тархалт, нүхний хэлбэр гэх мэт зүйлсээс ашиг тус хүртдэг. Тиймээс хүссэн сүвэрхэг бүтцийг олж авахын тулд бэлтгэх аргаар түүний сүвэрхэг чанар, нүхний хэмжээ, тархалт, мөн нүхний хэлбэрийг зохицуулах шаардлагатай. Тиймээс түүнийг бэлтгэх арга нь хүмүүсийн судалгааны анхаарлын төвд байсаар ирсэн. Энэхүү нийтлэлд сүүлийн жилүүдэд дотоод болон гадаадад сүвэрхэг цахиурын карбид керамик бэлтгэх аргын судалгааны ахиц дэвшлийг голчлон авч үзсэн болно.
1. Физик арга
Физик арга гэдэг нь сүвэрхэг цахиурын карбидын керамик дахь хоосон зай нь химийн урвал явагдахгүй, шинэ бодис үүсэхгүйгээр бэлтгэх явцад хэд хэдэн физик үзэгдлийн улмаас үүсдэг гэсэн баримтыг хэлнэ. Гол механизм нь хатуу бодисын дулааны агшилт, шингэн фазын ууршилт, хатуу фазын шууд сублимацийн улмаас үлдсэн хоосон зайд тулгуурлан сүвэрхэг бүтэц үүсгэх явдал юм. Түгээмэл аргуудад бөөмс давхарлах арга, хөлдөөж хатаах арга, золь-гель арга гэх мэт орно. Сүүлийн жилүүдэд гарч ирсэн 3D хэвлэх технологийг сүвэрхэг бүтцийг шууд хэвлэх, бэлтгэхэд ашиглаж болно.
1.1 Бөөмийг давхарлах арга
Бөөмөөр савлах шатаах арга нь сүвэрхэг цахиурын карбид керамик бэлтгэх хамгийн энгийн арга юм. Энэ аргын зарчим нь керамик бөөмсийн өөрсдийн шатаах чадварыг ашиглан өөр өөр SiC бөөмсийн хооронд шатаах хүзүү үүсгэх бөгөөд ингэснээр бөөмсийн хуримтлал нь сүвэрхэг керамик үүсгэх боломжийг олгодог. Шатаах температурыг бууруулахын тулд янз бүрийн SiC бөөмсийн хооронд холболт үүсгэхийн тулд бага хайлах цэгтэй тодорхой хэмжээний холбогчийг ихэвчлэн нэмдэг. Бөөмөөр савлах шатаах аргын бүх нүх сүвийг SiC бөөмсийн хоорондох савлах зайнаас хувиргадаг тул бэлэн болсон сүвэрхэг керамикийн сүвэрхэг чанар болон нүх сүвний хэмжээг нунтаг хэмжээ, холбогчийн төрөл ба нэмэлт хэмжээ, шатаах параметрүүдийг өөрчлөх замаар хянаж болно.
Бөөмийг давхарлах аргаар сүвэрхэг цахиурын карбид керамик бэлтгэхэд нэмэлт нүх сүв үүсгэгч бодис нэмэх шаардлагагүй. Энэ үйл явц нь энгийн бөгөөд хянахад харьцангуй хялбар байдаг. Гэсэн хэдий ч энэ аргаар бэлтгэсэн сүвэрхэг керамикийн сүвэрхэг чанар нь ерөнхийдөө бага байдаг. Нүх сүвний хэлбэр, хэмжээ, сүвэрхэг чанар нь голчлон түүхий эдийн бөөмсийн хэлбэр, бөөмийн хэмжээ, тархалт, мөн шаталтын зэргээс хамаарна.
1.2 Хөлдөөж хатаах арга
Хөлдөөж хатаах нь керамик дүүргэгчийг ус эсвэл органик уусгагчтай зохих хэмжээний дисперс буюу холбогчтой хамт жигд хольж, зутан үүсгэх арга юм. Дараа нь сайтар холилдсон зутанг хэвэнд хийж, бага температурт хурдан хөлдөөж, шингэн фазын матрицыг хурдан хатуу болгох боломжийг олгодог. Үүний дараа хатуурсан хатуу фазыг сублимацид оруулж, даралт бууруулах эсвэл вакуум хатаах аргаар зайлуулдаг. Зутан дотор чиглэлтэй байрлуулсан нүх сүвний бүтэцтэй ногоон биетийг гаргаж аваад эцэст нь сүвэрхэг цахиурын карбид керамик үйлдвэрлэх арга.
1.3 3D хэвлэх арга
Сүвэрхэг цахиурын карбид керамик бэлтгэх 3D хэвлэх арга нь сүүлийн жилүүдэд хөгжиж буй шинэ төрлийн бэлтгэлийн процесс юм. Энэ процесс нь компьютерийн тусламжтайгаар бүтээгдсэн гурван хэмжээст өгөгдлийн загварт суурилдаг. Хэвлэх толгойгоор дамжуулан холбогчийг шүршиж түүхий эдийн нунтаг давхаргыг давхаргаар нь гурван хэмжээст сүлжээний бүтэц болгон давхарладаг. 3D хэвлэх болон урвалын шаталтын процессын хослол нь нарийн төвөгтэй хэлбэртэй керамикийг хэвгүй үйлдвэрлэх, бараг торон хэмжээтэй хэлбэржүүлэх боломжийг олгодог.
Сүвэрхэг цахиурын карбид керамик бэлтгэх 3D хэвлэх арга нь энгийн хэлбэржүүлэх процесс, өндөр бэлтгэл, боловсруулалтын үр ашигтай, хэв шаардлагагүй байдаг. Үүнийг зөвхөн нарийн төвөгтэй хэлбэр, жигд бичил бүтэц, сайн нүх сүвтэй холболттой сүвэрхэг цахиурын карбид керамик бэлтгэхэд ашиглахаас гадна сүвэрхэг керамикийн сүвэрхэг чанар, нүх сүвний хэмжээг хянах, тохируулах боломжтой. Гэсэн хэдий ч энэ арга нь одоогоор судалгааны шатандаа явж байгаа бөгөөд процессын параметрүүдийг цаашид оновчтой болгох шаардлагатай хэвээр байна. Үүнээс гадна, энэ арга нь өндөр бат бэхтэй сүвэрхэг цахиурын карбид керамикийг нэг алхамаар бэлтгэхэд хэцүү байдаг. Хүссэн бүтээгдэхүүн үйлдвэрлэхийн тулд бусад процессын тусламж шаардлагатай бөгөөд энэ нь харьцангуй өндөр өртөг шаарддаг.
1.4 Хөөсрөлт
Хөөсрүүлэх хэвний арга нь керамик ногоон биет эсвэл урьдал хэсэгт дараагийн боловсруулалтаар хий үүсгэж болох хий эсвэл бодисыг нэмж, дараа нь сүвэрхэг цахиурын карбид керамик гаргаж авахын тулд шатаах үйл явцыг хамардаг. Бусад бэлтгэх аргуудаас ялгаатай нь хөөсрүүлэх арга нь битүү эстэй керамик бэлтгэх үр дүнтэй үйл явц юм.
2. Химийн арга
Химийн арга гэдэг нь сүвэрхэг цахиурын карбидын керамик дахь сүвэрхэг бүтэц нь органик бус давс эсвэл нэмсэн органик бодисын задрал эсвэл урвалаар үүсч, анхны байрлалдаа хоосон зай үлдээдэг гэсэн баримтыг хэлнэ. Сүвэрхэг цахиурын карбидын керамик бэлтгэх нийтлэг химийн аргуудад нүх сүв үүсгэгч бодис нэмэх арга, органик хөөс шингээх арга, биологийн загварын арга гэх мэт орно.
2.1 Органик хөөсөнцөр шингээлт
Органик хөөсөнцөр шингээх арга нь органик хөөсийг загвар болгон ашиглах, бэлтгэсэн керамик зуурмагийг загвар дээр жигд бүрэх эсвэл загварыг зуурмагт дүрж агаарыг гаргах, зуурмаг нь органик хөөсөнцөр загварт жигд наалдсан эсэхийг баталгаажуулах зэрэг орно. Дараа нь хатааж, өндөр температурт шатаах замаар органик загварыг арилгаж, улмаар сүвэрхэг керамик гаргаж авдаг.
Энэ аргын хамгийн чухал сул тал нь жижиг нүх сүвтэй битүү сүвэрхэг бүтээгдэхүүн үйлдвэрлэх боломжгүй юм. Хэлбэр нь хязгаарлагдмал бөгөөд урьдчилсан хэлбэрийн гүйцэтгэлд түүхий эд ихээхэн нөлөөлдөг. Бэлтгэсэн сүвэрхэг керамик материалын нягтрал ба бат бөх чанарыг хянах нь бас хэцүү байдаг.
2.2 Нүх сүв үүсгэгч бодис нэмэх арга
Нүх үүсгэгч бодис нэмж сүвэрхэг цахиурын карбидын керамик бэлтгэхэд цахиурын карбидын нунтаг эсвэл урьдал бодисуудад нүх үүсгэгч бодис нэмж, дараа нь дараагийн процессоор нүх үүсгэгч бодисыг зайлуулах үйл явц орно. Үүний үр дүнд нүх үүсгэгч бодисуудын анх эзэлж байсан байрлал нь нүх үүсгэдэг бөгөөд дараа нь халаах, шатаах үйл явцаар сүвэрхэг керамик үүсгэдэг. Тиймээс нүх үүсгэгч бодисын төрөл, тунг өөрчлөх нь бэлэн болсон сүвэрхэг керамикийн нүх сүвэрхэг чанар, нүхний морфологи, нүхний хэмжээ, тархалтыг хялбархан хянах боломжтой. Нүх үүсгэгч бодисын төрөл нь маш өргөн хүрээтэй бөгөөд үүнд байгалийн болон синтетик органик полимер, шингэн, давс, керамик эсвэл бусад нунтаг гэх мэт орно. Төрөл бүрийн нүх үүсгэгч бодисыг зайлуулах үйл явц харилцан адилгүй байдаг. Органик полимер нүх үүсгэгч бодисыг ихэвчлэн халаах, задлах замаар, шингэн нүх үүсгэгч бодисыг талсжих, сублимаци хийх замаар, давсыг усны шүүлтүүрээр, керамик нунтагыг зохих уусмалын шүүлтүүрээр зайлуулж болно.
2.3 Биологийн загварын арга
Биоматериалын микроскопийн нүх сүвний бүтэц нь синтетик материалаас мэдэгдэхүйц ялгаатай. Өвөрмөц бүтэцтэй тул организмыг загвар болгон ашиглан ижил төстэй бүтэцтэй нүх сүвтэй керамик материалыг бэлтгэх нь өргөн хүрээний анхаарал татсан [10]. Биологийн загварын арга болон органик хөөсөнцөр шингээх арга нь ижил төстэй шинж чанартай. Органик хөөсөнцөр шингээх арга нь хиймэл хөвөнг загвар болгон ашигладаг бол биологийн загварын арга нь байгалийн организмыг загвар болгон ашигладаг.
Сүвэрхэг цахиурын карбидын керамик бэлтгэх биологийн загварын арга нь энгийн процесс, хямд өртөгтэй давуу талуудтай. Энэ нь нарийн төвөгтэй хэлбэртэй керамик үйлдвэрлэх боломжтой бөгөөд байгалийн биологийн материалын бүтцийг хамгийн их хэмжээгээр хуулбарлах боломжтой. Гэсэн хэдий ч биологийн загвар нь өндөр температурт нүүрстөрөгчжүүлэх процессын үед хагарах хандлагатай байдаг бөгөөд энэ нь сүвэрхэг цахиурын карбидын керамикийн механик шинж чанарт ихээхэн нөлөөлдөг. Түүнчлэн, бэлтгэсэн сүвэрхэг цахиурын карбидын керамикийн нүх сүвний бүтэц нь голчлон биологийн загварын бичил бүтцээс хамаардаг бөгөөд түүний дизайн муу байдаг. Үүнээс гадна энэ арга нь SiC-ийн харьцангуй бага хувиргах үр ашиг, SiC урвалын давхаргыг амархан алддаг, урт бэлтгэлийн мөчлөг зэрэг зарим сул талуудтай.
Нийтэлсэн цаг: 2025 оны 7-р сарын 22