বোরন কার্বাইডের স্পার্ক প্লাজমা সিন্টারিং: ঐতিহ্যবাহী সিন্টারিংয়ে একটি বিপ্লবী "কালো প্রযুক্তি" অগ্রগতি।
পদার্থ বিজ্ঞানের ক্ষেত্রে,বোরন কার্বাইড (B4C)"কালো হীরা" নামে পরিচিত, যা তার উচ্চ কঠোরতা, কম ঘনত্ব, পরিধান প্রতিরোধ ক্ষমতা এবং নিউট্রন শোষণ ক্ষমতার কারণে, বুলেটপ্রুফ আর্মার, পারমাণবিক শিল্প এবং মহাকাশের মতো উচ্চ-সম্পন্ন ক্ষেত্রগুলিতে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়। তবে, ঐতিহ্যবাহী সিন্টারিং প্রক্রিয়াগুলি (যেমন চাপহীন সিন্টারিং এবং গরম চাপ সিন্টারিং) উচ্চ সিন্টারিং তাপমাত্রা, দীর্ঘ সিন্টারিং সময় এবং সহজে শস্য মোটা করার মতো চ্যালেঞ্জের মুখোমুখি হয়, যা বোরন কার্বাইডের কর্মক্ষমতা আরও উন্নত করতে বাধা দেয়। সাম্প্রতিক বছরগুলিতে, স্পার্ক প্লাজমা সিন্টারিং (SPS) প্রযুক্তি, তার নিম্ন তাপমাত্রা, দ্রুত গতি এবং উচ্চ দক্ষতার সাথে, বোরন কার্বাইডের জন্য একটি জনপ্রিয় গবেষণা ক্ষেত্র হয়ে উঠেছে, যা এই সুপারহার্ড উপাদানের প্রয়োগের সীমানা পুনর্নির্মাণ করে।
I. SPS প্রযুক্তি: সিন্টারিংয়ের জন্য একটি বিপ্লবী নতুন দৃষ্টান্ত
SPS প্রযুক্তি স্পন্দিত কারেন্ট, যান্ত্রিক চাপ এবং তাপ ক্ষেত্রের সমন্বয়মূলক প্রভাবের মাধ্যমে বোরন কার্বাইডের দ্রুত ঘনত্ব অর্জন করে। এর মূল নীতি হল:
প্লাজমা সক্রিয়করণ: স্পন্দিত বিদ্যুৎ আন্তঃকণার ফাঁকে তাৎক্ষণিক উচ্চ-তাপমাত্রার প্লাজমা তৈরি করে, পৃষ্ঠের অক্সাইড অপসারণ করে এবং পারমাণবিক বিস্তারকে উৎসাহিত করে।
জুল গরম করা এবং তাপমাত্রার গ্রেডিয়েন্ট: বৈদ্যুতিক প্রবাহ গ্রাফাইট ছাঁচের মাধ্যমে জুল গরম করা তৈরি করে এবং তাপমাত্রা দ্রুত বৃদ্ধি পায় (600℃/মিনিট পর্যন্ত), একটি তাপমাত্রার গ্রেডিয়েন্ট তৈরি করে যা ঘনত্বকে ত্বরান্বিত করে এবং শস্যের বৃদ্ধিকে বাধা দেয়।
বৈদ্যুতিক ক্ষেত্র সহায়তায় প্রসারণ: বৈদ্যুতিক ক্ষেত্র সিন্টারিং অ্যাক্টিভেশন শক্তি কমিয়ে দেয়, যার ফলে বোরন কার্বাইড ১৭০০-২১০০ ℃ তাপমাত্রায় উচ্চ ঘনত্ব (>৯৫%) অর্জন করতে সক্ষম হয়, যা ঐতিহ্যবাহী প্রক্রিয়ার তুলনায় ৩০০-৫০০ ℃ কম।
ঐতিহ্যবাহী সিন্টারিংয়ের তুলনায়, SPS দ্বারা প্রস্তুত বোরন কার্বাইডের সূক্ষ্ম দানা (ন্যানো থেকে মাইক্রন স্কেল) এবং উচ্চতর যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্য রয়েছে। উদাহরণস্বরূপ, 1600℃ এবং 300MPa উচ্চ চাপে, SPS দ্বারা প্রস্তুত বোরন কার্বাইডের ফ্র্যাকচার শক্ততা 5.56MPa・m¹/² এ বৃদ্ধি করা হয় এবং গতিশীল শক্ততা উল্লেখযোগ্যভাবে বৃদ্ধি করা হয়।
II. প্রযুক্তিগত অগ্রগতি: পরীক্ষাগার থেকে শিল্পায়নে মূল উত্থান
১. প্যারামিটার অপ্টিমাইজেশন এবং মাইক্রোস্ট্রাকচার নিয়ন্ত্রণ
তাপমাত্রা এবং চাপের সমন্বয়: গবেষণায় দেখা গেছে যে কম তাপমাত্রায় (১৭০০-২০০০℃), কণার সীমানা স্লাইডিং প্রাথমিকভাবে ঘনত্বের দিকে পরিচালিত করে, যেখানে উচ্চ তাপমাত্রায় (>২০০০℃), স্থানচ্যুতি বৃদ্ধি প্রাধান্য পায়। তাপীকরণের হার এবং চাপকে সুনির্দিষ্টভাবে নিয়ন্ত্রণ করে, শস্যের আকার ৪μm থেকে ন্যানোমিটার স্কেলে সঠিকভাবে নিয়ন্ত্রণ করা যেতে পারে।
সিন্টারিং এইডের উদ্ভাবনী প্রয়োগ: Al, SiC এবং গ্রাফিনের মতো অ্যাডিটিভ যোগ করলে কর্মক্ষমতা আরও উন্নত করা যায়। উদাহরণস্বরূপ, 1.5% গ্রাফিন (GPL) সহ B4C/SiC/Al মাল্টিফেজ সিরামিক ফ্র্যাকচার শক্তপোক্ততায় 25.6% বৃদ্ধি এবং নমনীয় শক্তিতে 99% বৃদ্ধি দেখায়।
২. কার্যকরীভাবে গ্রেড করা উপকরণের এক-পদক্ষেপ তৈরি
Napo Materials টিম প্রথমবারের মতো SPS প্রযুক্তি ব্যবহার করে B4C/Al কার্যকরীভাবে গ্রেড করা উপকরণের এক-পদক্ষেপ সিন্টারিং অর্জন করেছে। এই উপাদানটি বিশুদ্ধ B4C (কঠোরতা 32 GPa) থেকে বিশুদ্ধ Al (কঠোরতা 1 GPa) তে একটি গ্রেডিয়েন্ট রূপান্তর অর্জন করে, ঐতিহ্যবাহী প্রক্রিয়াগুলিতে বৃহৎ গলনাঙ্কের পার্থক্য এবং অশুদ্ধতা পর্যায়ের সহজ গঠনের সমস্যাগুলি সফলভাবে সমাধান করে, বুলেটপ্রুফ বর্ম এবং উচ্চ তাপ পরিবাহিতা যৌগিক উপকরণের জন্য নতুন ধারণা প্রদান করে।
৩. চরম পরিবেশে পারফরম্যান্সের অগ্রগতি
পারমাণবিক শিল্পে, SPS-প্রস্তুত B4C নিউট্রন শোষকগুলি 99.9% বিশুদ্ধতা অর্জন করে, চমৎকার বিকিরণ প্রতিরোধ ক্ষমতা প্রদর্শন করে এবং বর্জ্য নিষ্কাশনের খরচ ঐতিহ্যবাহী ক্যাডমিয়াম-ভিত্তিক উপকরণের মাত্র এক-পঞ্চমাংশ। মহাকাশ শিল্পে, বোরন কার্বাইড/অ্যালুমিনিয়াম কম্পোজিট উপকরণ টার্বোফ্যান ইঞ্জিনের শীর্ষ-প্রান্ত সুরক্ষা প্লেটের ওজন 40% কমায় এবং জ্বালানি দক্ষতা 2.3% উন্নত করে।
III. শিল্প সম্ভাবনা: ট্রিলিয়ন ডলারের বাজারে একটি নতুন নীল সমুদ্র
১. সকল ক্ষেত্রেই অ্যাপ্লিকেশনের প্রসার ঘটছে।
প্রতিরক্ষা ও সামরিক শিল্প: মার্কিন সামরিক বাহিনীর অস্প্রে পরিবহন বিমানে B4C কম্পোজিট বর্ম ব্যবহার করা হয়, যা ওজন ৪০% কমায় এবং ঐতিহ্যবাহী ইস্পাত বর্মের চেয়ে উন্নত সুরক্ষা প্রদান করে।
সেমিকন্ডাক্টর এবং ইলেকট্রনিক্স: বোরন কার্বাইড ওয়েফার স্টেজ ফ্ল্যাটনেস ত্রুটি < 1μm, যা EUV লিথোগ্রাফি মেশিনের অতি-উচ্চ নির্ভুলতার প্রয়োজনীয়তা পূরণ করে। Zhihe New Materials-এর নিম্ন-তাপমাত্রার সিন্টারিং প্রযুক্তি B4C সিন্টারিং তাপমাত্রা 1950℃-এ কমিয়ে দেয়, যা সেমিকন্ডাক্টর পলিশিং প্যাড ক্ষেত্রে এর প্রয়োগকে চালিত করে।
নতুন শক্তি এবং পরিবেশগত সুরক্ষা: বোরন কার্বাইড নজল উচ্চ-চাপের স্যান্ডব্লাস্টিং সরঞ্জামের আয়ুষ্কাল 3 মাস থেকে 2 বছর পর্যন্ত বাড়িয়ে দেয়, রক্ষণাবেক্ষণ খরচ 80% কমিয়ে দেয়। পারমাণবিক শক্তি, সৌর কোষ এবং অন্যান্য ক্ষেত্রেও তাদের প্রয়োগ দ্রুত সম্প্রসারিত হচ্ছে।
২. বাজারের আকার এবং নীতি লভ্যাংশ
বিশ্বব্যাপী বোরন কার্বাইড বাজার ২০২৫ সালে ১৮০ মিলিয়ন ডলার থেকে বেড়ে ২০৩০ সালে ৩২০ মিলিয়ন ডলারে পৌঁছাবে বলে ধারণা করা হচ্ছে, যা ৯.৫% এর CAGR প্রতিনিধিত্ব করে। বিশ্বের বৃহত্তম উৎপাদক হিসেবে, চীন নীতি সহায়তা এবং প্রযুক্তিগত অগ্রগতির মাধ্যমে শিল্পের শীর্ষস্থান দখল করছে।
স্পার্ক প্লাজমা সিন্টারিং (SPCS) প্রযুক্তি বোরন কার্বাইড উপকরণগুলিকে পরীক্ষাগার থেকে শিল্পায়নের দিকে নিয়ে যাচ্ছে। কঠোরতা, তাপীয় স্থিতিশীলতা এবং নিউট্রন শোষণের ক্ষেত্রে এর উচ্চতর কর্মক্ষমতা প্রতিরক্ষা, শক্তি এবং ইলেকট্রনিক্সের জন্য বিঘ্নিত সমাধান প্রদান করে। প্রযুক্তিগত অগ্রগতি এবং নীতি সহায়তার মাধ্যমে, বোরন কার্বাইড, এই "কালো হীরা", নিঃসন্দেহে আরও বেশি প্রয়োগে উজ্জ্বল হবে, যা মানব প্রযুক্তিগত অগ্রগতির অন্যতম প্রধান উপকরণ হয়ে উঠবে।