ಬೋರಾನ್ ಕಾರ್ಬೈಡ್ ಕ್ರಾಂತಿಕಾರಿ ಪ್ರಗತಿಗೆ ಕಾರಣವಾಯಿತು

ಬೋರಾನ್ ಕಾರ್ಬೈಡ್‌ನ ಸ್ಪಾರ್ಕ್ ಪ್ಲಾಸ್ಮಾ ಸಿಂಟರಿಂಗ್: ಸಾಂಪ್ರದಾಯಿಕ ಸಿಂಟರಿಂಗ್‌ನಲ್ಲಿ ಕ್ರಾಂತಿಕಾರಿ "ಕಪ್ಪು ತಂತ್ರಜ್ಞಾನ" ಪ್ರಗತಿ.
ವಸ್ತು ವಿಜ್ಞಾನ ಕ್ಷೇತ್ರದಲ್ಲಿ,ಬೋರಾನ್ ಕಾರ್ಬೈಡ್ (B4C)ಹೆಚ್ಚಿನ ಗಡಸುತನ, ಕಡಿಮೆ ಸಾಂದ್ರತೆ, ಉಡುಗೆ ಪ್ರತಿರೋಧ ಮತ್ತು ನ್ಯೂಟ್ರಾನ್ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವ ಸಾಮರ್ಥ್ಯದಿಂದಾಗಿ "ಕಪ್ಪು ವಜ್ರ" ಎಂದು ಕರೆಯಲ್ಪಡುವ ಇದನ್ನು ಗುಂಡು ನಿರೋಧಕ ರಕ್ಷಾಕವಚ, ಪರಮಾಣು ಉದ್ಯಮ ಮತ್ತು ಏರೋಸ್ಪೇಸ್‌ನಂತಹ ಉನ್ನತ-ಮಟ್ಟದ ಕ್ಷೇತ್ರಗಳಲ್ಲಿ ವ್ಯಾಪಕವಾಗಿ ಬಳಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಆದಾಗ್ಯೂ, ಸಾಂಪ್ರದಾಯಿಕ ಸಿಂಟರಿಂಗ್ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಗಳು (ಒತ್ತಡವಿಲ್ಲದ ಸಿಂಟರಿಂಗ್ ಮತ್ತು ಬಿಸಿ ಒತ್ತುವ ಸಿಂಟರಿಂಗ್‌ನಂತಹವು) ಹೆಚ್ಚಿನ ಸಿಂಟರಿಂಗ್ ತಾಪಮಾನಗಳು, ದೀರ್ಘ ಸಿಂಟರಿಂಗ್ ಸಮಯಗಳು ಮತ್ತು ಸುಲಭವಾದ ಧಾನ್ಯ ಒರಟಾಗುವಿಕೆಯಂತಹ ಸವಾಲುಗಳನ್ನು ಎದುರಿಸುತ್ತವೆ, ಇದು ಬೋರಾನ್ ಕಾರ್ಬೈಡ್ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯಲ್ಲಿ ಮತ್ತಷ್ಟು ಸುಧಾರಣೆಗಳನ್ನು ಸೀಮಿತಗೊಳಿಸುತ್ತದೆ. ಇತ್ತೀಚಿನ ವರ್ಷಗಳಲ್ಲಿ, ಸ್ಪಾರ್ಕ್ ಪ್ಲಾಸ್ಮಾ ಸಿಂಟರಿಂಗ್ (SPS) ತಂತ್ರಜ್ಞಾನವು ಅದರ ಕಡಿಮೆ ತಾಪಮಾನ, ತ್ವರಿತ ವೇಗ ಮತ್ತು ಹೆಚ್ಚಿನ ದಕ್ಷತೆಯೊಂದಿಗೆ, ಬೋರಾನ್ ಕಾರ್ಬೈಡ್‌ಗೆ ಬಿಸಿ ಸಂಶೋಧನಾ ಕ್ಷೇತ್ರವಾಗಿದೆ, ಈ ಸೂಪರ್‌ಹಾರ್ಡ್ ವಸ್ತುವಿನ ಅನ್ವಯಿಕ ಗಡಿಗಳನ್ನು ಮರುರೂಪಿಸುತ್ತದೆ.

I. SPS ತಂತ್ರಜ್ಞಾನ: ಸಿಂಟರಿಂಗ್‌ಗೆ ಒಂದು ಕ್ರಾಂತಿಕಾರಿ ಹೊಸ ಮಾದರಿ

ಪಲ್ಸ್ ಕರೆಂಟ್, ಯಾಂತ್ರಿಕ ಒತ್ತಡ ಮತ್ತು ಉಷ್ಣ ಕ್ಷೇತ್ರದ ಸಿನರ್ಜಿಸ್ಟಿಕ್ ಪರಿಣಾಮದ ಮೂಲಕ SPS ತಂತ್ರಜ್ಞಾನವು ಬೋರಾನ್ ಕಾರ್ಬೈಡ್‌ನ ತ್ವರಿತ ಸಾಂದ್ರತೆಯನ್ನು ಸಾಧಿಸುತ್ತದೆ. ಇದರ ಮೂಲ ತತ್ವ ಹೀಗಿದೆ:

ಪ್ಲಾಸ್ಮಾ ಸಕ್ರಿಯಗೊಳಿಸುವಿಕೆ: ಪಲ್ಸ್ಡ್ ಕರೆಂಟ್ ಅಂತರ ಕಣಗಳ ಅಂತರದಲ್ಲಿ ತತ್‌ಕ್ಷಣದ ಅಧಿಕ-ತಾಪಮಾನದ ಪ್ಲಾಸ್ಮಾವನ್ನು ಉತ್ಪಾದಿಸುತ್ತದೆ, ಮೇಲ್ಮೈ ಆಕ್ಸೈಡ್‌ಗಳನ್ನು ತೆಗೆದುಹಾಕುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಪರಮಾಣು ಪ್ರಸರಣವನ್ನು ಉತ್ತೇಜಿಸುತ್ತದೆ.

ಜೌಲ್ ತಾಪನ ಮತ್ತು ತಾಪಮಾನ ಗ್ರೇಡಿಯಂಟ್: ವಿದ್ಯುತ್ ಪ್ರವಾಹವು ಗ್ರ್ಯಾಫೈಟ್ ಅಚ್ಚಿನ ಮೂಲಕ ಜೌಲ್ ತಾಪನವನ್ನು ಉತ್ಪಾದಿಸುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ತಾಪಮಾನವು ವೇಗವಾಗಿ ಏರುತ್ತದೆ (600℃/ನಿಮಿಷದವರೆಗೆ), ಸಾಂದ್ರತೆಯನ್ನು ವೇಗಗೊಳಿಸುವ ಮತ್ತು ಧಾನ್ಯದ ಬೆಳವಣಿಗೆಯನ್ನು ಪ್ರತಿಬಂಧಿಸುವ ತಾಪಮಾನ ಗ್ರೇಡಿಯಂಟ್ ಅನ್ನು ರೂಪಿಸುತ್ತದೆ.

ವಿದ್ಯುತ್ ಕ್ಷೇತ್ರ ನೆರವಿನ ಪ್ರಸರಣ: ವಿದ್ಯುತ್ ಕ್ಷೇತ್ರವು ಸಿಂಟರ್ ಮಾಡುವ ಸಕ್ರಿಯಗೊಳಿಸುವ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡುತ್ತದೆ, ಬೋರಾನ್ ಕಾರ್ಬೈಡ್ 1700-2100℃ ನಲ್ಲಿ ಹೆಚ್ಚಿನ ಸಾಂದ್ರತೆಯನ್ನು (>95%) ಸಾಧಿಸಲು ಅನುವು ಮಾಡಿಕೊಡುತ್ತದೆ, ಇದು ಸಾಂಪ್ರದಾಯಿಕ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಗಿಂತ 300-500℃ ಕಡಿಮೆಯಾಗಿದೆ.

ಸಾಂಪ್ರದಾಯಿಕ ಸಿಂಟರಿಂಗ್‌ಗೆ ಹೋಲಿಸಿದರೆ, SPS ನಿಂದ ತಯಾರಿಸಲಾದ ಬೋರಾನ್ ಕಾರ್ಬೈಡ್ ಸೂಕ್ಷ್ಮವಾದ ಧಾನ್ಯಗಳು (ನ್ಯಾನೋದಿಂದ ಮೈಕ್ರಾನ್ ಪ್ರಮಾಣದ) ಮತ್ತು ಉತ್ತಮ ಯಾಂತ್ರಿಕ ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿದೆ. ಉದಾಹರಣೆಗೆ, 1600℃ ಮತ್ತು 300MPa ಅಧಿಕ ಒತ್ತಡದಲ್ಲಿ, SPS ನಿಂದ ತಯಾರಿಸಲಾದ ಬೋರಾನ್ ಕಾರ್ಬೈಡ್‌ನ ಮುರಿತದ ಗಡಸುತನವನ್ನು 5.56MPa・m¹/² ಗೆ ಹೆಚ್ಚಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಕ್ರಿಯಾತ್ಮಕ ಗಡಸುತನವನ್ನು ಗಮನಾರ್ಹವಾಗಿ ಹೆಚ್ಚಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ.

II. ತಾಂತ್ರಿಕ ಪ್ರಗತಿ: ಪ್ರಯೋಗಾಲಯದಿಂದ ಕೈಗಾರಿಕೀಕರಣದತ್ತ ಪ್ರಮುಖ ಜಿಗಿತ.

1. ಪ್ಯಾರಾಮೀಟರ್ ಆಪ್ಟಿಮೈಸೇಶನ್ ಮತ್ತು ಮೈಕ್ರೋಸ್ಟ್ರಕ್ಚರ್ ಕಂಟ್ರೋಲ್

ತಾಪಮಾನ ಮತ್ತು ಒತ್ತಡದ ಸಿನರ್ಜಿ: ಕಡಿಮೆ ತಾಪಮಾನದಲ್ಲಿ (1700-2000℃), ಕಣಗಳ ಗಡಿ ಜಾರುವಿಕೆಯು ಪ್ರಾಥಮಿಕವಾಗಿ ಸಾಂದ್ರತೆಗೆ ಕಾರಣವಾಗುತ್ತದೆ ಎಂದು ಸಂಶೋಧನೆಯು ಕಂಡುಹಿಡಿದಿದೆ, ಆದರೆ ಹೆಚ್ಚಿನ ತಾಪಮಾನದಲ್ಲಿ (>2000℃), ಡಿಸ್ಲೊಕೇಶನ್ ಕ್ಲೈಂಬಿಂಗ್ ಪ್ರಬಲವಾಗಿದೆ. ತಾಪನ ದರ ಮತ್ತು ಒತ್ತಡವನ್ನು ನಿಖರವಾಗಿ ನಿಯಂತ್ರಿಸುವ ಮೂಲಕ, ಧಾನ್ಯದ ಗಾತ್ರವನ್ನು 4μm ನಿಂದ ನ್ಯಾನೊಮೀಟರ್ ಮಾಪಕದವರೆಗೆ ನಿಖರವಾಗಿ ನಿಯಂತ್ರಿಸಬಹುದು.

ಸಿಂಟರಿಂಗ್ ಏಡ್‌ಗಳ ನವೀನ ಅನ್ವಯಿಕೆಗಳು: Al, SiC ಮತ್ತು ಗ್ರ್ಯಾಫೀನ್‌ನಂತಹ ಸೇರ್ಪಡೆಗಳನ್ನು ಸೇರಿಸುವುದರಿಂದ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯನ್ನು ಮತ್ತಷ್ಟು ಉತ್ತಮಗೊಳಿಸಬಹುದು. ಉದಾಹರಣೆಗೆ, 1.5% ಗ್ರ್ಯಾಫೀನ್ (GPLs) ಹೊಂದಿರುವ B4C/SiC/Al ಮಲ್ಟಿಫೇಸ್ ಸೆರಾಮಿಕ್ಸ್ ಮುರಿತದ ಗಡಸುತನದಲ್ಲಿ 25.6% ಹೆಚ್ಚಳ ಮತ್ತು ಬಾಗುವ ಬಲದಲ್ಲಿ 99% ಹೆಚ್ಚಳವನ್ನು ತೋರಿಸುತ್ತದೆ.

2. ಕ್ರಿಯಾತ್ಮಕವಾಗಿ ಶ್ರೇಣೀಕೃತ ವಸ್ತುಗಳ ಒಂದು ಹಂತದ ತಯಾರಿಕೆ

ನೇಪೋ ಮೆಟೀರಿಯಲ್ಸ್ ತಂಡವು ಮೊದಲ ಬಾರಿಗೆ, SPS ತಂತ್ರಜ್ಞಾನವನ್ನು ಬಳಸಿಕೊಂಡು B4C/Al ಕ್ರಿಯಾತ್ಮಕವಾಗಿ ಶ್ರೇಣೀಕರಿಸಿದ ವಸ್ತುಗಳ ಒಂದು-ಹಂತದ ಸಿಂಟರ್ರಿಂಗ್ ಅನ್ನು ಸಾಧಿಸಿದೆ. ಈ ವಸ್ತುವು ಶುದ್ಧ B4C (ಗಡಸುತನ 32 GPa) ನಿಂದ ಶುದ್ಧ Al (ಗಡಸುತನ 1 GPa) ಗೆ ಗ್ರೇಡಿಯಂಟ್ ಪರಿವರ್ತನೆಯನ್ನು ಸಾಧಿಸುತ್ತದೆ, ಸಾಂಪ್ರದಾಯಿಕ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಗಳಲ್ಲಿ ದೊಡ್ಡ ಕರಗುವ ಬಿಂದು ವ್ಯತ್ಯಾಸಗಳು ಮತ್ತು ಅಶುದ್ಧ ಹಂತಗಳ ಸುಲಭ ರಚನೆಯ ಸಮಸ್ಯೆಗಳನ್ನು ಯಶಸ್ವಿಯಾಗಿ ಪರಿಹರಿಸುತ್ತದೆ, ಗುಂಡು ನಿರೋಧಕ ರಕ್ಷಾಕವಚ ಮತ್ತು ಹೆಚ್ಚಿನ ಉಷ್ಣ ವಾಹಕತೆಯ ಸಂಯೋಜಿತ ವಸ್ತುಗಳಿಗೆ ಹೊಸ ಆಲೋಚನೆಗಳನ್ನು ಒದಗಿಸುತ್ತದೆ.

3. ವಿಪರೀತ ಪರಿಸರಗಳಲ್ಲಿ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯ ಪ್ರಗತಿ

ಪರಮಾಣು ಉದ್ಯಮದಲ್ಲಿ, SPS-ತಯಾರಿಸಿದ B4C ನ್ಯೂಟ್ರಾನ್ ಅಬ್ಸಾರ್ಬರ್‌ಗಳು 99.9% ಶುದ್ಧತೆಯನ್ನು ಸಾಧಿಸುತ್ತವೆ, ಅತ್ಯುತ್ತಮ ವಿಕಿರಣ ಪ್ರತಿರೋಧವನ್ನು ಪ್ರದರ್ಶಿಸುತ್ತವೆ ಮತ್ತು ಸಾಂಪ್ರದಾಯಿಕ ಕ್ಯಾಡ್ಮಿಯಮ್-ಆಧಾರಿತ ವಸ್ತುಗಳಿಗಿಂತ ಕೇವಲ ಐದನೇ ಒಂದು ಭಾಗದಷ್ಟು ತ್ಯಾಜ್ಯ ವಿಲೇವಾರಿ ವೆಚ್ಚವನ್ನು ಹೊಂದಿವೆ. ಏರೋಸ್ಪೇಸ್ ಉದ್ಯಮದಲ್ಲಿ, ಬೋರಾನ್ ಕಾರ್ಬೈಡ್/ಅಲ್ಯೂಮಿನಿಯಂ ಸಂಯೋಜಿತ ವಸ್ತುಗಳು ಟರ್ಬೋಫ್ಯಾನ್ ಎಂಜಿನ್ ಲೀಡಿಂಗ್-ಎಡ್ಜ್ ಪ್ರೊಟೆಕ್ಷನ್ ಪ್ಲೇಟ್‌ಗಳ ತೂಕವನ್ನು 40% ರಷ್ಟು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಇಂಧನ ದಕ್ಷತೆಯನ್ನು 2.3% ರಷ್ಟು ಸುಧಾರಿಸುತ್ತದೆ.

III. ಕೈಗಾರಿಕಾ ನಿರೀಕ್ಷೆಗಳು: ಟ್ರಿಲಿಯನ್ ಡಾಲರ್ ಮಾರುಕಟ್ಟೆಯಲ್ಲಿ ಹೊಸ ನೀಲಿ ಸಾಗರ.

1. ಎಲ್ಲಾ ಕ್ಷೇತ್ರಗಳಲ್ಲಿ ಅಪ್ಲಿಕೇಶನ್‌ಗಳು ಪ್ರವರ್ಧಮಾನಕ್ಕೆ ಬರುತ್ತಿವೆ.

ರಕ್ಷಣಾ ಮತ್ತು ಮಿಲಿಟರಿ ಉದ್ಯಮ: ಯುಎಸ್ ಮಿಲಿಟರಿಯ ಆಸ್ಪ್ರೇ ಸಾರಿಗೆ ವಿಮಾನವು B4C ಸಂಯೋಜಿತ ರಕ್ಷಾಕವಚವನ್ನು ಬಳಸುತ್ತದೆ, ಇದು ತೂಕವನ್ನು 40% ರಷ್ಟು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಸಾಂಪ್ರದಾಯಿಕ ಉಕ್ಕಿನ ರಕ್ಷಾಕವಚಕ್ಕಿಂತ ಉತ್ತಮವಾದ ರಕ್ಷಣೆಯನ್ನು ಒದಗಿಸುತ್ತದೆ.

ಸೆಮಿಕಂಡಕ್ಟರ್‌ಗಳು ಮತ್ತು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಕ್ಸ್: ಬೋರಾನ್ ಕಾರ್ಬೈಡ್ ವೇಫರ್ ಹಂತದ ಫ್ಲಾಟ್‌ನೆಸ್ ದೋಷ < 1μm, EUV ಲಿಥೋಗ್ರಫಿ ಯಂತ್ರಗಳ ಅಲ್ಟ್ರಾ-ಹೈ ನಿಖರತೆಯ ಅವಶ್ಯಕತೆಗಳನ್ನು ಪೂರೈಸುತ್ತದೆ. ಝಿಹೆ ನ್ಯೂ ಮೆಟೀರಿಯಲ್ಸ್‌ನ ಕಡಿಮೆ-ತಾಪಮಾನದ ಸಿಂಟರಿಂಗ್ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನವು B4C ಸಿಂಟರಿಂಗ್ ತಾಪಮಾನವನ್ನು 1950℃ ಗೆ ಕಡಿಮೆ ಮಾಡುತ್ತದೆ, ಸೆಮಿಕಂಡಕ್ಟರ್ ಪಾಲಿಶಿಂಗ್ ಪ್ಯಾಡ್ ಕ್ಷೇತ್ರದಲ್ಲಿ ಅದರ ಅನ್ವಯವನ್ನು ಚಾಲನೆ ಮಾಡುತ್ತದೆ.

ಹೊಸ ಶಕ್ತಿ ಮತ್ತು ಪರಿಸರ ಸಂರಕ್ಷಣೆ: ಬೋರಾನ್ ಕಾರ್ಬೈಡ್ ನಳಿಕೆಗಳು ಹೆಚ್ಚಿನ ಒತ್ತಡದ ಮರಳು ಬ್ಲಾಸ್ಟಿಂಗ್ ಉಪಕರಣಗಳ ಜೀವಿತಾವಧಿಯನ್ನು 3 ತಿಂಗಳಿಂದ 2 ವರ್ಷಗಳವರೆಗೆ ವಿಸ್ತರಿಸುತ್ತವೆ, ನಿರ್ವಹಣಾ ವೆಚ್ಚವನ್ನು 80% ರಷ್ಟು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡುತ್ತದೆ. ಪರಮಾಣು ಶಕ್ತಿ, ಸೌರ ಕೋಶಗಳು ಮತ್ತು ಇತರ ಕ್ಷೇತ್ರಗಳಲ್ಲಿ ಅವುಗಳ ಅನ್ವಯವು ವೇಗವಾಗಿ ವಿಸ್ತರಿಸುತ್ತಿದೆ.

2. ಮಾರುಕಟ್ಟೆ ಗಾತ್ರ ಮತ್ತು ನೀತಿ ಲಾಭಾಂಶಗಳು

ಜಾಗತಿಕ ಬೋರಾನ್ ಕಾರ್ಬೈಡ್ ಮಾರುಕಟ್ಟೆಯು 2025 ರಲ್ಲಿ $180 ಮಿಲಿಯನ್‌ನಿಂದ 2030 ರಲ್ಲಿ $320 ಮಿಲಿಯನ್‌ಗೆ ಬೆಳೆಯುವ ನಿರೀಕ್ಷೆಯಿದೆ, ಇದು 9.5% CAGR ಅನ್ನು ಪ್ರತಿನಿಧಿಸುತ್ತದೆ. ವಿಶ್ವದ ಅತಿದೊಡ್ಡ ಉತ್ಪಾದಕರಾಗಿ, ಚೀನಾ ನೀತಿ ಬೆಂಬಲ ಮತ್ತು ತಾಂತ್ರಿಕ ಪ್ರಗತಿಯ ಮೂಲಕ ಉದ್ಯಮದ ಪ್ರಮುಖ ಸ್ಥಾನವನ್ನು ಪಡೆದುಕೊಳ್ಳುತ್ತಿದೆ.

ಸ್ಪಾರ್ಕ್ ಪ್ಲಾಸ್ಮಾ ಸಿಂಟರಿಂಗ್ (SPCS) ತಂತ್ರಜ್ಞಾನವು ಬೋರಾನ್ ಕಾರ್ಬೈಡ್ ವಸ್ತುಗಳನ್ನು ಪ್ರಯೋಗಾಲಯದಿಂದ ಕೈಗಾರಿಕೀಕರಣದವರೆಗೆ ಮುನ್ನಡೆಸುತ್ತಿದೆ. ಗಡಸುತನ, ಉಷ್ಣ ಸ್ಥಿರತೆ ಮತ್ತು ನ್ಯೂಟ್ರಾನ್ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವಿಕೆಯಲ್ಲಿ ಇದರ ಅತ್ಯುತ್ತಮ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯು ರಕ್ಷಣೆ, ಶಕ್ತಿ ಮತ್ತು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಕ್ಸ್‌ಗೆ ಅಡ್ಡಿಪಡಿಸುವ ಪರಿಹಾರಗಳನ್ನು ಒದಗಿಸುತ್ತದೆ. ತಾಂತ್ರಿಕ ಪ್ರಗತಿಗಳು ಮತ್ತು ನೀತಿ ಬೆಂಬಲದೊಂದಿಗೆ, ಈ "ಕಪ್ಪು ವಜ್ರ", ಬೋರಾನ್ ಕಾರ್ಬೈಡ್, ನಿಸ್ಸಂದೇಹವಾಗಿ ಇನ್ನೂ ಹೆಚ್ಚಿನ ಅನ್ವಯಿಕೆಗಳಲ್ಲಿ ಹೊಳೆಯುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಮಾನವ ತಾಂತ್ರಿಕ ಪ್ರಗತಿಗೆ ಚಾಲನೆ ನೀಡುವ ಪ್ರಮುಖ ವಸ್ತುಗಳಲ್ಲಿ ಒಂದಾಗಿದೆ.