Bor karbidinin qığılcım plazma sinterlənməsi: Ənənəvi sinterləmədə inqilabi "qara texnologiya" irəliləyişi.
Materialşünaslıq sahəsində,bor karbidi (B4C)Yüksək sərtliyi, aşağı sıxlığı, aşınmaya davamlılığı və neytron udma qabiliyyətinə görə "qara almaz" kimi tanınan bu metal, gülləkeçirməz zireh, nüvə sənayesi və aerokosmik kimi yüksək səviyyəli sahələrdə geniş istifadə olunur. Bununla belə, ənənəvi sinterləmə prosesləri (məsələn, təzyiqsiz sinterləmə və isti presləmə sinterləmə) yüksək sinterləmə temperaturu, uzun sinterləmə müddəti və asanlıqla dənəvərləşmə kimi çətinliklərlə üzləşir ki, bu da bor karbid performansının daha da yaxşılaşdırılmasını məhdudlaşdırır. Son illərdə aşağı temperaturu, sürətli sürəti və yüksək səmərəliliyi ilə qığılcım plazma sinterləmə (SPS) texnologiyası bor karbidi üçün ən çox araşdırılan sahəyə çevrilmiş və bu super sərt materialın tətbiq sərhədlərini yenidən formalaşdırmışdır.
I. SPS Texnologiyası: Sinterləmə üçün İnqilabi Yeni Paradiqma
SPS texnologiyası impulslu cərəyanın, mexaniki təzyiqin və istilik sahəsinin sinergetik təsiri vasitəsilə bor karbidinin sürətli sıxlaşmasına nail olur. Onun əsas prinsipi aşağıdakılardır:
Plazma aktivləşməsi: İmpulslu cərəyan hissəciklərarası boşluqlarda ani yüksək temperaturlu plazma əmələ gətirir, səth oksidlərini təmizləyir və atom diffuziyasını təşviq edir.
Coul istiləşməsi və temperatur qradiyenti: Elektrik cərəyanı qrafit qəlibindən Coul istiləşməsinə səbəb olur və temperatur sürətlə yüksəlir (600℃/dəq-ə qədər), sıxlaşmanı sürətləndirən və dənə böyüməsini maneə törədən bir temperatur qradiyenti əmələ gətirir.
Elektrik Sahəsi Yardımlı Diffuziya: Elektrik sahəsi sinterləmə aktivləşdirmə enerjisini azaldır və bu da bor karbidinin 1700-2100℃-də yüksək sıxlığa (>95%) nail olmasına imkan verir ki, bu da ənənəvi prosesdən 300-500℃ aşağıdır.
Ənənəvi sinterləmə ilə müqayisədə, SPS tərəfindən hazırlanmış bor karbidi daha incə dənəciklərə (nanotensiklopedik miqyasda) və üstün mexaniki xüsusiyyətlərə malikdir. Məsələn, 1600℃ və 300MPa yüksək təzyiqdə SPS tərəfindən hazırlanmış bor karbidinin qırılma möhkəmliyi 5.56MPa・m¹/²-ə qədər artırılır və dinamik möhkəmlik əhəmiyyətli dərəcədə artır.
II. Texnoloji irəliləyiş: Laboratoriyadan Sənayeləşməyə Əsas Sıçrayış
1. Parametr Optimallaşdırması və Mikrostruktur Nəzarəti
Temperatur və Təzyiq Sinerjisi: Tədqiqatlar göstərir ki, aşağı temperaturlarda (1700-2000℃) hissəcik sərhədlərinin sürüşməsi əsasən sıxlaşmaya səbəb olur, yüksək temperaturlarda isə (>2000℃) dislokasiya qalxması üstünlük təşkil edir. Qızdırma sürətini və təzyiqi dəqiq idarə etməklə, dənə ölçüsü 4μm-dən nanometr miqyasına qədər dəqiq idarə oluna bilər.
Sinterləşdirmə Yardımçılarının İnnovativ Tətbiqləri: Al, SiC və qrafen kimi əlavələrin əlavə edilməsi performansı daha da optimallaşdıra bilər. Məsələn, 1,5% qrafen (GPL) olan B4C/SiC/Al çoxfazalı keramika sınıq möhkəmliyində 25,6% və əyilmə möhkəmliyində 99% artım göstərir.
2. Funksional olaraq dərəcələnmiş materialların bir mərhələli istehsalı
Napo Materials komandası ilk dəfə olaraq SPS texnologiyasından istifadə edərək B4C/Al funksional dərəcəli materialların bir mərhələli sinterləşməsinə nail olub. Bu material təmiz B4C-dən (sərtlik 32 GPa) təmiz Al-a (sərtlik 1 GPa) qradiyent keçidinə nail olmaqla, ənənəvi proseslərdə böyük ərimə nöqtəsi fərqləri və aşqar fazalarının asanlıqla əmələ gəlməsi problemlərini uğurla həll edərək, güllə keçirməyən zireh və yüksək istilik keçiriciliyi kompozit materialları üçün yeni ideyalar təqdim edir.
3. Ekstremal mühitlərdə performans irəliləyişi
Nüvə sənayesində SPS ilə hazırlanmış B4C neytron absorberləri 99,9% təmizliyə nail olur, əla radiasiya müqaviməti nümayiş etdirir və tullantıların utilizasiya xərcləri ənənəvi kadmium əsaslı materialların xərclərinin yalnız beşdə birini təşkil edir. Aerokosmik sənayedə bor karbid/alüminium kompozit materialları turbofan mühərrikinin qabaqcıl mühafizə lövhələrinin çəkisini 40% azaldır və yanacaq səmərəliliyini 2,3% artırır.
III. Sənaye Perspektivləri: Trilyon Dollarlıq Bazarda Yeni Mavi Okean
1. Tətbiqlər bütün sahələrdə çiçəklənir.
Müdafiə və Hərbi Sənaye: ABŞ ordusunun Osprey nəqliyyat təyyarəsi çəkini 40% azaldan və ənənəvi polad zirehlərdən daha üstün qoruma təmin edən B4C kompozit zirehindən istifadə edir.
Yarımkeçiricilər və Elektronika: Bor karbid lövhə mərhələsinin düzlük xətası < 1μm, EUV litoqrafiya maşınlarının ultra yüksək dəqiqlik tələblərinə cavab verir. Zhihe New Materials şirkətinin aşağı temperaturlu sinterləmə texnologiyası B4C sinterləmə temperaturunu 1950℃-ə qədər azaldır və bu da onun yarımkeçirici cilalama yastığı sahəsində tətbiqini sürətləndirir.
Yeni Enerji və Ətraf Mühitin Mühafizəsi: Bor karbid burunları yüksək təzyiqli qumlama avadanlığının ömrünü 3 aydan 2 ilə qədər uzadır və texniki xidmət xərclərini 80% azaldır. Onların nüvə enerjisində, günəş batareyalarında və digər sahələrdə tətbiqi də sürətlə genişlənir.
2. Bazarın ölçüsü və siyasət dividendləri
Qlobal bor karbid bazarının 2025-ci ildəki 180 milyon dollardan 2030-cu ildə 320 milyon dollara qədər artacağı proqnozlaşdırılır ki, bu da 9,5% CAGR təşkil edir. Dünyanın ən böyük istehsalçısı olaraq, Çin siyasət dəstəyi və texnoloji irəliləyişlər sayəsində sənayenin aparıcı mövqeyini ələ keçirir.
Qığılcım plazma sinterləmə (SPCS) texnologiyası bor karbid materiallarını laboratoriyadan sənayeləşməyə aparır. Sərtlik, istilik sabitliyi və neytron udma baxımından üstün göstəriciləri müdafiə, enerji və elektronika üçün dağıdıcı həllər təqdim edir. Texnoloji irəliləyişlər və siyasət dəstəyi ilə bu "qara almaz" olan bor karbidi, şübhəsiz ki, daha çox tətbiqdə parlayacaq və bəşəriyyətin texnoloji tərəqqisini idarə edən əsas materiallardan birinə çevriləcək.