ബോറോൺ കാർബൈഡ് ഒരു വിപ്ലവകരമായ മുന്നേറ്റത്തിന് കാരണമാകുന്നു

ബോറോൺ കാർബൈഡിന്റെ സ്പാർക്ക് പ്ലാസ്മ സിന്ററിംഗ്: പരമ്പരാഗത സിന്ററിംഗിൽ വിപ്ലവകരമായ "കറുത്ത സാങ്കേതികവിദ്യ" വഴിത്തിരിവ്.
മെറ്റീരിയൽ സയൻസ് മേഖലയിൽ,ബോറോൺ കാർബൈഡ് (B4C)ഉയർന്ന കാഠിന്യം, കുറഞ്ഞ സാന്ദ്രത, വസ്ത്രധാരണ പ്രതിരോധം, ന്യൂട്രോൺ ആഗിരണം ശേഷി എന്നിവ കാരണം "കറുത്ത വജ്രം" എന്നറിയപ്പെടുന്ന αγαν

I. എസ്പിഎസ് സാങ്കേതികവിദ്യ: സിന്ററിംഗിനുള്ള ഒരു വിപ്ലവകരമായ പുതിയ മാതൃക

പൾസ്ഡ് കറന്റ്, മെക്കാനിക്കൽ മർദ്ദം, താപ മണ്ഡലം എന്നിവയുടെ സിനർജിസ്റ്റിക് പ്രഭാവം വഴി ബോറോൺ കാർബൈഡിന്റെ ദ്രുത സാന്ദ്രത SPS സാങ്കേതികവിദ്യ കൈവരിക്കുന്നു. അതിന്റെ പ്രധാന തത്വം ഇതാണ്:

പ്ലാസ്മ സജീവമാക്കൽ: പൾസ്ഡ് കറന്റ് ഇന്റർപാർട്ടിക്കിൾ വിടവുകളിൽ തൽക്ഷണം ഉയർന്ന താപനിലയുള്ള പ്ലാസ്മ സൃഷ്ടിക്കുന്നു, ഇത് ഉപരിതല ഓക്സൈഡുകൾ നീക്കം ചെയ്യുകയും ആറ്റോമിക് വ്യാപനം പ്രോത്സാഹിപ്പിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു.

ജൂൾ ചൂടാക്കലും താപനില ഗ്രേഡിയന്റും: വൈദ്യുത പ്രവാഹം ഗ്രാഫൈറ്റ് അച്ചിലൂടെ ജൂൾ ചൂടാക്കൽ സൃഷ്ടിക്കുന്നു, താപനില വേഗത്തിൽ ഉയരുന്നു (600℃/മിനിറ്റ് വരെ), സാന്ദ്രത ത്വരിതപ്പെടുത്തുകയും ധാന്യവളർച്ചയെ തടയുകയും ചെയ്യുന്ന ഒരു താപനില ഗ്രേഡിയന്റ് രൂപപ്പെടുന്നു.

വൈദ്യുത മണ്ഡല സഹായത്തോടെയുള്ള വ്യാപനം: വൈദ്യുത മണ്ഡലം സിന്ററിംഗ് ആക്ടിവേഷൻ ഊർജ്ജം കുറയ്ക്കുന്നു, ഇത് ബോറോൺ കാർബൈഡിനെ 1700-2100℃ ൽ ഉയർന്ന സാന്ദ്രത (>95%) കൈവരിക്കാൻ പ്രാപ്തമാക്കുന്നു, ഇത് പരമ്പരാഗത പ്രക്രിയയേക്കാൾ 300-500℃ കുറവാണ്.

പരമ്പരാഗത സിന്ററിംഗുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ, SPS തയ്യാറാക്കുന്ന ബോറോൺ കാർബൈഡിന് സൂക്ഷ്മമായ ധാന്യങ്ങളും (നാനോ മുതൽ മൈക്രോൺ സ്കെയിൽ വരെ) മികച്ച മെക്കാനിക്കൽ ഗുണങ്ങളുമുണ്ട്. ഉദാഹരണത്തിന്, 1600℃ ഉം 300MPa ഉയർന്ന മർദ്ദത്തിലും, SPS തയ്യാറാക്കുന്ന ബോറോൺ കാർബൈഡിന്റെ ഫ്രാക്ചർ കാഠിന്യം 5.56MPa・m¹/² ആയി വർദ്ധിക്കുകയും ചലനാത്മക കാഠിന്യം ഗണ്യമായി വർദ്ധിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു.

II. സാങ്കേതിക മുന്നേറ്റം: ലബോറട്ടറിയിൽ നിന്ന് വ്യവസായവൽക്കരണത്തിലേക്കുള്ള പ്രധാന കുതിപ്പ്.

1. പാരാമീറ്റർ ഒപ്റ്റിമൈസേഷനും മൈക്രോസ്ട്രക്ചർ നിയന്ത്രണവും

താപനിലയും മർദ്ദവും സമന്വയം: താഴ്ന്ന താപനിലയിൽ (1700-2000℃), കണികാ അതിർത്തി സ്ലൈഡിംഗ് പ്രാഥമികമായി സാന്ദ്രതയിലേക്ക് നയിക്കുമെന്ന് ഗവേഷണങ്ങൾ കണ്ടെത്തി, അതേസമയം ഉയർന്ന താപനിലയിൽ (>2000℃), ഡിസ്ലോക്കേഷൻ ക്ലൈം പ്രബലമാണ്. ചൂടാക്കൽ നിരക്കും മർദ്ദവും കൃത്യമായി നിയന്ത്രിക്കുന്നതിലൂടെ, 4μm മുതൽ നാനോമീറ്റർ സ്കെയിൽ വരെ ഗ്രെയിൻ വലുപ്പം കൃത്യമായി നിയന്ത്രിക്കാൻ കഴിയും.

സിന്ററിംഗ് എയ്‌ഡുകളുടെ നൂതന പ്രയോഗങ്ങൾ: Al, SiC, ഗ്രാഫീൻ തുടങ്ങിയ അഡിറ്റീവുകൾ ചേർക്കുന്നത് പ്രകടനം കൂടുതൽ ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്യും. ഉദാഹരണത്തിന്, 1.5% ഗ്രാഫീൻ (GPLs) ഉള്ള B4C/SiC/Al മൾട്ടിഫേസ് സെറാമിക്സിൽ, ഫ്രാക്ചർ കാഠിന്യം 25.6% വർദ്ധിക്കുകയും വഴക്കമുള്ള ശക്തി 99% വർദ്ധിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു.

2. പ്രവർത്തനപരമായി ഗ്രേഡുചെയ്‌ത വസ്തുക്കളുടെ ഒറ്റ-ഘട്ട നിർമ്മാണം

നാപ്പോ മെറ്റീരിയൽസ് ടീം ആദ്യമായി SPS സാങ്കേതികവിദ്യ ഉപയോഗിച്ച് B4C/Al പ്രവർത്തനപരമായി ഗ്രേഡ് ചെയ്ത വസ്തുക്കളുടെ ഒറ്റ-ഘട്ട സിന്ററിംഗ് നേടിയിട്ടുണ്ട്. ഈ മെറ്റീരിയൽ ശുദ്ധമായ B4C (കാഠിന്യം 32 GPa) യിൽ നിന്ന് ശുദ്ധമായ Al (കാഠിന്യം 1 GPa) ലേക്ക് ഒരു ഗ്രേഡിയന്റ് പരിവർത്തനം കൈവരിക്കുന്നു, പരമ്പരാഗത പ്രക്രിയകളിലെ വലിയ ദ്രവണാങ്ക വ്യത്യാസങ്ങളുടെയും അശുദ്ധി ഘട്ടങ്ങളുടെ എളുപ്പത്തിലുള്ള രൂപീകരണത്തിന്റെയും പ്രശ്നങ്ങൾ വിജയകരമായി പരിഹരിക്കുന്നു, ബുള്ളറ്റ് പ്രൂഫ് കവചത്തിനും ഉയർന്ന താപ ചാലകത സംയോജിത വസ്തുക്കൾക്കും പുതിയ ആശയങ്ങൾ നൽകുന്നു.

3. അങ്ങേയറ്റത്തെ പരിതസ്ഥിതികളിലെ പ്രകടന മുന്നേറ്റം

ആണവ വ്യവസായത്തിൽ, SPS-തയ്യാറാക്കിയ B4C ന്യൂട്രോൺ അബ്സോർബറുകൾ 99.9% പരിശുദ്ധി കൈവരിക്കുന്നു, മികച്ച വികിരണ പ്രതിരോധം പ്രകടിപ്പിക്കുന്നു, കൂടാതെ പരമ്പരാഗത കാഡ്മിയം അധിഷ്ഠിത വസ്തുക്കളേക്കാൾ അഞ്ചിലൊന്ന് മാത്രം വരുന്ന മാലിന്യ നിർമാർജന ചെലവും ഉണ്ട്. എയ്‌റോസ്‌പേസ് വ്യവസായത്തിൽ, ബോറോൺ കാർബൈഡ്/അലുമിനിയം സംയുക്ത വസ്തുക്കൾ ടർബോഫാൻ എഞ്ചിൻ ലീഡിംഗ്-എഡ്ജ് പ്രൊട്ടക്ഷൻ പ്ലേറ്റുകളുടെ ഭാരം 40% കുറയ്ക്കുകയും ഇന്ധനക്ഷമത 2.3% മെച്ചപ്പെടുത്തുകയും ചെയ്യുന്നു.

III. വ്യവസായ സാധ്യതകൾ: ഒരു ട്രില്യൺ ഡോളർ വിപണിയിലെ ഒരു പുതിയ നീല സമുദ്രം.

1. എല്ലാ മേഖലകളിലും ആപ്ലിക്കേഷനുകൾ വളർന്നുവരികയാണ്.

പ്രതിരോധ, സൈനിക വ്യവസായം: യുഎസ് സൈന്യത്തിന്റെ ഓസ്പ്രേ ട്രാൻസ്പോർട്ട് വിമാനം B4C കോമ്പോസിറ്റ് കവചം ഉപയോഗിക്കുന്നു, ഇത് ഭാരം 40% കുറയ്ക്കുകയും പരമ്പരാഗത സ്റ്റീൽ കവചത്തേക്കാൾ മികച്ച സംരക്ഷണം നൽകുകയും ചെയ്യുന്നു.

സെമികണ്ടക്ടറുകളും ഇലക്ട്രോണിക്സും: ബോറോൺ കാർബൈഡ് വേഫർ സ്റ്റേജ് ഫ്ലാറ്റ്നെസ് പിശക് < 1μm, EUV ലിത്തോഗ്രാഫി മെഷീനുകളുടെ അൾട്രാ-ഹൈ പ്രിസിഷൻ ആവശ്യകതകൾ നിറവേറ്റുന്നു. Zhihe ന്യൂ മെറ്റീരിയൽസിന്റെ ലോ-ടെമ്പറേച്ചർ സിന്ററിംഗ് സാങ്കേതികവിദ്യ B4C സിന്ററിംഗ് താപനില 1950℃ ആയി കുറയ്ക്കുന്നു, ഇത് സെമികണ്ടക്ടർ പോളിഷിംഗ് പാഡ് ഫീൽഡിൽ അതിന്റെ പ്രയോഗത്തെ നയിക്കുന്നു.

പുതിയ ഊർജ്ജവും പരിസ്ഥിതി സംരക്ഷണവും: ബോറോൺ കാർബൈഡ് നോസിലുകൾ ഉയർന്ന മർദ്ദത്തിലുള്ള സാൻഡ്ബ്ലാസ്റ്റിംഗ് ഉപകരണങ്ങളുടെ ആയുസ്സ് 3 മാസം മുതൽ 2 വർഷം വരെ വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നു, ഇത് അറ്റകുറ്റപ്പണി ചെലവ് 80% കുറയ്ക്കുന്നു. ആണവോർജ്ജം, സോളാർ സെല്ലുകൾ, മറ്റ് മേഖലകൾ എന്നിവയിലെ അവയുടെ പ്രയോഗവും അതിവേഗം വികസിച്ചുകൊണ്ടിരിക്കുന്നു.

2. മാർക്കറ്റ് വലുപ്പവും പോളിസി ഡിവിഡന്റുകളും

ആഗോള ബോറോൺ കാർബൈഡ് വിപണി 2025-ൽ 180 മില്യൺ ഡോളറിൽ നിന്ന് 2030-ൽ 320 മില്യൺ ഡോളറായി വളരുമെന്ന് പ്രതീക്ഷിക്കുന്നു, ഇത് 9.5% CAGR പ്രതിനിധീകരിക്കുന്നു. ലോകത്തിലെ ഏറ്റവും വലിയ ഉൽപ്പാദക രാജ്യമെന്ന നിലയിൽ, നയ പിന്തുണയിലൂടെയും സാങ്കേതിക മുന്നേറ്റങ്ങളിലൂടെയും ചൈന വ്യവസായത്തിന്റെ മുൻനിര സ്ഥാനം പിടിച്ചെടുക്കുകയാണ്.

ബോറോൺ കാർബൈഡ് വസ്തുക്കളെ ലബോറട്ടറിയിൽ നിന്ന് വ്യവസായവൽക്കരണത്തിലേക്ക് നയിക്കുന്നത് സ്പാർക്ക് പ്ലാസ്മ സിന്ററിംഗ് (SPCS) സാങ്കേതികവിദ്യയാണ്. കാഠിന്യം, താപ സ്ഥിരത, ന്യൂട്രോൺ ആഗിരണം എന്നിവയിലെ അതിന്റെ മികച്ച പ്രകടനം പ്രതിരോധം, ഊർജ്ജം, ഇലക്ട്രോണിക്സ് എന്നിവയ്ക്ക് തടസ്സപ്പെടുത്തുന്ന പരിഹാരങ്ങൾ നൽകുന്നു. സാങ്കേതിക പുരോഗതിയും നയ പിന്തുണയും ഉപയോഗിച്ച്, ഈ "കറുത്ത വജ്രം" ആയ ബോറോൺ കാർബൈഡ് നിസ്സംശയമായും കൂടുതൽ ആപ്ലിക്കേഷനുകളിൽ തിളങ്ങും, മനുഷ്യന്റെ സാങ്കേതിക പുരോഗതിയെ നയിക്കുന്ന പ്രധാന വസ്തുക്കളിൽ ഒന്നായി മാറും.