Kísilnítríð (Si3N4) keramik er málmlaust efni sem er búið til úr kísilnítríði dufti í gegnum ferla eins og mótun og sintrun, og þau hafa framúrskarandi alhliða eiginleika. Kísilnítríð keramikefni hafa framúrskarandi eðlisfræðilega og efnafræðilega eiginleika sem erfitt er fyrir almenn málmefni og fjölliða efni að passa saman, þar með talið slitþol, tæringarþol (þolið fyrir öllum sýrum og basum nema flúorsýru og óblandaðri NaOH), háan-hitaþol (þolir háan hita yfir 1800 gráður, með hámarks vinnsluhitastig en 140 gráður á annan hátt), keramik efni), og hár hitaleiðni. Þau þola erfið vinnuumhverfi sem málmur eða fjölliða efni geta ekki höndlað, svo kísilnítríð keramikefni geta komið í stað margra hefðbundinna efna og eru mikið notaðar á mörgum iðnaðarsviðum. Há-gæða duft er grunnurinn að því að búa til-afkastamikið kísilnítríð keramik og ódýrt-duftundirbúningstækni er lykillinn að víðtækri notkun kísilnítríð keramik. Helstu undirbúningsaðferðirnar fyrir kísilnítríðduft eru bein kísilduftnítrering, sjálf-fjölgunarmyndun, kolvetnislækkun og varma niðurbrot.
Bein sílikonduftnítrering. Kísillduft hvarfast beint við köfnunarefni, ammoníak eða annað köfnunarefni sem inniheldur- andrúmsloft og myndar sílikonnítríðduft. Þessi aðferð hefur tiltölulega þroskað ferli, getur náð stórum-framleiðslu og hefur tiltölulega lágan framleiðslukostnað og er notuð af flestum innlendum og alþjóðlegum fyrirtækjum.
Sjálf-breiða há-hitamyndun (SHS). Meginreglan er sú að eftir að hráefnin eru kveikt, dreifist hvarfið til óhvarfað svæði þar til hvarfinu er lokið. Einkenni þess er að ekki er þörf á ytri hitagjafa og varminn sem þarf er veittur af eigin brennslu. Þessi aðferð til að undirbúa duft hefur kosti mikillar skilvirkni, orkusparnaðar og umhverfisverndar, en meðan á duftgerð stendur, vegna þess að hvarfhraði er of hratt, er erfitt að stjórna viðbragðsferlinu.
Aðferð til að draga úr kolvetni. Með því að nota SiO2 sem kísilgjafa og kolefni sem afoxunarefni, er kísilnítríð myndað með kolefnisskerðingu og nítrunarhvarfi yfir 1400 gráður undir N2 andrúmslofti. Hráefnin sem notuð eru í þessari aðferð eru með litlum tilkostnaði, tilbúna duftvaran hefur litla kornastærð, hvarfhraðinn er hraður, -Si3N4 innihaldið er hátt og það er hentugur fyrir stór-framleiðslu. Hins vegar inniheldur tilbúið kísilnítríðduft oft leifar af kolefni eða kísilkarbíði, þannig að hreinleiki tilbúna duftsins er ekki hár, sem hefur áhrif á gæði og notkun vörunnar.
Kísilimíð pyrolysisaðferð. Aðferð til að útbúa Si3N4 duft með tiltölulega háu -fasainnihaldi með viðbragði við yfirborð og varma niðurbrot. Þessi aðferð er erfið í undirbúningi, hefur miklar tæknilegar hindranir og miklar kröfur um hreinleika hráefnis. Erfiðleikar þess liggja í þeirri staðreynd að það er ekki auðvelt að fá stöðugt fast sílikonimíð (Si(NH)2). Þessi aðferð getur framleitt há-hreinleika, hágæða kísilnítríðduft.
Ferlisflæðismynd af kísilimíð pyrolysis aðferð
02 Fjölbreytt forrit: Þrjár helstu vörur grípa há-efnisbrautina
Kísilnítríð keramikvörur innihalda aðallega þrjá meginflokka: keramik hvarfefni, keramik kúlur og byggingarhlutar. Sem stendur eru japönsk og bandarísk fyrirtæki eins og Kyocera, Toshiba Materials, Maruwa og CoorsTek enn einkennist af japönskum og amerískum fyrirtækjum eins og Kyocera, Toshiba Materials, Maruwa og CoorsTek, en innlend fyrirtæki eru aðallega Sinoma Advanced Materials, Guoci Jinsheng, Hengyang Kaixin og fleiri.
Keramik undirlag
Kísilnítríð er talið keramik undirlagsefnið með bestu alhliða frammistöðu, með hitaleiðni sem nær 90–120 W/(m·k), hitastækkunarstuðull 3,2×10-6/gráðu og framúrskarandi vélrænni styrkur, góður efnafræðilegur stöðugleiki og hitaáfallsþol. Með hraðri þróun þriðju-kynslóðar hálfleiðaratækja og há-afl-þéttleikaforrita heldur eftirspurn eftir há-keramikhvarfefni áfram að vaxa og sílikonnítríð hvarfefni eru smám saman að verða ein af mikilvægustu tæknilegu leiðunum fyrir hágæða afleiningar.
Kísilnítríð keramikplata, myndheimild: Ferrotec
Sem stendur er aðferðin sem almennt er notuð í iðnaði til að undirbúa sílikonnítríð keramik hvarfefni lífræn borðsteypa. Í fyrsta lagi er kísilnítríðdufti, dreifiefni, hertuhjálp og lífrænum leysi blandað saman með frumkúlumölun og á sama tíma er duftið kúlumalað í þá kornastærð sem krafist er; síðan er bindiefni og mýkiefni bætt við kúlu-malaða slurry fyrir aukakúlumölun til að gera það jafnt blandað; eftir froðueyðingu fæst nauðsynleg slurry. Grindurinn er settur í límbandsteypuvél fyrir límsteypu til að fá grænan bol og síðan er græni bolurinn skorinn í nauðsynlega stærð, látinn fjarlægja bindiefni og herða og að lokum fæst hert sílikonnítríð keramik undirlag. Hertunaraðferðirnar fela aðallega í sér hvarfsintun (RS), heitpressun sintrun (HPS), þrýstilaus sintun (PLS) og gasþrýstingssintun (GPS).
Fyrir notkun í umbúðum þarf að vera málmhúðað keramik undirlag, það er að leiðandi lag myndast á keramikyfirborðinu með koparhúðun eða koparhúð, til að tengja rafeindahluti og átta sig á leiðandi virkni hringrásarinnar. Algengar keramik málmvinnsluferli eru DPC, DBC og AMB.
Kínverska sílikonnítríð keramikiðnaðurinn byrjaði tiltölulega seint. Hágæða kísilnítríð keramikvörur eru enn með eyður miðað við erlend lönd í sumum lykilframmistöðuvísum og sumar treysta á innflutning, en lág-- og meðal-vörur hafa í grundvallaratriðum náð innlendri framleiðslu. Bilin endurspeglast aðallega í tæknilegum framförum, háð innfluttum búnaði, óstöðugum vörugæðum, óskynsamlegri iðnaðaruppbyggingu og ófullnægjandi markaðsþróun.
Keramik kúlur
Í samanburði við stálkúlur hafa kísilnítríð keramikkúlur þá kosti að vera háan hámarkshraða, mikla-burðargetu, háa-hitaþol og sýru- og basa tæringarþol, og hafa einnig ákveðna sjálf-smyrandi eiginleika. Með algerum kostum sem veltiefni eru þau mikið notuð í há-hraða legur og eru orðnir lykilþættir í hár-hraða og mikilli-nákvæmni legum.
Undirbúningsferlið kísilnítríð keramikkúlna er fyrst að fá þétta, há-sterka keramikkúlu, hertu líkama, og síðan véla eyðublaðið nákvæmlega til að ná nauðsynlegri stærð, kringlóttleika og grófleika. Undirbúningsferlið felur almennt í sér fjögur stig: undirbúningur hráefnis, myndun græns hluta, sintun við háan-hita og mölun. Þurrmótun hefur kosti mikillar myndunar skilvirkni, stuttrar mótunarlotu og lágs bindiefnisinnihalds og er ákjósanlegasta mótunaraðferðin fyrir iðnvæðingu Si3N4 keramikbolta. Þurrmótun felur í sér þurrpressun og jafnstöðupressu, sem báðar hafa verið almennt notaðar í græna líkamsmyndun Si3N4 keramikbolta.
Hertuaðferðirnar sem henta til fjöldaframleiðslu á kísilnítríði keramikkúlum eru gasþrýstingssinting (GPS) og heitt isostatic pressing sintering (HIP). Meðal þeirra notar heit jafnstöðuþrýstingstækni gas sem þrýstimiðil og beitir jöfnum þrýstingi í allar áttir líkamans meðan á sintun stendur, sem nær til þéttingar keramik við háan hita og háan þrýsting. Það er besta ferlið til að framleiða-afkastamikil kísilnítríð keramik kúlur.
Samanburðartöflu yfir eiginleika GPS kísilnítríðs og HIP kísilnítríðs
Eftir sintrun þurfa sílikonnítríð keramikkúlur einnig yfirborðsfrágang til að uppfylla kröfur um mikla nákvæmni og lítinn grófleika, þar með talið mala, fægja og ofurfrágang.
Keramik burðarhlutar
Nákvæmar keramikbyggingarhlutar eru lykilþættir í hálfleiðarabúnaði og rannsóknir, þróun og framleiðsla þeirra hefur bein áhrif á þróun hálfleiðaraiðnaðarins. Kísilnítríð hefur lágan hitastækkunarstuðul, mikla hitaleiðni, efnatæringarþol og framúrskarandi hitaáfallsþol. Heit-pressað hert Si3N4 hefur afar mikla hörku og er afar-hitaþolið. Styrkur þess helst við 1200 gráður án þess að minnka og hann bráðnar ekki í vökva eftir upphitun. Það er kallað keramikefnið með bestu alhliða frammistöðu og er notað í hálfleiðarabúnaði til að framleiða obláta burðarefni, hitara, íhluti ætingarvéla og fleira.
Kísilnítríð keramik byggingarhlutar, mynduppspretta: CeramTec
03 Samantekt
Framtíðarstigsmarkaðurinn fyrir kísilnítríð er að stækka úr hefðbundnu burðarkeramik yfir í meira-gild forrit. Aflhálfleiðarar þurfa mikla-varma-leiðni, mikla-áreiðanleika keramik undirlag; ný orkutæki þurfa mikla-slitþol-, mikla-áreiðanleika keramikbolta og tengda íhluti; Hálfleiðarabúnaður þarf mikinn-hreinleika, litla-mengun, tæringarþolna-nákvæmni keramikbyggingarhluta. Með stöðugum tæknibyltingum er mikið pláss fyrir háþróaða-iðnvæðingu og innlenda staðgöngu kísilnítríðkeramiks og gríðarlega framtíðarþróunarmöguleika.