ការដុតលោហៈប្លាស្មាដោយផ្កាភ្លើងនៃកាបូអ៊ីដបូរ៉ុន៖ របកគំហើញ “បច្ចេកវិទ្យាខ្មៅ” បដិវត្តន៍ក្នុងការដុតលោហៈបែបប្រពៃណី។
នៅក្នុងវិស័យវិទ្យាសាស្ត្រសម្ភារៈ ស.កាបូនបូរ៉ុន (B4C)ដែលត្រូវបានគេស្គាល់ថាជា "ពេជ្រខ្មៅ" ដោយសារតែភាពរឹងខ្ពស់ ដង់ស៊ីតេទាប ភាពធន់នឹងការពាក់ និងសមត្ថភាពស្រូបយកនឺត្រុង ត្រូវបានគេប្រើប្រាស់យ៉ាងទូលំទូលាយនៅក្នុងវិស័យកម្រិតខ្ពស់ដូចជា គ្រឿងសឹកការពារគ្រាប់កាំភ្លើង ឧស្សាហកម្មនុយក្លេអ៊ែរ និងអាកាសចរណ៍។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ ដំណើរការស៊ីនធឺរីងបែបប្រពៃណី (ដូចជាស៊ីនធឺរីងដោយគ្មានសម្ពាធ និងស៊ីនធឺរីងចុចក្តៅ) ប្រឈមមុខនឹងបញ្ហាប្រឈមដូចជាសីតុណ្ហភាពស៊ីនធឺរីងខ្ពស់ ពេលវេលាស៊ីនធឺរីងយូរ និងការរដុបគ្រាប់ធញ្ញជាតិងាយស្រួល ដែលកំណត់ការកែលម្អបន្ថែមទៀតនៅក្នុងដំណើរការកាបូនបូរ៉ុន។ ក្នុងប៉ុន្មានឆ្នាំថ្មីៗនេះ បច្ចេកវិទ្យាស៊ីនធឺរីងប្លាស្មាផ្កាភ្លើង (SPS) ជាមួយនឹងសីតុណ្ហភាពទាប ល្បឿនលឿន និងប្រសិទ្ធភាពខ្ពស់ បានក្លាយជាវិស័យស្រាវជ្រាវដ៏ក្តៅគគុកសម្រាប់កាបូនបូរ៉ុន ដោយផ្លាស់ប្តូរព្រំដែននៃការអនុវត្តនៃសម្ភារៈរឹងខ្លាំងនេះ។
I. បច្ចេកវិទ្យា SPS៖ គំរូថ្មីបដិវត្តន៍សម្រាប់ការដុត
បច្ចេកវិទ្យា SPS សម្រេចបាននូវដង់ស៊ីតេយ៉ាងឆាប់រហ័សនៃកាបូនបូរ៉ុនតាមរយៈឥទ្ធិពលសហការនៃចរន្តជីពចរ សម្ពាធមេកានិច និងវាលកម្ដៅ។ គោលការណ៍ស្នូលរបស់វាស្ថិតនៅក្នុង៖
ការធ្វើឱ្យប្លាស្មាសកម្ម៖ ចរន្តជីពចរបង្កើតប្លាស្មាសីតុណ្ហភាពខ្ពស់ភ្លាមៗនៅក្នុងចន្លោះអន្តរភាគល្អិត ដោយយកអុកស៊ីដលើផ្ទៃចេញ និងជំរុញការសាយភាយអាតូម។
កំដៅជូល និងការប្រែប្រួលសីតុណ្ហភាព៖ ចរន្តអគ្គិសនីបង្កើតកំដៅជូលតាមរយៈផ្សិតក្រាហ្វីត ហើយសីតុណ្ហភាពកើនឡើងយ៉ាងឆាប់រហ័ស (រហូតដល់ 600℃/នាទី) បង្កើតជាការប្រែប្រួលសីតុណ្ហភាពដែលបង្កើនល្បឿនដង់ស៊ីតេ និងរារាំងការលូតលាស់គ្រាប់ធញ្ញជាតិ។
ការសាយភាយជំនួយដោយដែនអគ្គិសនី៖ ដែនអគ្គិសនីបន្ថយថាមពលធ្វើឱ្យសកម្មនៃការស៊ីនទ័រ ដែលអាចឱ្យកាបូនបូរ៉ុនសម្រេចបានដង់ស៊ីតេខ្ពស់ (>95%) នៅសីតុណ្ហភាព 1700-2100℃ ដែលទាបជាងដំណើរការប្រពៃណី 300-500℃។
បើប្រៀបធៀបជាមួយការដុតបែបប្រពៃណី កាបូនបូរ៉ុនដែលរៀបចំដោយ SPS មានគ្រាប់ល្អិតៗជាង (មាត្រដ្ឋានណាណូទៅមីក្រូន) និងលក្ខណៈសម្បត្តិមេកានិចខ្ពស់ជាង។ ឧទាហរណ៍ នៅសីតុណ្ហភាព 1600°C និងសម្ពាធខ្ពស់ 300MPa ភាពរឹងមាំនៃការបាក់ឆ្អឹងនៃកាបូនបូរ៉ុនដែលរៀបចំដោយ SPS ត្រូវបានកើនឡើងដល់ 5.56MPa・m¹/² ហើយភាពរឹងមាំថាមវន្តត្រូវបានបង្កើនគួរឱ្យកត់សម្គាល់។
II. ភាពជោគជ័យផ្នែកបច្ចេកវិទ្យា៖ ជំហានដ៏សំខាន់ពីមន្ទីរពិសោធន៍ទៅជាឧស្សាហូបនីយកម្ម
១. ការបង្កើនប្រសិទ្ធភាពប៉ារ៉ាម៉ែត្រ និងការគ្រប់គ្រងមីក្រូស្ត្រុកទ័រ
សមាហរណកម្មសីតុណ្ហភាព និងសម្ពាធ៖ ការស្រាវជ្រាវបានរកឃើញថា នៅសីតុណ្ហភាពទាប (១៧០០-២០០០អង្សាសេ) ការរអិលព្រំដែនភាគល្អិតជាចម្បងនាំឱ្យមានដង់ស៊ីតេ ខណៈពេលដែលនៅសីតុណ្ហភាពខ្ពស់ (>២០០០អង្សាសេ) ការកើនឡើងនៃការផ្លាស់ទីលំនៅគឺលេចធ្លោ។ ដោយការគ្រប់គ្រងអត្រាកំដៅ និងសម្ពាធយ៉ាងច្បាស់លាស់ ទំហំគ្រាប់អាចត្រូវបានគ្រប់គ្រងបានយ៉ាងត្រឹមត្រូវចាប់ពី ៤មីក្រូម៉ែត្រ ដល់មាត្រដ្ឋានណាណូម៉ែត្រ។
ការអនុវត្តប្រកបដោយភាពច្នៃប្រឌិតនៃជំនួយស៊ីនធឺរ៖ ការបន្ថែមសារធាតុបន្ថែមដូចជា Al, SiC និង graphene អាចបង្កើនប្រសិទ្ធភាពបន្ថែមទៀត។ ឧទាហរណ៍ សេរ៉ាមិចពហុដំណាក់កាល B4C/SiC/Al ដែលមាន graphene 1.5% (GPLs) បង្ហាញពីការកើនឡើង 25.6% នៃភាពរឹងមាំនៃការបាក់ឆ្អឹង និងការកើនឡើង 99% នៃកម្លាំងពត់កោង។
2. ការផលិតសម្ភារៈដែលមានចំណាត់ថ្នាក់មុខងារមួយជំហានម្តងៗ
ក្រុម Napo Materials សម្រេចបានជាលើកដំបូងនូវការដុតស្រទាប់លោហៈធាតុ B4C/Al មួយជំហានម្តងៗ ដោយប្រើបច្ចេកវិទ្យា SPS។ សម្ភារៈនេះសម្រេចបាននូវការផ្លាស់ប្តូរជម្រាលពី B4C សុទ្ធ (ភាពរឹង 32 GPa) ទៅ Al សុទ្ធ (ភាពរឹង 1 GPa) ដោយដោះស្រាយបញ្ហានៃភាពខុសគ្នានៃចំណុចរលាយធំៗ និងការបង្កើតដំណាក់កាលមិនបរិសុទ្ធយ៉ាងងាយស្រួលនៅក្នុងដំណើរការប្រពៃណី ដោយផ្តល់នូវគំនិតថ្មីៗសម្រាប់គ្រឿងសឹកការពារគ្រាប់កាំភ្លើង និងសម្ភារៈសមាសធាតុដែលមានចរន្តកំដៅខ្ពស់។
៣. របកគំហើញនៃការអនុវត្តក្នុងបរិស្ថានធ្ងន់ធ្ងរ
នៅក្នុងឧស្សាហកម្មនុយក្លេអ៊ែរ ឧបករណ៍ស្រូបយកនឺត្រុង B4C ដែលរៀបចំដោយ SPS សម្រេចបាននូវភាពបរិសុទ្ធ 99.9% បង្ហាញពីភាពធន់នឹងវិទ្យុសកម្មដ៏ល្អឥតខ្ចោះ និងមានតម្លៃបោះចោលកាកសំណល់ដែលមានត្រឹមតែមួយភាគប្រាំនៃតម្លៃនៃវត្ថុធាតុដើមដែលមានមូលដ្ឋានលើកាដមីញ៉ូមប្រពៃណី។ នៅក្នុងឧស្សាហកម្មអាកាសចរណ៍ សម្ភារៈសមាសធាតុបូរ៉ុនកាប៊ីត/អាលុយមីញ៉ូមកាត់បន្ថយទម្ងន់នៃបន្ទះការពារឈានមុខគេរបស់ម៉ាស៊ីនទួរប៊ីនចំនួន 40% និងបង្កើនប្រសិទ្ធភាពប្រេងឥន្ធនៈចំនួន 2.3%។
III. ទស្សនវិស័យឧស្សាហកម្ម៖ មហាសមុទ្រពណ៌ខៀវថ្មីនៅក្នុងទីផ្សារមួយពាន់ពាន់លានដុល្លារ
១. កម្មវិធីកំពុងរីកចម្រើនពាសពេញគ្រប់វិស័យ។
ឧស្សាហកម្មការពារជាតិ និងយោធា៖ យន្តហោះដឹកជញ្ជូន Osprey របស់យោធាអាមេរិកប្រើប្រាស់គ្រឿងសឹកសមាសធាតុ B4C ដែលកាត់បន្ថយទម្ងន់ ៤០% និងផ្តល់ការការពារល្អជាងគ្រឿងសឹកដែកថែបប្រពៃណី។
ឧបករណ៍អេឡិចត្រូនិក និងគ្រឿងអេឡិចត្រូនិក៖ កំហុសនៃភាពសំប៉ែតដំណាក់កាលបន្ទះវ៉ាហ្វឺរបូរ៉ន < 1μm ដែលបំពេញតាមតម្រូវការភាពជាក់លាក់ខ្ពស់បំផុតនៃម៉ាស៊ីនលីតូក្រាហ្វី EUV។ បច្ចេកវិទ្យាស៊ីនធឺរសីតុណ្ហភាពទាបរបស់ Zhihe New Materials កាត់បន្ថយសីតុណ្ហភាពស៊ីនធឺរ B4C មកត្រឹម 1950℃ ដែលជំរុញការអនុវត្តរបស់វានៅក្នុងវិស័យបន្ទះប៉ូលាឧបករណ៍អេឡិចត្រូនិក។
ថាមពលថ្មី និងការការពារបរិស្ថាន៖ ក្បាលបាញ់កាបូនបូរ៉ុនពន្យារអាយុកាលរបស់ឧបករណ៍បាញ់ខ្សាច់សម្ពាធខ្ពស់ពី 3 ខែទៅ 2 ឆ្នាំ ដោយកាត់បន្ថយថ្លៃថែទាំ 80%។ ការអនុវត្តរបស់ពួកវាក្នុងថាមពលនុយក្លេអ៊ែរ កោសិកាពន្លឺព្រះអាទិត្យ និងវិស័យផ្សេងទៀតក៏កំពុងពង្រីកយ៉ាងឆាប់រហ័សផងដែរ។
២. ទំហំទីផ្សារ និងភាគលាភគោលនយោបាយ
ទីផ្សារកាបូនបូរ៉ុនសកលត្រូវបានព្យាករថានឹងកើនឡើងពី 180 លានដុល្លារក្នុងឆ្នាំ 2025 ដល់ 320 លានដុល្លារក្នុងឆ្នាំ 2030 ដែលតំណាងឱ្យអត្រាកំណើនប្រចាំឆ្នាំ (CAGR) 9.5%។ ក្នុងនាមជាប្រទេសផលិតធំបំផុតរបស់ពិភពលោក ប្រទេសចិនកំពុងដណ្តើមយកតំណែងឈានមុខគេក្នុងឧស្សាហកម្មនេះតាមរយៈការគាំទ្រគោលនយោបាយ និងការឈានមុខគេខាងបច្ចេកវិទ្យា។
បច្ចេកវិទ្យា Spark plasma sintering (SPCS) កំពុងនាំមុខគេលើសម្ភារៈ boron carbide ពីមន្ទីរពិសោធន៍រហូតដល់ឧស្សាហូបនីយកម្ម។ ប្រសិទ្ធភាពខ្ពស់របស់វាទាក់ទងនឹងភាពរឹង ស្ថេរភាពកម្ដៅ និងការស្រូបយកនឺត្រុង ផ្តល់នូវដំណោះស្រាយដ៏ច្នៃប្រឌិតសម្រាប់វិស័យការពារជាតិ ថាមពល និងអេឡិចត្រូនិច។ ជាមួយនឹងការរីកចម្រើនផ្នែកបច្ចេកវិទ្យា និងការគាំទ្រគោលនយោបាយ boron carbide ដែលជា "ពេជ្រខ្មៅ" នេះ ច្បាស់ជានឹងលេចធ្លោក្នុងការប្រើប្រាស់កាន់តែច្រើន ដោយក្លាយជាវត្ថុធាតុដើមសំខាន់មួយដែលជំរុញវឌ្ឍនភាពបច្ចេកវិទ្យារបស់មនុស្ស។