Сафолҳои карбиди кремний (SiC) аз қадимулайём дар соҳаҳои гуногуни пешрафтаи истеҳсолӣ ба таври васеъ истифода мешуданд, зеро онҳо сахтии баланд, мустаҳкамии баланд, коэффитсиенти хурди васеъшавии гармӣ, гузаронандагии баланди гармӣ, устувории хуби кимиёвӣ, муқовимати аъло ба зарбаи гармӣ ва муқовимати оксидшавӣ доранд. Илова бар хусусиятҳои дар боло зикршудаи сафолҳои карбиди кремний, сафолҳои карбиди кремний сӯрохдор бо сохтори беназири сӯрохи микроскопии худ, дар соҳаҳо ба монанди металлургия, муҳандисии кимиёвӣ, ҳифзи муҳити зист ва энергетика имкониятҳои васеъи татбиқ доранд, ки доираи истифодаи сафолҳои карбиди кремнийро хеле васеъ мекунад.
Хусусиятҳои махсусикарбиди кремнийи сӯрохдорасосан аз сохтори беназири сӯрохии худ, ки сӯрохӣ, андоза ва тақсимоти сӯрохҳо, шакли сӯрохҳо ва ғайраро дар бар мегирад, баҳра мебаранд. Аз ин рӯ, барои ба даст овардани сохтори сӯрохии дилхоҳ, сӯрохӣ, андоза ва тақсимоти сӯрохҳои он, инчунин шакли сӯрохҳоро тавассути усули тайёркунӣ танзим кардан лозим аст. Аз ин рӯ, усули тайёркунии он ҳамеша дар маркази таваҷҷӯҳи тадқиқоти одамон қарор дошт. Дар ин мақола асосан пешрафти таҳқиқот дар усулҳои тайёр кардани сафолҳои карбиди кремнийи сӯрохдор дар дохил ва хориҷи кишвар дар солҳои охир баррасӣ мешавад.
1. Усули физикӣ
Усули физикӣ ба он ишора мекунад, ки холӣҳо дар сафолҳои карбиди кремнийи сӯрохдор аз як қатор падидаҳои физикӣ дар раванди тайёркунӣ, бе рух додани реаксияҳои кимиёвӣ ё тавлиди моддаҳои нав, ба вуҷуд меоянд. Механизми асосӣ ташаккули сохтори сӯрохдор бо такя ба холӣҳое мебошад, ки дар натиҷаи кашиши гармии моддаҳои сахт, бухоршавии фазаи моеъ ва сублиматсияи мустақими фазаи сахт боқӣ мемонанд. Усулҳои маъмул усули ҷамъ кардани зарраҳо, усули яхкунӣ, усули сол-гел ва ғайраро дар бар мегиранд. Технологияи чопи 3D, ки дар солҳои охир пайдо шудааст, инчунин метавонад барои чопи мустақим ва омода кардани сохторҳои сӯрохдор истифода шавад.
1.1 Усули ҷамъ кардани зарраҳо
Усули синтеризатсияи бастабандии зарраҳо роҳи соддатарини тайёр кардани сафолҳои карбиди кремнийи сӯрохдор мебошад. Принсипи ин усул истифодаи самаранокии синтеризатсияи худи зарраҳои керамикӣ барои ташкили гарданҳои синтеризатсия байни зарраҳои гуногуни SiC мебошад, ки бо ин васила имкон медиҳад, ки ҷамъшавии зарраҳо сафолҳои сӯрохдорро ташкил диҳад. Барои паст кардани ҳарорати синтеризатсия, одатан миқдори муайяни пайвандкунанда бо нуқтаи обшавии пасттар илова карда мешавад, то байни зарраҳои гуногуни SiC пайваст шавад. Азбаски ҳамаи сӯрохиҳо дар усули синтеризатсияи бастабандии зарраҳо аз фосилаҳои бастабандӣ байни зарраҳои SiC табдил дода мешаванд, сӯрохнокӣ ва андозаи сӯрохиҳои сафолҳои сӯрохи тайёрро бо тағир додани андозаи хока, намуд ва миқдори иловагии пайвандкунанда ва параметрҳои синтеризатсия назорат кардан мумкин аст.
Тайёр кардани сафолҳои карбиди кремнийи сӯрохдор бо усули ҷамъкунии зарраҳо илова кардани агентҳои иловагии сӯрохкунандаро талаб намекунад. Раванд содда ва нисбатан осон назорат карда мешавад. Аммо, сӯрохнокии сафолҳои сӯрохдор, ки бо ин усул омода карда мешаванд, одатан паст аст. Шакл, андозаи сӯрох ва сӯрохнокии сӯрохҳо асосан аз рӯи шакл, андозаи зарраҳо ва тақсимоти зарраҳои ашёи хом, инчунин дараҷаи пухташавӣ муайян карда мешаванд.
1.2 Усули хушккунии яхкунӣ
Хушккунии яхкунӣ усулест, ки омехтаи яксони агрегатҳои сафолиро бо об ё ҳалкунандаҳои органикӣ дар ҳузури миқдори муносиби дисперсантҳо ё пайвандкунандаҳо барои ташкил додани маҳлул дар бар мегирад. Сипас, маҳлули хуб омехташуда ба қолаб рехта мешавад ва дар ҳарорати паст зуд ях карда мешавад, ки ба матритсаи фазаи моеъ имкон медиҳад, ки зуд ба маҳлули сахт табдил ёбад. Баъдан, фазаи сахти сахтшуда сублиматсия карда мешавад ва тавассути коркарди паст кардани фишор ё хушккунии вакуумӣ хориҷ карда мешавад. Усули ба даст овардани ҷисми сабз бо сохторҳои сӯрохиҳои самтдор ҷойгиршуда дар дохили маҳлул ва дар ниҳоят пухтани он барои истеҳсоли сафолии карбиди кремнийи сӯрохдор.
1.3 Усули чопи сеченакӣ
Усули чопи сеандоза барои тайёр кардани сафолҳои карбиди кремнийи сӯрохдор як навъи нави раванди тайёркунӣ мебошад, ки дар солҳои охир рушд кардааст. Ин раванд ба модели додаҳои сеандоза, ки бо ёрии компютер тарҳрезӣ шудааст, такя мекунад. Тавассути сари чоп, моддаи пайвандкунанда пошида мешавад, то хокаи ашёи хом қабат ба қабат ба сохтори шабакавии сеандоза ҷамъ карда шавад. Омезиши чопи сеандоза ва равандҳои синтези реаксия метавонад ба истеҳсоли бе қолаб ва шаклдиҳии қариб ба андозаи шабакаи сафолҳои шаклдор ноил гардад.
Усули чопи сеандоза барои тайёр кардани сафолҳои карбиди кремнийи сӯрохдор раванди соддаи шаклдиҳӣ, самаранокии баланди омодасозӣ ва коркард ва ниёз ба қолаб надорад. Онро на танҳо барои тайёр кардани сафолҳои карбиди кремнийи сӯрохдор бо шаклҳои мураккаб, сохторҳои якхелаи микросохторҳо ва пайвасти хуби сӯрохдор истифода бурдан мумкин аст, балки сӯрохдорӣ ва андозаи сӯрохиҳои сафолҳои сӯрохдор низ идорашаванда ва танзимшаванда мебошанд. Аммо, ин усул дар айни замон ҳанӯз дар марҳилаи таҳқиқоти иктишофӣ қарор дорад ва параметрҳои раванд бояд минбаъд оптимизатсия карда шаванд. Илова бар ин, ин усул тайёр кардани сафолҳои карбиди кремнийи сӯрохдори баландқувватро дар як марҳила душвор аст. Барои истеҳсоли маҳсулоти дилхоҳ, он ба кӯмаки равандҳои дигар ниёз дорад, ки хароҷоти нисбатан баландро ба бор меорад.
1.4 Кафккунӣ
Усули қолаббандии кафкдор илова кардани газ ё моддаҳоеро дар бар мегирад, ки метавонанд тавассути коркарди минбаъда газ ба бадани сабзи керамикӣ ё прекурсор ва сипас пухтани он барои ба даст овардани сафолҳои сӯрохидори кремний карбидӣ иборат аст. Бар хилофи дигар усулҳои тайёркунӣ, усули кафкдоркунӣ раванди муассир барои тайёр кардани сафолҳои пӯшида мебошад.
2. Усули кимиёвӣ
Усули кимиёвӣ ба он ишора мекунад, ки сохтори сӯрохдор дар сафолҳои карбиди кремнийи сӯрохдор дар натиҷаи таҷзия ё реаксияи намакҳои ғайриорганикӣ ё моддаҳои иловашудаи органикӣ ба вуҷуд меояд ва ҷойҳои холиро дар мавқеъҳои аввала мегузорад. Усулҳои маъмули кимиёвӣ барои тайёр кардани сафолҳои карбиди кремнийи сӯрохдор усули илова кардани агенти сӯрохкунанда, усули импрегнатсияи кафки органикӣ ва усули қолаби биологӣ ва ғайраро дар бар мегиранд.
2.1 Импрегнатсияи кафки органикӣ
Усули импрегнатсияи кафки органикӣ истифодаи кафки органикиро ҳамчун қолаб дар бар мегирад, ки маҳлули сафолии тайёршударо ба қолаб баробар пӯшонад ё қолабро дар маҳлуле ғӯтонида, ҳаворо берун кунад ва кафолат диҳад, ки маҳлули маҳлул ба қолаби кафки органикӣ баробар часпида мешавад. Сипас, тавассути хушккунӣ ва пухтани ҳарорати баланд, қолаби органикӣ хориҷ карда мешавад ва бо ин васила сафолии сӯрохдор ба даст оварда мешавад.
Нуқсони муҳимтарини ин усул дар он аст, ки он наметавонад маҳсулоти сӯрохиҳои хурди пӯшидаро истеҳсол кунад. Шакл маҳдуд аст ва кори тайёркунӣ аз маводи хом ба таври назаррас таъсир мерасонад. Назорати зичӣ ва мустаҳкамии маводи сафолии сӯрохидор низ душвор аст.
2.2 Усули илова кардани агентҳои сӯрохкунанда
Омодасозии сафолҳои карбиди кремнийи сӯрохдор бо роҳи илова кардани агентҳои сӯрохкунанда илова кардани агентҳои сӯрохкунанда ба хокаи карбиди кремний ё прекурсорҳо ва сипас хориҷ кардани агентҳои сӯрохкунанда тавассути равандҳои минбаъдаро дар бар мегирад. Дар натиҷа, мавқеъҳое, ки дар аввал агентҳои сӯрохкунанда ишғол мекарданд, сӯрохҳоро ташкил медиҳанд ва сипас гармкунӣ ва пухтани онҳо барои ташкили сафолҳои сӯрохдор анҷом дода мешаванд. Аз ин рӯ, тағир додани намуд ва миқдори агентҳои сӯрохкунанда метавонад сӯрохнокӣ, морфологияи сӯрох, андозаи сӯрох ва тақсимоти сафолҳои сӯрохи тайёрро ба осонӣ назорат кунад. Намудҳои агентҳои сӯрохкунанда хеле васеъ мебошанд, аз ҷумла полимерҳои органикии табиӣ ё синтетикӣ, моеъҳо, намакҳо, сафолҳо ё дигар хокаҳо ва ғайра. Равандҳои тозакунии агентҳои гуногуни сӯрохкунанда гуногунанд. Агентҳои сӯрохкунандаи полимери органикӣ одатан бо гармкунӣ ва таҷзия хориҷ карда мешаванд, агентҳои сӯрохкунандаи моеъро тавассути кристаллизатсия ва сублиматсия хориҷ кардан мумкин аст, намакҳоро бо филтратсияи об ва хокаҳои сафолро бо филтратсияи мувофиқи маҳлул хориҷ кардан мумкин аст.
2.3 Усули қолаби биологӣ
Сохтори сӯрохиҳои микроскопӣ дар биоматериалҳо аз сохтори маводи синтетикӣ ба таври назаррас фарқ мекунад. Аз сабаби сохтори беназири худ, тайёр кардани маводҳои сафолии сӯрохдор бо сохторҳои монанд бо истифода аз организмҳо ҳамчун қолибҳо таваҷҷӯҳи васеъро ба худ ҷалб кардааст [10]. Усули қолибҳои биологӣ ва усули импрегнатсияи кафки органикӣ дорои шаблонҳо мебошанд. Усули импрегнатсияи кафки органикӣ исфанҷаки сунъиро ҳамчун қолиб истифода мебарад, дар ҳоле ки усули қолибҳои биологӣ организмҳои табииро ҳамчун қолиб истифода мебарад.
Усули қолаби биологӣ барои тайёр кардани сафолҳои карбиди кремнийи сӯрохдор бартариҳои соддагии раванд ва арзиши пастро дорад. Он метавонад сафолҳоро бо шаклҳои мураккаб истеҳсол кунад ва сохтори маводи биологии табииро то ҳадди аксар такрор кунад. Аммо, қолаби биологӣ ҳангоми раванди карбонизатсияи ҳарорати баланд ба кафидан моил аст, ки ба хосиятҳои механикии сафолҳои карбиди кремнийи сӯрохдор таъсири назаррас мерасонад. Ғайр аз ин, сохтори сӯрохиҳои сафолҳои карбиди кремнийи сӯрохдори тайёршуда асосан аз микросохтори худи қолаби биологӣ вобаста аст ва тарҳрезии он суст аст. Илова бар ин, ин усул инчунин баъзе камбудиҳо дорад, ба монанди самаранокии нисбатан пасти табдили SiC, рехтани осони қабати реаксияи SiC ва давраи тӯлонии омодасозӣ.
Вақти нашр: 22 июли соли 2025