Sintro plasma gwreichionen carbid boron: Datblygiad arloesol “technoleg ddu” mewn sintro traddodiadol.
Ym maes gwyddor deunyddiau,carbid boron (B4C), a elwir yn "ddiemwnt du" oherwydd ei galedwch uchel, ei ddwysedd isel, ei wrthwynebiad i wisgo, a'i allu i amsugno niwtronau, fe'i defnyddir yn helaeth mewn meysydd pen uchel fel arfwisg gwrth-fwled, diwydiant niwclear, ac awyrofod. Fodd bynnag, mae prosesau sinteru traddodiadol (megis sinteru di-bwysau a sinteru gwasgu poeth) yn wynebu heriau fel tymereddau sinteru uchel, amseroedd sinteru hir, a brashau grawn hawdd, gan gyfyngu ar welliannau pellach ym mherfformiad boron carbide. Yn ystod y blynyddoedd diwethaf, mae technoleg sinteru plasma gwreichionen (SPS), gyda'i thymheredd isel, cyflymder cyflym, ac effeithlonrwydd uchel, wedi dod yn faes ymchwil poblogaidd ar gyfer boron carbide, gan ail-lunio ffiniau cymhwysiad y deunydd uwch-galed hwn.
I. Technoleg SPS: Paradigm Chwyldroadol Newydd ar gyfer Sinteru
Mae technoleg SPS yn cyflawni dwysáu cyflym carbid boron trwy effaith synergaidd cerrynt pwls, pwysau mecanyddol, a maes thermol. Mae ei hegwyddor graidd yn gorwedd yn:
Actifadu plasma: Mae cerrynt pwls yn cynhyrchu plasma tymheredd uchel ar unwaith yn y bylchau rhwng gronynnau, gan gael gwared ar ocsidau arwyneb a hyrwyddo trylediad atomig.
Gwresogi Joule a graddiant tymheredd: Mae'r cerrynt trydanol yn cynhyrchu gwresogi Joule trwy'r mowld graffit, ac mae'r tymheredd yn codi'n gyflym (hyd at 600 ℃ / mun), gan ffurfio graddiant tymheredd sy'n cyflymu dwysáu ac yn atal twf grawn.
Trylediad â Chymorth Maes Trydanol: Mae'r maes trydanol yn gostwng yr egni actifadu sinteru, gan alluogi carbid boron i gyflawni dwysedd uchel (>95%) ar 1700-2100 ℃, sydd 300-500 ℃ yn is na'r broses draddodiadol.
O'i gymharu â sinteru traddodiadol, mae gan garbid boron a baratoir gan SPS ronynnau mânach (graddfa nano i micron) a phriodweddau mecanyddol uwch. Er enghraifft, ar 1600 ℃ a phwysedd uchel o 300MPa, mae caledwch torri carbid boron a baratoir gan SPS yn cynyddu i 5.56MPa・m¹/², ac mae'r caledwch deinamig yn gwella'n sylweddol.
II. Torri Technolegol Arloesol: Y Naid Allweddol o Labordy i Ddiwydiannu
1. Optimeiddio Paramedrau a Rheoli Microstrwythur
Synergedd Tymheredd a Phwysau: Mae ymchwil wedi canfod, ar dymheredd isel (1700-2000℃), bod llithro ffin gronynnau yn arwain yn bennaf at ddwysáu, tra ar dymheredd uchel (>2000℃), bod dringo dadleoliad yn drech. Drwy reoli'r gyfradd wresogi a'r pwysau'n fanwl gywir, gellir rheoli maint y gronynnau'n gywir o 4μm i'r raddfa nanometr.
Cymwysiadau Arloesol Cymhorthion Sinteru: Gall ychwanegu ychwanegion fel Al, SiC, a graphene optimeiddio perfformiad ymhellach. Er enghraifft, mae cerameg aml-gam B4C/SiC/Al gyda 1.5% o graphene (GPLs) yn dangos cynnydd o 25.6% mewn caledwch torri a chynnydd o 99% mewn cryfder plygu.
2. Gwneuthuriad un cam o ddeunyddiau wedi'u graddio'n swyddogaethol
Am y tro cyntaf, mae tîm Deunyddiau Napo wedi cyflawni sinteru un cam o ddeunyddiau wedi'u graddio'n swyddogaethol B4C/Al gan ddefnyddio technoleg SPS. Mae'r deunydd hwn yn cyflawni trawsnewidiad graddol o B4C pur (caledwch 32 GPa) i Al pur (caledwch 1 GPa), gan ddatrys problemau gwahaniaethau pwynt toddi mawr a ffurfio hawdd cyfnodau amhuredd mewn prosesau traddodiadol yn llwyddiannus, gan ddarparu syniadau newydd ar gyfer arfwisg gwrth-fwled a deunyddiau cyfansawdd dargludedd thermol uchel.
3. Perfformiad Arloesol mewn Amgylcheddau Eithafol
Yn y diwydiant niwclear, mae amsugnwyr niwtron B4C a baratowyd gan SPS yn cyflawni purdeb o 99.9%, yn arddangos ymwrthedd rhagorol i ymbelydredd, ac mae ganddynt gostau gwaredu gwastraff sydd ond yn un rhan o bump o gostau deunyddiau traddodiadol sy'n seiliedig ar gadmiwm. Yn y diwydiant awyrofod, mae deunyddiau cyfansawdd boron carbide/alwminiwm yn lleihau pwysau platiau amddiffyn blaenllaw injan turbofan 40% ac yn gwella effeithlonrwydd tanwydd 2.3%.
III. Rhagolygon y Diwydiant: Cefnfor Glas Newydd mewn Marchnad Triliwn-Doler
1. Mae cymwysiadau'n ffynnu ar draws pob maes.
Diwydiant Amddiffyn a Milwrol: Mae awyren gludo Osprey milwrol yr Unol Daleithiau yn defnyddio arfwisg cyfansawdd B4C, sy'n lleihau pwysau 40% ac yn darparu amddiffyniad sy'n well na'r arfwisg ddur draddodiadol.
Lled-ddargludyddion ac Electroneg: Gwall gwastadrwydd cam wafer boron carbide < 1μm, gan fodloni gofynion manwl gywirdeb uwch-uchel peiriannau lithograffeg EUV. Mae technoleg sinteru tymheredd isel Zhihe New Materials yn lleihau tymheredd sinteru B4C i 1950 ℃, gan yrru ei gymhwysiad ym maes padiau sgleinio lled-ddargludyddion.
Ynni Newydd a Diogelu'r Amgylchedd: Mae ffroenellau carbid boron yn ymestyn oes offer chwythu tywod pwysedd uchel o 3 mis i 2 flynedd, gan leihau costau cynnal a chadw 80%. Mae eu cymhwysiad mewn ynni niwclear, celloedd solar, a meysydd eraill hefyd yn ehangu'n gyflym.
2. Maint y Farchnad a Difidendau Polisi
Rhagwelir y bydd marchnad fyd-eang carbid boron yn tyfu o $180 miliwn yn 2025 i $320 miliwn yn 2030, sy'n cynrychioli CAGR o 9.5%. Fel cynhyrchydd mwyaf y byd, mae Tsieina yn cipio safle blaenllaw'r diwydiant trwy gefnogaeth polisi a datblygiadau technolegol.
Mae technoleg sinteru plasma gwreichionen (SPCS) yn arwain deunyddiau boron carbide o'r labordy i ddiwydiannu. Mae ei berfformiad uwch o ran caledwch, sefydlogrwydd thermol, ac amsugno niwtronau yn darparu atebion chwyldroadol ar gyfer amddiffyn, ynni ac electroneg. Gyda datblygiadau technolegol a chefnogaeth polisi, bydd boron carbide, y "diemwnt du" hwn, yn ddiamau yn disgleirio mewn hyd yn oed mwy o gymwysiadau, gan ddod yn un o'r deunyddiau allweddol sy'n gyrru cynnydd technolegol dynol.