सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) सिरॅमिक्स त्यांच्या उच्च कठीणता, उच्च सामर्थ्य, कमी औष्णिक प्रसरण गुणांक, उच्च औष्णिक वाहकता, चांगली रासायनिक स्थिरता, उत्कृष्ट औष्णिक धक्का प्रतिरोध आणि ऑक्सिडेशन प्रतिरोध या गुणधर्मांमुळे विविध प्रगत उत्पादन क्षेत्रांमध्ये दीर्घकाळापासून मोठ्या प्रमाणावर वापरले जात आहेत. सिलिकॉन कार्बाइड सिरॅमिक्सच्या उपरोक्त वैशिष्ट्यांव्यतिरिक्त, सच्छिद्र सिलिकॉन कार्बाइड सिरॅमिक्सला, त्यांच्या अद्वितीय सूक्ष्म सच्छिद्र संरचनेमुळे, धातुशास्त्र, रासायनिक अभियांत्रिकी, पर्यावरण संरक्षण आणि ऊर्जा यांसारख्या क्षेत्रांमध्ये व्यापक उपयोगाची शक्यता आहे, ज्यामुळे सिलिकॉन कार्बाइड सिरॅमिक्सच्या वापराची व्याप्ती मोठ्या प्रमाणात वाढते.
चे विशेष गुणधर्मसच्छिद्र सिलिकॉन कार्बाइड सिरॅमिकत्यांना प्रामुख्याने त्यांच्या अद्वितीय सच्छिद्र संरचनेचा फायदा होतो, ज्यामध्ये सच्छिद्रता, छिद्रांचा आकार आणि वितरण, आणि छिद्रांचा आकार इत्यादींचा समावेश होतो. त्यामुळे, इच्छित सच्छिद्र संरचना मिळवण्यासाठी, निर्मिती पद्धतीद्वारे त्याची सच्छिद्रता, छिद्रांचा आकार आणि वितरण, तसेच छिद्रांचा आकार नियंत्रित करणे आवश्यक आहे. म्हणूनच, त्याची निर्मिती पद्धत नेहमीच लोकांच्या संशोधनाचा केंद्रबिंदू राहिली आहे. हा लेख प्रामुख्याने अलिकडच्या वर्षांत देश-विदेशातील सच्छिद्र सिलिकॉन कार्बाइड सिरॅमिक्सच्या निर्मिती पद्धतींमधील संशोधन प्रगतीचा आढावा घेतो.
१. भौतिक पद्धत
भौतिक पद्धत म्हणजे सच्छिद्र सिलिकॉन कार्बाइड सिरॅमिक्समधील पोकळ्या या रासायनिक अभिक्रिया किंवा नवीन पदार्थांच्या निर्मितीशिवाय, तयार करण्याच्या प्रक्रियेदरम्यान भौतिक घटनांच्या मालिकेमुळे निर्माण होतात. घन पदार्थांचे औष्णिक आकुंचन, द्रव अवस्थेचे बाष्पीभवन आणि घन अवस्थेचे थेट ऊर्ध्वपातन यांमुळे मागे राहिलेल्या पोकळ्यांवर अवलंबून सच्छिद्र रचना तयार करणे ही मुख्य यंत्रणा आहे. सामान्य पद्धतींमध्ये कण-स्तरीकरण पद्धत, फ्रीझ-ड्रायिंग पद्धत, सोल-जेल पद्धत इत्यादींचा समावेश होतो. अलिकडच्या वर्षांत उदयास आलेल्या ३डी प्रिंटिंग तंत्रज्ञानाचा वापर करूनही सच्छिद्र रचना थेट प्रिंट करून तयार करता येतात.
१.१ कण स्टॅकिंग पद्धत
सच्छिद्र सिलिकॉन कार्बाइड सिरॅमिक्स तयार करण्याची कण पॅकिंग सिंटरिंग पद्धत ही सर्वात सोपी पद्धत आहे. या पद्धतीचे तत्त्व म्हणजे सिरॅमिक कणांच्या स्वतःच्या सिंटरिंग क्षमतेचा उपयोग करून वेगवेगळ्या SiC कणांमध्ये सिंटरिंग नेक्स तयार करणे, ज्यामुळे कणांच्या संचयनाने सच्छिद्र सिरॅमिक्स तयार होण्यास मदत होते. सिंटरिंग तापमान कमी करण्यासाठी, वेगवेगळ्या SiC कणांमध्ये जोडणी निर्माण करण्याकरिता सामान्यतः कमी वितळणबिंदू असलेला विशिष्ट प्रमाणात बाइंडर टाकला जातो. कण पॅकिंग सिंटरिंग पद्धतीमध्ये सर्व छिद्रे SiC कणांमधील पॅकिंग गॅप्समधून तयार होत असल्यामुळे, पावडरचा आकार, बाइंडरचा प्रकार व त्याचे प्रमाण आणि सिंटरिंग पॅरामीटर्स बदलून तयार झालेल्या सच्छिद्र सिरॅमिक्सची सच्छिद्रता आणि छिद्रांचा आकार नियंत्रित केला जाऊ शकतो.
कण-संचयन पद्धतीद्वारे सच्छिद्र सिलिकॉन कार्बाइड सिरॅमिक्सच्या निर्मितीमध्ये अतिरिक्त छिद्र-निर्माण करणाऱ्या घटकांची आवश्यकता नसते. ही प्रक्रिया सोपी आणि तुलनेने नियंत्रित करण्यास सुलभ आहे. तथापि, या पद्धतीने तयार केलेल्या सच्छिद्र सिरॅमिक्सची सच्छिद्रता सामान्यतः कमी असते. छिद्रांचा आकार, छिद्रांचे आकारमान आणि सच्छिद्रता हे प्रामुख्याने कच्च्या मालाच्या कणांचा आकार, आकारमान आणि वितरण, तसेच सिंटरिंगच्या प्रमाणावर अवलंबून असते.
१.२ गोठवून वाळवण्याची पद्धत
फ्रीझ-ड्रायिंग ही एक पद्धत आहे, ज्यामध्ये सिरॅमिकचे कण पाणी किंवा सेंद्रिय द्रावकांमध्ये योग्य प्रमाणात विखुरणारे पदार्थ (डिस्पर्संट्स) किंवा बंधक (बाइंडर्स) यांच्या उपस्थितीत एकसमान मिसळून एक स्लरी तयार केली जाते. त्यानंतर, ही चांगली मिसळलेली स्लरी एका साच्यात ओतली जाते आणि कमी तापमानात वेगाने गोठवली जाते, ज्यामुळे द्रव अवस्थेतील मॅट्रिक्स त्वरीत घनरूपात गोठते. त्यानंतर, गोठलेल्या घन अवस्थेचे ऊर्ध्वपातन केले जाते आणि दाब कमी करून किंवा व्हॅक्यूम ड्रायिंग प्रक्रियेद्वारे ती काढून टाकली जाते. स्लरीमध्ये दिशात्मक रचनेची छिद्र संरचना असलेली एक कच्ची वस्तू (ग्रीन बॉडी) मिळवण्याची आणि शेवटी सच्छिद्र सिलिकॉन कार्बाइड सिरॅमिक्स तयार करण्यासाठी तिचे सिंटरिंग करण्याची ही पद्धत आहे.
१.३ ३डी प्रिंटिंग पद्धत
सच्छिद्र सिलिकॉन कार्बाइड सिरॅमिक्स तयार करण्याची ३डी प्रिंटिंग पद्धत ही अलिकडच्या वर्षांत विकसित झालेली एक नवीन प्रकारची तयारी प्रक्रिया आहे. ही प्रक्रिया संगणकीय सहाय्याने तयार केलेल्या त्रिमितीय डेटा मॉडेलवर अवलंबून असते. प्रिंटिंग हेडद्वारे, बाइंडर फवारून कच्च्या मालाच्या पावडरवर एकावर एक थर रचून त्रिमितीय जाळीदार रचना तयार केली जाते. ३डी प्रिंटिंग आणि रिॲक्शन सिंटरिंग प्रक्रियांच्या संयोगाने साच्याशिवाय उत्पादन आणि गुंतागुंतीच्या आकाराच्या सिरॅमिक्सची जवळपास अचूक आकारनिर्मिती साध्य करता येते.
सच्छिद्र सिलिकॉन कार्बाइड सिरॅमिक्स तयार करण्याच्या ३डी प्रिंटिंग पद्धतीमध्ये सोपी घडण प्रक्रिया, उच्च तयारी आणि प्रक्रिया कार्यक्षमता, आणि साच्यांची गरज नसणे ही वैशिष्ट्ये आहेत. याचा उपयोग केवळ गुंतागुंतीचे आकार, एकसमान सूक्ष्मरचना आणि चांगली छिद्र जोडणी असलेले सच्छिद्र सिलिकॉन कार्बाइड सिरॅमिक्स तयार करण्यासाठीच होत नाही, तर सच्छिद्र सिरॅमिक्सची सच्छिद्रता आणि छिद्रांचा आकार देखील नियंत्रित आणि समायोजित करता येतो. तथापि, ही पद्धत सध्या अन्वेषणात्मक संशोधन टप्प्यात आहे आणि प्रक्रिया मापदंडांना आणखी अनुकूलित करण्याची आवश्यकता आहे. याव्यतिरिक्त, या पद्धतीद्वारे एकाच टप्प्यात उच्च-शक्तीचे सच्छिद्र सिलिकॉन कार्बाइड सिरॅमिक्स तयार करणे कठीण आहे. इच्छित उत्पादने तयार करण्यासाठी इतर प्रक्रियांच्या मदतीची आवश्यकता असते, ज्यामुळे तुलनेने जास्त खर्च येतो.
१.४ फेस येणे
फोमिंग मोल्डिंग पद्धतीमध्ये, सिरॅमिक ग्रीन बॉडी किंवा प्रीकर्सरमध्ये वायू किंवा त्यानंतरच्या प्रक्रियेद्वारे वायू निर्माण करू शकणारे पदार्थ टाकले जातात आणि नंतर सच्छिद्र सिलिकॉन कार्बाइड सिरॅमिक्स मिळवण्यासाठी त्याचे सिंटरिंग केले जाते. इतर तयारीच्या पद्धतींच्या विपरीत, फोमिंग पद्धत ही क्लोज्ड-सेल सिरॅमिक्स तयार करण्यासाठी एक प्रभावी प्रक्रिया आहे.
२. रासायनिक पद्धत
रासायनिक पद्धत म्हणजे, सच्छिद्र सिलिकॉन कार्बाइड सिरॅमिक्समधील सच्छिद्र रचना ही अजैविक क्षारांच्या किंवा घातलेल्या सेंद्रिय पदार्थांच्या विघटनाने किंवा अभिक्रियेने तयार होते, ज्यामुळे मूळ जागांवर रिक्त जागा निर्माण होतात. सच्छिद्र सिलिकॉन कार्बाइड सिरॅमिक्स तयार करण्याच्या सामान्य रासायनिक पद्धतींमध्ये छिद्र-निर्माण करणारा घटक घालण्याची पद्धत, सेंद्रिय फोम इम्प्रग्नेशन पद्धत आणि जैविक टेम्पलेट पद्धत इत्यादींचा समावेश होतो.
२.१ सेंद्रिय फोम इम्प्रग्नेशन
ऑरगॅनिक फोम इम्प्रग्नेशन पद्धतीमध्ये, ऑरगॅनिक फोमचा साचा म्हणून वापर केला जातो, तयार केलेली सिरॅमिक स्लरी साच्यावर एकसारखी लेपली जाते किंवा हवा बाहेर काढण्यासाठी साचा स्लरीमध्ये बुडवला जातो, ज्यामुळे स्लरी ऑरगॅनिक फोम साच्याला एकसारखी चिकटते याची खात्री केली जाते. त्यानंतर, वाळवून आणि उच्च-तापमान सिंटरिंगद्वारे, ऑरगॅनिक साचा काढून टाकला जातो, ज्यामुळे सच्छिद्र सिरॅमिक्स मिळवले जातात.
या पद्धतीचा सर्वात मोठा तोटा हा आहे की, याद्वारे लहान छिद्रांची बंद सच्छिद्रता असलेली उत्पादने तयार करता येत नाहीत. आकार मर्यादित असतो आणि प्रीफॉर्मच्या कार्यक्षमतेवर कच्च्या मालाचा मोठा परिणाम होतो. तयार केलेल्या सच्छिद्र सिरॅमिक पदार्थांची घनता आणि मजबुती नियंत्रित करणे देखील अवघड असते.
२.२ छिद्र-निर्माण करणारे घटक टाकण्याची पद्धत
छिद्र-निर्माण करणारे घटक (पोर-फॉर्मिंग एजंट्स) टाकून सच्छिद्र सिलिकॉन कार्बाइड सिरॅमिक्स तयार करण्याच्या प्रक्रियेमध्ये, सिलिकॉन कार्बाइड पावडर किंवा पूर्वगामी पदार्थांमध्ये (प्रिकर्सर्समध्ये) छिद्र-निर्माण करणारे घटक टाकले जातात आणि त्यानंतरच्या प्रक्रियांमधून ते घटक काढून टाकले जातात. परिणामी, छिद्र-निर्माण करणाऱ्या घटकांनी व्यापलेल्या मूळ जागांवर छिद्रे तयार होतात आणि नंतर उष्णता देऊन व सिंटरिंग करून सच्छिद्र सिरॅमिक्स तयार केले जाते. त्यामुळे, छिद्र-निर्माण करणाऱ्या घटकांचा प्रकार आणि प्रमाण बदलून, तयार झालेल्या सच्छिद्र सिरॅमिक्सची सच्छिद्रता, छिद्रांची रचना, छिद्रांचा आकार आणि वितरण सोयीस्करपणे नियंत्रित करता येते. छिद्र-निर्माण करणाऱ्या घटकांचे प्रकार खूप विस्तृत आहेत, ज्यात नैसर्गिक किंवा कृत्रिम सेंद्रिय पॉलिमर, द्रव, क्षार, सिरॅमिक्स किंवा इतर पावडर इत्यादींचा समावेश होतो. वेगवेगळ्या छिद्र-निर्माण करणाऱ्या घटकांना काढून टाकण्याच्या प्रक्रिया वेगवेगळ्या असतात. सेंद्रिय पॉलिमर छिद्र-निर्माण करणारे घटक सामान्यतः उष्णता देऊन आणि विघटन करून काढून टाकले जातात, द्रव छिद्र-निर्माण करणारे घटक स्फटिकीकरण आणि ऊर्ध्वपातनाद्वारे काढून टाकले जाऊ शकतात, क्षार जल-गाळणीद्वारे काढून टाकले जाऊ शकतात आणि सिरॅमिक पावडर योग्य द्रावण गाळणीद्वारे काढून टाकली जाऊ शकते.
२.३ जैविक टेम्पलेट पद्धत
जैवपदार्थांमधील सूक्ष्म छिद्रांची रचना कृत्रिम पदार्थांमधील रचनेपेक्षा लक्षणीयरीत्या वेगळी असते. त्याच्या अद्वितीय रचनेमुळे, सजीवांना साचा म्हणून वापरून समान रचना असलेले सच्छिद्र सिरॅमिक पदार्थ तयार करण्याकडे व्यापक लक्ष वेधले गेले आहे [10]. जैविक साचा पद्धत आणि सेंद्रिय फोम इम्प्रग्नेशन पद्धत यांच्यात साम्य आहे. सेंद्रिय फोम इम्प्रग्नेशन पद्धतीमध्ये कृत्रिम स्पंज साचा म्हणून वापरला जातो, तर जैविक साचा पद्धतीमध्ये नैसर्गिक सजीव साचा म्हणून वापरले जातात.
सच्छिद्र सिलिकॉन कार्बाइड सिरॅमिक्स तयार करण्याच्या जैविक साचा पद्धतीचे फायदे म्हणजे सोपी प्रक्रिया आणि कमी खर्च. या पद्धतीद्वारे गुंतागुंतीच्या आकारांचे सिरॅमिक्स तयार करता येतात आणि नैसर्गिक जैविक पदार्थांच्या संरचनेची जास्तीत जास्त प्रतिकृती तयार करता येते. तथापि, उच्च-तापमान कार्बनीकरण प्रक्रियेदरम्यान जैविक साच्याला तडे जाण्याची शक्यता असते, ज्याचा सच्छिद्र सिलिकॉन कार्बाइड सिरॅमिक्सच्या यांत्रिक गुणधर्मांवर लक्षणीय परिणाम होतो. शिवाय, तयार केलेल्या सच्छिद्र सिलिकॉन कार्बाइड सिरॅमिक्सची छिद्र रचना प्रामुख्याने जैविक साच्याच्या सूक्ष्म संरचनेवर अवलंबून असते आणि तिची रचनाक्षमता मर्यादित असते. याव्यतिरिक्त, या पद्धतीचे काही तोटे देखील आहेत, जसे की SiC च्या रूपांतरणाची तुलनेने कमी कार्यक्षमता, SiC प्रतिक्रिया थराचे सहज गळणे आणि तयारीसाठी लागणारा दीर्घ कालावधी.
पोस्ट करण्याची वेळ: जुलै-२२-२०२५