0
ویژه نامه ها

سرامیک های غیر اکسیدی (2)

پوشش های ضد خوردگی و ضد سایش عموما به روش CVD تولید می شوند زیرا در این روش ها امکان کنترل مناسب حالت کریستالیزاسیون وجود دارد. یک تعداد از پیش ماده های مورد استفاده عبارتند از سرامیک های غیر اکسیدی(2) با
سرامیک های غیر اکسیدی (2)
سرامیک های غیر اکسیدی(2)

 

مترجم: حبیب الله علیخانی
منبع:راسخون



 

پوشش ها و کاربردهای آنها

سیلیسیم نیترید

پوشش های ضد خوردگی و ضد سایش عموما به روش CVD تولید می شوند زیرا در این روش ها امکان کنترل مناسب حالت کریستالیزاسیون وجود دارد. یک تعداد از پیش ماده های مورد استفاده عبارتند از سرامیک های غیر اکسیدی(2) با آمونیاک. به دلیل اینکه گستره ی دمای مورد استفاده در تشکیل رسوبات در روش CVD بالاست (بالاتر از 600 تا 700 درجه ی سانتیگراد) و می تواند موجب ایجاد واکنش هایی با زیرلایه شود، PECVD برای تولید فیلم ها برای کاربردهای الکترونیکی مورد استفاده قرار می گیرد. رسوبات تشکیل شده با این روش دارای ترکیب شیمیایی متغیر است و نسبت N/Si در آن متغیر است.

سیلیسیم کاربید

پوشش های SiC ایجاد شده با روش CVD برای پوشش های ضد اکسید، ضد سایش دارای خواص نوری مناسب مورد استفاده قرار می گیرند.
PECVD برای تولید فیلم های مناسب در دمای پایین و ایجاد هیدروژن در داخل ساختار مورد استفاده قرار می گیرد. با استفاده از این روش، خواص نوری و الکتریکی ماده بهبود می یابد. رسوبات حاصله از این روش، برای تولید سلول های خورشیدی و دریافت کننده های نوری مورد استفاده قرار می گیرد.

تیتانیوم نیترید

رسوبات تیتانیوم نیترید به صورت صنعتی توسعه پیدا کرده اند و از آنها برای اصلاح خواص سطحی مواد مورد استفاده قرار می گیرد. استفاده از این مواد مخصوصا به منظور بهبود سختی و مقاومت به سایش است. به دلیل اینکه دمای تشکیل TiN از پیش ماده های سرامیک های غیر اکسیدی(2) در حدود سرامیک های غیر اکسیدی(2)است، CVD برای اعمال عملیات سطحی کاربیدهای سمنته مورد استفاده قرار می گیرد. برای محافظت یا دکوراسیون بخش های فولادی، اخیرا PECVD در دمای سرامیک های غیر اکسیدی(2)ابداع شده است.

نیترید آلومینیوم

پیش ماده های اصلی برای تولید رسوبات AlN بوسیله ی PECVD عبارتند از سرامیک های غیر اکسیدی(2). ویژگی های فیلم ها مخصوصا در حالت کریستالیزاسیون و جهت گیری کریستالی می تواند تنظیم شود. کاربردهای اصلی پوشش های محافظ در الکترونیک می باشد.

زینترینگ و ریزساختار

نیتریدها (سرامیک های غیر اکسیدی(2)، BN، AlN) و کاربیدها (SiC، سرامیک های غیر اکسیدی(2)) دارای پیوندهای کوالانسی است و دارای یک ساختار کریستالی با عدد کوئوردیناسیون پایین می باشد و نفوذ اتم ها یا تهی جاها به شدت پایین است. برخلاف اکسیدها، زینترینگ معمولی که بوسیله ی عملیات حرارتی در اتمسفر خنثی انجام می شود، بسیار مشکل است حتی اگر از پودرهای بسیار ریز استفاده کنیم. علاوه بر این، عملیات های حرارتی در دمای بسیار بالا می تواند در برخی اوقات موجب تجزیه ی شیمیایی شود:
سرامیک های غیر اکسیدی(2)
بنابراین برای تمام این محصولات، این ضروری است که از افزودنی های زینترینگ استفاده کنیم و یا فشار مکانیکی اعمال کنیم تا بدین صورت توزیع ماده را بهبود دهیم.

سیلیسیم نیترید

سیلیسیم نیترید می تواند به 5 روش مختلف زینتر شود:
زینترینگ فعال ( سیلیسیم نیترید با پیوند فعال- RBSN)
زینترینک خنثی ( سیلیسیم نیترید زینتر شده ی واکنشی- RSSN)
زینترینگ تحت فشار (پرس گرم سیلیسیم نیترید- HPSN)
پرس ایزواستاتیک گرم ( در این روش پرس گرم سیلسیم نیترید به صورت ایزواستاتیک انجام می شود- HIPSN)
زینترینگ تحت فشار گاز نیتروژن ( سیلیسیم نیترید زینتر شده تحت فشار گاز)
جدا از زینترینگ واکنشی، سایر روش ها نیازمند استفاده از افزودنی های زینترینگ می باشد. این فرایند از نیتریداسیون پودر سیلیسیم در دمایی در حدود سرامیک های غیر اکسیدی(2)انجام می شود و تخلخل ها در این روش به طور نسبی در زمان واکنش، از بین می روند:
سرامیک های غیر اکسیدی(2)
متداول ترین افزودنی های زینترینگ مورد استفاده در این فرایند عبارتند از MgO، سرامیک های غیر اکسیدی(2) و عناصر خاکهای کم یاب. این افزودنی ها در دمایی در گستره ی سرامیک های غیر اکسیدی(2) با سیلیس و یا سیلیسیم اکسی نیترید موجود در سطح کریستال های سرامیک های غیر اکسیدی(2)واکنش می دهند و یک یوتکتیک با فرمول عمومی سرامیک های غیر اکسیدی(2)( Mو سرامیک های غیر اکسیدی(2) عبارتند از Al، Y، Mg و ...). این فاز مایع نقش مهمی در زینترینگ و آلیاژسازی این سرامیک غیر اکسیدی بر عهده دارد. این پدیده ها می تواند بوسیله استفاده از فشار مکانیکی یا فشار گاز، تشدید گردد.
سیلیسیم نیترید دارای دو ساختار کریستالی با تقارن هگزاگونال است: نوع دما پایین α نامیده می شود که دارای کریستال های هم محور است و نوع دما بالا، β نامیده می شود که این ساختار عموما از کریستال های سوزنی شکل تشکیل شده اند. استحاله ی سرامیک های غیر اکسیدی(2)برگشت پذیر نیست.
زینترینگ و مکانیزم های مختلفی که در طی انجماد ایجاد می شود، به خوبی شناخته شده اند.این امکان وجود دارد تا ریزساختار (اندازه و شکل کریستال ها) تعدیل گردد و بدین صورت خواص مکانیکی اصلاح گردد.
در طی عملیات حرارتی گرانول های متراکم (سرامیک های غیر اکسیدی(2) بعلاوه ی افزودنی هایی مانند آلومینا، ایتریا و ... )، جریان های یوتکتیک در داخل تخلخل ها، نیروهای کاپیلاری ایجاد می کنند به نحوی که این نیروها، شرینکیج ایجاد می کنند.
در مرحله ی اول، فاز مایع در نقاط حل شدن ذرات با اندازه ی کوچک، قرار دارند. این فاز مایع موجب آرایش مجدد ذرات می شود. فشار ایجاد شده از نیروهای کاپیلاری، موجب حل شدن ترجیحی در نقاط تماس با کریستال های آلفا سرامیک های غیر اکسیدی(2) می شود. بنابراین، در این حالت، گرادیان های غلظتی ایجاد می شود. سپس، مرحله ی دوم با نفوذ نمونه ها در یوتکتیک اتفاق می افتد و رسوب دهی مجدد به شکل کریستال های سرامیک های غیر اکسیدی(2) بتا یا یک محلول جامد به نام بتا سیالون، ایجاد می شود (در صورتی که از آلومینا به عنوان افزودنی کمک ذوب استفاده شده باشد). جریان ایجاد شده در مرزدانه ها اجازه می دهند تا توزیع مجددی از ماده ایجاد گردد و شرینکیج های ماکروسکوپیک رخ دهد. مقایسه ی سرعت استحاله ی (سرامیک های غیر اکسیدی(2)) آلفا سرامیک های غیر اکسیدی(2)به بتاسرامیک های غیر اکسیدی(2) و سرعت جامد شدن ( سرامیک های غیر اکسیدی(2)) آنها این نشان داده شده است که رابطه ی میان سرامیک های غیر اکسیدی(2) وسرامیک های غیر اکسیدی(2) به صورتی است که وجود ناحیه ی نفوذی را تأیید می کند.
ذرات جامد در یک مایع دارای یک حد حلالیت هستند که این حد حلالیت با توجه به اندازه ی ذرات تغییر می کند. این تفاوت در حلالیت است که نیروی محرکه ای برای رشد کریستال ها و در نتیجه ایجاد پدیده ی اوستوالد رایپنینگ می باشد. برای دو دانه ی محلول با شعاع های سرامیک های غیر اکسیدی(2)، سرعت رشد دانه های درشت با رابطه ی زیر محاسبه می شود:
سرامیک های غیر اکسیدی(2)
که در اینجا، C غلظت در حالت تعادل می باشد، سرامیک های غیر اکسیدی(2) انرژی سطحی، سرامیک های غیر اکسیدی(2) حجم مولکولی گونه های متحرک می باشد. T دمای مطلق، k ثابت بولتزمن، D ضریب نفوذ نمونه ها در مایع و d فاصله ی متوسط میان دو ذره می باشد. برای یک زینترینگ در فاز مایع، کینتیک رشد دانه از نوع سرامیک های غیر اکسیدی(2) می باشد که در اینجا، سرامیک های غیر اکسیدی(2)شعاع متوسط دانه، n=3 توان نسبت رشد، A یک ثابت و t زمان است.
برای نیترید سیلیسیم، این پدیده مشکل تر است زیرا استحاله ی سرامیک های غیر اکسیدی(2) ، برگشت ناپذیر است. توسعه ی دانه ها با پدیده های رسوب دهی نفوذی و انحلال همراه است و در زمانی که سرعت جامد شدن به 90 تا 92 % برسد، مرحله ی سوم شروع می شود. رشد سوزنی شکل دانه های بتا سرامیک های غیر اکسیدی(2) می تواند با استفاده از زمان عملیات حراراتی، کنترل و اصلاح گردد.

آلومینیوم نیترید

آلومینیوم نیترید را می توان در حضور افزودنی هایی مانندسرامیک های غیر اکسیدی(2)، CaO و ... و در اتمسفر نیتروژن زینتر کرد. این زینترینگ می تواند به صورت تحت فشار یا معمولی و یا به صورت ایزواستاتیک انجام شود. از نقطه نظر پایداری حرارتی نیتریدها، اولین فرایند به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرد زیرا بوسیله ی آن دانسیته ی کاملی در دمای سرامیک های غیر اکسیدی(2) حاصل می شود. مشابه با سیلیسیم نیترید، افزودنی ها با آلومینا و یا آلومینیوم اکسی نیتریدهای موجود در سطح واکنش می دهند و یک فاز مایع از جنس اکسی نیترید آلومینات تولید می کنند. سه مرحله در زینترینگ یک جامد در فاز مایع مشاهده شده است این مراحل، عبارتند از آرایش مجدد دانه ها، رسوب مجدد نفوذی و توسعه ی آنها.
بعد از عملیات حرارتی، ریزساختار از کریستال های نیترید آلومینیوم تشکیل شده است و فازهای ثانویه از جنس آلومینات ها در مرزدانه ها و نقاط سه گانه تشکیل می شوند. درجه ی کریستالینیته و توزیع بسته به طبیعت افزودنی های مورد استفاده و سیکل حرارتی، تغییر می کند. به دلیل اینکه آلومینیوم نیترید خالص رسانایی حرارتی بالایی دارد و آلومینات ها عایق حرارت محسوب می شوند، توسعه ی ریزساختار، مخصوصا محل فازهای موجود در مرزدانه ها، به طور گسترده مورد بررسی قرار گرفته است. این فاش شده است که افزودنی های ایتریوم دار موجب می شود تا زیرلایه هایی از جنس آلومینیوم نیترید با رسانایی حرارتی بالا تولید شود.

سیلیسیم کاربید

سیلیسیم کاربید دارای شکل های کریستالی مختلفی است. متداول ترین انواع از این ماده ی سرامیکی غیر اکسیدی، فرم بتا (دما پایین و مکعبی) و فرم آلفای سیلیسیم کاربید ( دما بالا و هگزاگونال) است. پودر SiC با استفاده از زینترینگ طبیعی و یا زینترینگ تحت فشار به بدنه تبدیل می شود.

زینترینگ واکنشی

این فرایند شامل متراکم کردن مخلوطی از SiC و کربن است. بعد از این فرایند سیلیس مایع وارد این ساختار می شود. در طی عملیات حرارتی که به منظور وارد کردن سیلیسیم مایع به داخل ساختار این بخش فشرده، مورد استفاده قرار می گیرد، واکنش زیر رخ می دهد:
سرامیک های غیر اکسیدی(2)
به هر حال، برخی از سیلیسیم ها هنوز هم به طور آزاد وجود دارند و حصول حالتی که همه ی آنها واکنش دهند، سخت است.

زینرینگ معمولی

از لحاظ صنعتی، زینترینگ معمولی به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرد. این فرایند نیازمند افزودن مقدار اندکی افزودنی مانند کربن و بور یا کربن و آلومینیوم است. این مخلوط شکل دهی می شود و سپس، قطعه ی فشرده ی تولید شده، در اتمسفر خنثی و در دمایی بین 2000 تا 2100 درجه ی سانتیگراد، زینتر می شود. واکنش های شیمیایی و مکانیزم های استحکام بخشی در این فرایند پیچیده است و به دما و طبیعت افزودنی ها وابسته است.
یک لایه ی کربنی می تواند با استفاده از پیش ماده های مایع، مانند پلی وینیل الکل و ... برروی دانه های SiC تشکیل شود. در طی سیکل حرارتی، کربن موجب کاهش سیلیس یا اکسی کاربیدهای موجود در سطح دانه ها می شود که این مسئله انرژی سطح ویژه را افزایش می دهد و زینترینگ را تسهیل می کند. به دلیل اینکه بور در دمای بالا، دارای حلالیت اندکی در شبکه ی کاربیدی است، حضور آن، انرژی ویژه ی مرزدانه ها را کاهش می دهد. ایجاد استحکام در گرانول های به هم فشرده، به دلیل بوجود آمدن مکانیزم های نفوذ در حالت جامد (در مرزدانه ها)، ایجاد می شود. این فاز به طور تدریجی ناپدید می شود و به طور جزئی در شبکه ی SiC حل می شود. کربن اضافی در مرزدانه ها می تواند از رشد کریستالی جلوگیری کند.

سایر روش ها

استفاده از زینترینگ فشاری یا پرس ایزواستاتیک گرم، به تولید قطعات با دانسیته ی بالایی محدود می شود که دارای مقادیر اندکی افزودنی هستند.
سیلیسیم کاربید می تواند همچنین در دمایی بین 2000 تا 2100 درجه ی سانتیگراد و در حضور یک فاز مایع، استحکام داده شود. این فاز مایع بوسیله ی استفاده از افزودنی هایی مانند ایتریا و آلومینا تولید می شود. در طی عملیات حرارتی، استحاله ی زیر رخ می دهد:
سرامیک های غیر اکسیدی(2)
در این حالت، دانه های سرامیک های غیر اکسیدی(2) به صورت سوزنی تشکیل می شود. در اینجا نیز مشابه با حالتی که در سرامیک های غیر اکسیدی(2) بود، می توان با تغییر فاکتورهای مؤثر بر زینترینگ، ریزساختار و خواص ماده را تغییر داد.

بور کاربید

استحکام بخشی بور کاربید (سرامیک های غیر اکسیدی(2)) بسیار مشکل است و تنها می توان با روش پرس گرم، آن را شکل دهی کرد. مشابه SiC، برای این ماده نیز نیاز به استفاده از افزودنی هستیم. برای مثال می توانیم از کربن استفاده کنیم. این ماده به صورت یک پیش ماده ی آلی قابل حل اضافه می شود و توزیع آن در سطح دانه ها نیز آسان است. زینترینگ معمولی این ماده که در دمایی در حدود 2200 تا2300 درجه ی سانتیگراد انجام می شود، موجب تولید بدنه ای می شود که میزان تخلخل آن اندک است( 1 تا 3%). تنها استفاده از پرس تحت شرایط زینترینگ خاص است که می تواند منجر به تولید بدنه های با تخلخل نزدیک به صفر می شود.

پایداری شیمیایی و رفتار ماده در دمای بالا

سرامیک های غیر اکسیدی دارای پایداری ذاتی بالایی هستند (جدول 1 و 2 را ببینید).
سرامیک های غیر اکسیدی(2)
سرامیک های غیر اکسیدی(2)
به هر حال، این مواد در دمای بالا با اتمسفر اکسید کننده واکنش می دهد و اکسید یا اکسی نیترید تولید می کند. این مسئله به شرایط کاری مربوط می شود. آگاهی از پدیده های رخ داده و فهمیدن سرعت تخریب این مواد، برای انتخاب آنها در یک کاربرد خاص، ضروی است. مواد غیر اکسیدی که دارای خواص مکانیکی خوبی باشند به خاطر مقاومت آنها در برابر اتمسفر اکسید کننده، متمایز هستند. به دلیل اینکه سرعت اکسیداسیون این مواد به میزان پوشانندگی اکسید آنها بستگی دارد، دو نوع رفتار مشاهده شده است:
سرامیک های بر پایه ی سیلیسیم مانند SiC، سرامیک های غیر اکسیدی(2)، سرامیک های غیر اکسیدی(2) که بوسیله ی لایه اکسیدی پوشانده می شوند، مقاومت بسیار خوبی نسبت به آلیاژها و فلزات در برابر اکسایش دارند.
سایر سرامیک های که دارای بور یا فلزات انتقالی هستند و دارای دمای ذوب پایینی نیز می باشند، تحت محافظت قرار نمی گیرند و از دمای℃700 -600 به بالا، تخریب می شوند (جدول 3).
سرامیک های غیر اکسیدی(2)
اکسیداسیون سرامیک های غیر اکسیدی(2) SiC تحت فشار اکسیژن
نتایج محاسباتی در زمینه ی ترمودینامیک و همچنین نتایج تجربی نشان می دهد که دو رژیم اکسیداسیون، بسته به فشار اکسیژن و دما، وجود دارد.
برای فشار بالا و دماهای متوسط، سیلیس که به طور تدریجی تشکیل می شود، سطح را پوشانده و از زیرلایه محافظت می کند: به این نوع از محافظت اکسیداسیون پسیو می گویند:
سرامیک های غیر اکسیدی(2)
به عبارت دیگر، برای فشارهای اکسیژن پایین و دماهای بالا، محصولات پوشش دهنده تشکیل نمی شوند زیرا سیلیسیم مونوکسید فرار است و از این رو این نوع اکسید شدن را اکسایش فعال می گویند:
سرامیک های غیر اکسیدی(2)
شکل 1 بیان کننده ی انتقال میان دو دامنه ی مربوط به تشکیل سیلیس یا سیلیسیم مونوکسید می باشد.
سرامیک های غیر اکسیدی(2)

محصولات واکنش

مطالعه ی محصولات واکنش اکسیداسیون پودر یا کریستال ها ( SiC) در دماهای بالاتر از ℃ 1600نشان می دهد که لایه ی سیلیسی آمورف است و سپس به طور تدریجی کریستالی می شود و به کریستالوبالیت تبدیل می شود. برای ماده ی زینتر شده که دارای ناخالصی یا افزودنی های کمک زینتر است، طبیعت محصولات تشکیل شده، پیچیده است. در بین این محصولات انواع مواد سیلیکاتی، آلومینوسیلیکاتی و ... وجود دارد. به هرحال، برای تمام این مواد، واکنش اکسیداسیون موجب انبساط حجمی می شود. ضریب انبساط که بیان کننده ی نسبت حجم مولی سیلیس یا سیلیکات ها به حجم مولی SiC یا سرامیک های غیر اکسیدی(2) می باشد، بزرگتر از 1 است. محصول واکنش پوشاننده و محافظت کننده است.
کینتیک اکسیداسیون SiC و سرامیک های غیر اکسیدی(2) زینتر شده تحت فشار
در طی یک واکنش جامد/گاز (سرامیک های غیر اکسیدی(2))، تشکیل جامد جدید (سرامیک های غیر اکسیدی(2)) موجب پدید آمدن دو فرایند می شود: یکی جوانه زنی و دیگری رشد که این فرایندها مربوط به واکنش های شیمیایی یکسان اما در مکان های مختلف می باشد و مکانیزم های مختلفی دارد. جوانه زنی، ایجاد جوانه های سرامیک های غیر اکسیدی(2) از SiC یا سرامیک های غیر اکسیدی(2) می باشد. رشد به توسعه ی این دانه ها بوسیله ی گسترش سطح مشترک سرامیک های غیر اکسیدی(2)/SiC یا سطح مشترک سرامیک های غیر اکسیدی(2) /سرامیک های غیر اکسیدی(2) می باشد.
از نقطه نظر کینتیکی، هر فرایند می تواند بوسیله ی واکنش سطح مشترک و یا پدیده ی نفوذ، محدود شود. علاوه بر این، یکی از فرایندها، می تواند نسبت به سایر فرایندها، سریع تر باشد. برای مثال، جوانه زنی سرامیک های غیر اکسیدی(2) در دمای بالا بر روی سطح SiC تقریبا آنی است. سرعت کلی سپس بوسیله ی رشد لایه ی پوشش دهنده کنترل می شود (شکل 2).
سرامیک های غیر اکسیدی(2)
توسعه ی سیلیس در سطح مشترک نیازمند مهاجرت اکسیژن از محیط به سمت زیرلایه است. 6 مرحله ی مقدماتی وجود دارد که آهسته ترین آنها تعیین کننده ی سرعت فرایند است:

نفوذ اکسیژن از فاز گازی به سمت زیرلایه

جذب اکسیژن

نفوذ اکسیژن در سرامیک های غیر اکسیدی(2) به سمت زیرلایه به دلیل وجود گرادیان غلظتی

واکنش در فصل مشترک

نفوذ نمونه های گازی تشکیل شده (مانند دی اکسید کربن و مونوکسید کربن) به سمت بیرون

واجذبی گاز

به دلیل اینکه نفوذ اکسیژن به سمت زیرلایه مرحله ی آهسته می باشد، مقدار اکسیژن که واکنش می دهد، وقتی ضخامت لایه ی سیلیسی افزایش می یابد، کاهش می یابد. اگر اکسیداسیون در دمای ثابت انجام شود، ما یک کاهش خسته کننده در سرعت اکسیداسیون (سرامیک های غیر اکسیدی(2)) در نمودار مشاهده می کنیم. این نمودار ضخامت لایه ی سیلیسی را با توجه به زمان به ما نشان می دهد (شکل 3).
سرامیک های غیر اکسیدی(2)
سیلیس از زیرلایه ی SiC در برابر اکسیژن، محافظت می کند زیرا سرعت ورود اکسیژن به لایه به شدت کاهش می یابد. این معادله از کینتیک با توجه به زمان به صورت زیر نوشته می شود:
سرامیک های غیر اکسیدی(2)
که در اینجا، سرامیک های غیر اکسیدی(2)ثابت سرعت برای رژیم سهمی وار می باشد و سرامیک های غیر اکسیدی(2) حجم مولی سیلیس می باشد. D ثابت نفوذ وسرامیک های غیر اکسیدی(2) به ترتیب غلظت های خارجی و داخلی گونه های شیمیایی می باشد.

اکسیداسیون بخار آب

سرامیک های غیر اکسیدی به ندرت در حضور اتمسفر خشک مورد استفاده قرار می گیرند. در این مورد، یک اکسیداسیون پسیو با وجود بخار آب و با توجه به معادله ی زیر ایجاد می شود:
سرامیک های غیر اکسیدی(2)
در دماهای بالا، بخار آب موجود در هوا، نقش بسیار مهمی در کینتیک تخریب ایفا می کند. رژیم سهمی وار حفظ می شود اما برای شرایط ایده آل دما و فشار گاز اکسیژن، ما مشاهده کرده ایم که بخار آب به طور قابل ملاحظه ای سرعت اکسیداسیون را افزایش می دهد. یک نفوذ مولکولی از آب وجود دارد که موجب اکسیداسیون غیر وابسته می شود و نفوذ اکسیژن را تشدید می کند. علت این مسئله این است که آب ساختار SiO_2 را تغییر می دهد.

خوردگی بوسیله ی نمک های مذاب

سرامیک های غیر اکسیدی برای تولید قطعاتی مورد استفاده قرار می گیرند که در محیط های خورنده (حمام های الکترولیت، مبدل های حرارتی و ... ) مورد استفاده قرار می گیرند. در این شرایط، نمک های مذاب وجود دارند. در بیشتر موارد، ابتدا یک اکسیداسیون از سرامیک وجود دارد و سپس، یک برهمکنش میان اکسید تشکیل شده و نمک مذاب ایجاد می شود. حل شدن اکسید موجب می شود تا اکسیداسیون زیرلایه مطلوب شده و در حقیقت خوردگی شروع شود.
برای مثال، برای SiC قرار داه شده در سدیم سولفات مذاب، واکنش کلی به صورت زیر است:
سرامیک های غیر اکسیدی(2)

خواص و کاربردها

سرامیک های غیر اکسیدی در کاربردهای الکترونیکی و ترمو ساختاری مورد استفاده قرار می گیرد. علت استفاده از این مواد، به خاطر خواص ویژه ی آنها از جمله: سفتی، مقاومت مکانیکی، تافنس، مقاومت به خوردگی با گازهای خورنده یا فلزات مذاب می باشد (جدول 4).
سرامیک های غیر اکسیدی(2)
این مواد در طی دهه های گذشته پیشرفت زیادی داشته اند که این پیشرفت به خاطر توسعه های شکل گرفته در زمینه ی فرانید های مورد استفاده در تولید مواد مونولیتیک، کامپوزیت ها و پوشش ها بوده است. یکی دیگر از دلایل این پیشرفت به خاطر تنوع در خواص مربوط مرتبط با ریزساختار می باشد.
مشکل موجود در زمینه ی تولید بدنه های با دانسیته ی بالا و هزینه های بالای تولید موجب شده است تا تجاری سازی این مواد با مشکل مواجه گردد. استفاده از این مواد وقتی مقرون به صرفه می باشد که خواص منحصربفرد مورد نیاز باشد.

سیلیسیم کاربید

در بین مواد سرامیکی غیر اکسیدی، سیلیسیم کاربید برای دهه های متمادی مورد استفاده قرار گرفته است و گستره ی وسیعی از کاربردهای تجاری برای این ماده بوجود آمده است. بسیاری از گریدهای این ماده با توجه به دمای استفاده طبقه بندی شده اند:
گرید ℃1350: سیلیسیم کاربید دارای سیلیسیم
گرید℃1600: سیلیسیم کاربید زینتر و کریستالی شده
گرید℃1750: سیلیسیم کاربید زینتر شده
کاربردهای این ماده در بسیاری از کاربردهای صنعتی گسترده شده است زیرا خواص ترموساختاری یا طبیعت نیمه رسانایی با ضریب دمای منفی، موجب می شود تا از این ماده در کاربردهای زیادی استفاده شود. چند سالی است که روش هایی برای ماشین کاری این مواد ارائه شده است (جدول 5).
سرامیک های غیر اکسیدی(2)
در زمینه ی کامپوزیت های ترموساختاری، سیلیسیم کاربید دارای مرتبه ی بالایی می باشد الیاف سلیسیم کاربیدی که از پیش ماده های آلی تولید می شوند، در اتمسفرهای اکسیدی و در دماهای بالا، پایدار هستند.

کاربید بور

کاربید بور که دارای سختی نزدیک به الماس می باشد، برای ماشین کاری قطعات، بخش های مقاوم در برابر سایش و رینگ های آب بندی مورد استفاده قرار می گیرد. به دلیل اینکه ایزوتوپ سرامیک های غیر اکسیدی(2) دارای قابلیت جذب نوترون بالایی است، از سرامیک های غیر اکسیدی(2) برای تولید مواد محافظی استفاده می شود که به منظور جذب نوترون حاصله از رآکتورهای هسته ای مورد استفاده قرار می گیرند .

بور نیترید

نیترید بور آلفا دارای ساختار کریستالی مشابه با گرافیت است. این ماده عایق حرارتی بسیار خوبی است و دارای ضریب انبساط حرارتی پایین است و از لحاظ شیمیایی نیز خنثی است. این ماده برای تولید روکش های ترموکوپل، تیوب ها، المان های پمپ و بوته ها مورد استفاده قرار می گیرند. علت استفاده از این ماده این است که این ماده به سختی بوسیله ی مذاب تر می شود. همچنین از این ماده به عنوان روانساز جامد در روانسازی های دما بالا استفاده می شود. بخش های کوچک ماشین هایی که تحت شوک های حرارتی بالا قرار دارند، با ماشین کاری بلوکه های بدست آمده از فرایند زینترینگ تحت فشار، تولید می شوند. بعد از الماس نیترید بور مکعبی سخت ترین ماده ی دنیاست.
وقتی کاهش خواص به خاطر وجود کربن ایجاد شود، از نیترید بور به عنوان سد نفوذی استفاده می شود.

سیلیسیم نیترید

به دلیل مقاومت خوب این ماده در برابر فلزات و نمک های مذاب، سیلیسیم نیترید به طور گسترده در تولید دیرگدازهای مورد استفاده در صنعت آهن و فولاد، کاربرد دارند. در طی 30 سال گذشته، تحقیقات زیادی در زمینه ی این ماده انجام شده است و بدین وسیله توسعه ی این ماده با ریزساختارهای مختلف مقدور شده است. بنابراین، گریدهایی از این سرامیک که دارای تافنس بالایی هستند، بوسیله ی فرایند زینترینگ تحت فشار (GPSN) تولید شده اند. خواص این مواد با سرامیک های دیگر قابل مقایسه است. استفاده از این ماده در صنعت خودر به خاطر مقاومت استثنایی این ماده در برابر شوک های حرارتی است (شکل 4). به همین ترتیب، امکان تولید مستقیم قطعات پیچیده بوسیله ی فرایند RBSN موجب شده تا کاربردهای جدیدی از این ماده در متالورژی فلزات غیر آهنی و حرارت سنج های صنعتی ایجاد شود. شکل 5 برخی از این کاربردها را نشان می دهد.
سرامیک های غیر اکسیدی(2)
سرامیک های غیر اکسیدی(2)

نیترید آلومینیوم

در بین سرامیک های غیر اکسیدی، آلومینیوم نیترید اخیرا تولید شده است. خواص مکانیکی این ماده (سختی، استحکام شکست)، متوسط است اما رسانایی الکتریکی آن بالاست. این رسانایی مربوط به مقاومت الکتریکی بالای این ماده است. خواص دی الکتریک خوب این ماده و ضریب انبساط مشابه با سیلیسیم (که به طور خطی افزایش می یابد)، موجب شده تا این ماده برای استفاده در زیرلایه های مصرفی در الکترونیک (شکل 6)، مناسب باشند.
سرامیک های غیر اکسیدی(2)
استفاده از مطالب این مقاله با ذکر منبع راسخون بلامانع می باشد.



 

 

ارسال نظر
با تشکر، نظر شما پس از بررسی و تایید در سایت قرار خواهد گرفت.
متاسفانه در برقراری ارتباط خطایی رخ داده. لطفاً دوباره تلاش کنید.
موارد بیشتر برای شما
طراحی "مغزهای" سفارشی برای روبات ها
طراحی "مغزهای" سفارشی برای روبات ها

طراحی "مغزهای" سفارشی برای روبات ها

گسترش استفاده از خودروهای برقی
گسترش استفاده از خودروهای برقی

گسترش استفاده از خودروهای برقی

میکروساخت و تولید افزودنی در رشد مصنوعی سلول های گیاهی
میکروساخت و تولید افزودنی در رشد مصنوعی سلول های گیاهی

میکروساخت و تولید افزودنی در رشد مصنوعی سلول های گیاهی

واقعیت پدیده سلبریتیسم در ایران
واقعیت پدیده سلبریتیسم در ایران

واقعیت پدیده سلبریتیسم در ایران

تقریب مذاهب اسلامی در پرتو کتاب و سنت و اجتهاد فراگیر
تقریب مذاهب اسلامی در پرتو کتاب و سنت و اجتهاد فراگیر

تقریب مذاهب اسلامی در پرتو کتاب و سنت و اجتهاد فراگیر

بیماری بورسیت چیست ، انواع، علل، علائم و تشخیص این بیماری را بشناسیم
بیماری بورسیت چیست ، انواع، علل، علائم و تشخیص این بیماری را بشناسیم

بیماری بورسیت چیست ، انواع، علل، علائم و تشخیص این بیماری را بشناسیم

نمایشگاه مجازی کتاب تهران/ خوب یا بد؟
نمایشگاه مجازی کتاب تهران/ خوب یا بد؟

نمایشگاه مجازی کتاب تهران/ خوب یا بد؟

دستور تهیه سه نوع پنینی
دستور تهیه سه نوع پنینی

دستور تهیه سه نوع پنینی

علت درد شانه و کتف، علائم، دلایل، تشخیص و درمان آن
علت درد شانه و کتف، علائم، دلایل، تشخیص و درمان آن

علت درد شانه و کتف، علائم، دلایل، تشخیص و درمان آن

موارد مصرف و عوارض جانبی سیتالوپرام
موارد مصرف و عوارض جانبی سیتالوپرام

موارد مصرف و عوارض جانبی سیتالوپرام

طرز تهیه چند نوع پیتزای ابتکاری
طرز تهیه چند نوع پیتزای ابتکاری

طرز تهیه چند نوع پیتزای ابتکاری

موارد مصرف و عوارض جانبی آدرال
موارد مصرف و عوارض جانبی آدرال

موارد مصرف و عوارض جانبی آدرال

دستور پخت چند نوع پیتزای بادمجان
دستور پخت چند نوع پیتزای بادمجان

دستور پخت چند نوع پیتزای بادمجان

موارد مصرف و عوارض جانبی سیپروفلوکساسین
موارد مصرف و عوارض جانبی سیپروفلوکساسین

موارد مصرف و عوارض جانبی سیپروفلوکساسین

موارد مصرف و عوارض جانبی ریتالین
موارد مصرف و عوارض جانبی ریتالین

موارد مصرف و عوارض جانبی ریتالین

علل درد کمر در هنگام سرفه کردن یا عطسه ناگهانی
علل درد کمر در هنگام سرفه کردن یا عطسه ناگهانی

علل درد کمر در هنگام سرفه کردن یا عطسه ناگهانی

طرز تهیه چند نوع اسنک سالم و خوشمزه
طرز تهیه چند نوع اسنک سالم و خوشمزه

طرز تهیه چند نوع اسنک سالم و خوشمزه

علل و درمان آفتاب سوختگی
علل و درمان آفتاب سوختگی

علل و درمان آفتاب سوختگی

موارد مصرف و عوارض جانبی فلکسریل
موارد مصرف و عوارض جانبی فلکسریل

موارد مصرف و عوارض جانبی فلکسریل

دستور تهیه چند نوع اسنک خوشمزه در خانه
دستور تهیه چند نوع اسنک خوشمزه در خانه

دستور تهیه چند نوع اسنک خوشمزه در خانه

موارد مصرف و عوارض جانبی هیدروکودون استامینوفن
موارد مصرف و عوارض جانبی هیدروکودون استامینوفن

موارد مصرف و عوارض جانبی هیدروکودون استامینوفن