बोरोन कार्बाइडको स्पार्क प्लाज्मा सिन्टरिङ: परम्परागत सिन्टरिङमा एक क्रान्तिकारी "कालो प्रविधि" सफलता।
पदार्थ विज्ञानको क्षेत्रमा,बोरोन कार्बाइड (B4C)उच्च कठोरता, कम घनत्व, पहिरन प्रतिरोध, र न्यूट्रोन अवशोषण क्षमताको कारणले "कालो हीरा" भनेर चिनिने, बुलेटप्रुफ आर्मर, आणविक उद्योग र एयरोस्पेस जस्ता उच्च-अन्त क्षेत्रहरूमा व्यापक रूपमा प्रयोग गरिन्छ। यद्यपि, परम्परागत सिन्टरिङ प्रक्रियाहरू (जस्तै दबाबरहित सिन्टरिङ र तातो थिच्ने सिन्टरिङ) ले उच्च सिन्टरिङ तापक्रम, लामो सिन्टरिङ समय, र सजिलो अन्न कोर्सनिङ जस्ता चुनौतीहरूको सामना गर्दछ, जसले बोरोन कार्बाइड प्रदर्शनमा थप सुधारहरूलाई सीमित गर्दछ। हालका वर्षहरूमा, स्पार्क प्लाज्मा सिन्टरिङ (SPS) प्रविधि, यसको कम तापक्रम, द्रुत गति, र उच्च दक्षताको साथ, बोरोन कार्बाइडको लागि तातो अनुसन्धान क्षेत्र बनेको छ, जसले यस सुपरहार्ड सामग्रीको अनुप्रयोग सीमाहरूलाई पुन: आकार दिन्छ।
I. SPS प्रविधि: सिंटरिङको लागि एक क्रान्तिकारी नयाँ प्रतिमान
SPS प्रविधिले स्पन्दित प्रवाह, मेकानिकल दबाब, र थर्मल क्षेत्रको समन्वयात्मक प्रभाव मार्फत बोरोन कार्बाइडको द्रुत घनत्व प्राप्त गर्दछ। यसको मुख्य सिद्धान्त निम्नमा निहित छ:
प्लाज्मा सक्रियता: स्पन्दित धाराले अन्तरकण खाली ठाउँमा तात्कालिक उच्च-तापमान प्लाज्मा उत्पन्न गर्छ, सतह अक्साइडहरू हटाउँछ र आणविक प्रसारलाई बढावा दिन्छ।
जुल ताप र तापक्रम ढाँचा: विद्युतीय प्रवाहले ग्रेफाइट मोल्ड मार्फत जुल ताप उत्पन्न गर्छ, र तापक्रम द्रुत गतिमा बढ्छ (६०० ℃/मिनेट सम्म), जसले गर्दा तापक्रम ढाँचा बन्छ जसले घनत्वलाई गति दिन्छ र अन्नको वृद्धिलाई रोक्छ।
विद्युतीय क्षेत्र असिस्टेड डिफ्युजन: विद्युतीय क्षेत्रले सिन्टरिङ सक्रियता ऊर्जालाई कम गर्छ, जसले गर्दा बोरोन कार्बाइडले १७००-२१०० ℃ मा उच्च घनत्व (>९५%) प्राप्त गर्न सक्छ, जुन परम्परागत प्रक्रियाभन्दा ३००-५०० ℃ कम हो।
परम्परागत सिन्टरिङको तुलनामा, SPS द्वारा तयार पारिएको बोरोन कार्बाइडमा मसिना दानाहरू (न्यानो देखि माइक्रोन स्केल) र उत्कृष्ट यान्त्रिक गुणहरू छन्। उदाहरणका लागि, १६००℃ र ३००MPa उच्च चापमा, SPS द्वारा तयार पारिएको बोरोन कार्बाइडको फ्र्याक्चर कठोरता ५.५६MPa・m¹/² मा बढाइएको छ, र गतिशील कठोरता उल्लेखनीय रूपमा बढाइएको छ।
II. प्राविधिक सफलता: प्रयोगशालाबाट औद्योगिकीकरणसम्मको प्रमुख छलांग
१. प्यारामिटर अप्टिमाइजेसन र माइक्रोस्ट्रक्चर नियन्त्रण
तापक्रम र दबाब तालमेल: अनुसन्धानले पत्ता लगाएको छ कि कम तापक्रम (१७००-२००० ℃) मा, कण सीमा स्लाइडिङले मुख्यतया घनत्व निम्त्याउँछ, जबकि उच्च तापक्रम (>२००० ℃) मा, विस्थापन चढाई प्रमुख हुन्छ। ताप दर र दबाबलाई सटीक रूपमा नियन्त्रण गरेर, अन्नको आकार ४μm देखि न्यानोमिटर स्केलसम्म सही रूपमा नियन्त्रण गर्न सकिन्छ।
सिंटरिङ एड्सको नवीन प्रयोग: Al, SiC, र ग्राफिन जस्ता additives थप्दा कार्यसम्पादनलाई अझ अनुकूलन गर्न सकिन्छ। उदाहरणका लागि, १.५% ग्राफिन (GPLs) भएको B4C/SiC/Al मल्टिफेज सिरेमिकले फ्र्याक्चर कठोरतामा २५.६% वृद्धि र लचिलो शक्तिमा ९९% वृद्धि देखाउँछ।
२. कार्यात्मक रूपमा वर्गीकृत सामग्रीहरूको एक-चरण निर्माण
नेपो मटेरियल्स टोलीले पहिलो पटक SPS प्रविधि प्रयोग गरेर B4C/Al कार्यात्मक रूपमा वर्गीकृत सामग्रीहरूको एक-चरण सिन्टरिङ हासिल गरेको छ। यो सामग्रीले शुद्ध B4C (कठोरता 32 GPa) बाट शुद्ध Al (कठोरता 1 GPa) मा ग्रेडियन्ट संक्रमण प्राप्त गर्दछ, परम्परागत प्रक्रियाहरूमा ठूला पग्लने बिन्दु भिन्नताहरू र अशुद्धता चरणहरूको सजिलो गठनको समस्याहरू सफलतापूर्वक समाधान गर्दछ, बुलेटप्रुफ आर्मर र उच्च थर्मल चालकता कम्पोजिट सामग्रीहरूको लागि नयाँ विचारहरू प्रदान गर्दछ।
३. चरम वातावरणमा प्रदर्शन सफलता
आणविक उद्योगमा, SPS-तयार B4C न्यूट्रोन अवशोषकहरूले ९९.९% को शुद्धता प्राप्त गर्छन्, उत्कृष्ट विकिरण प्रतिरोध प्रदर्शन गर्छन्, र फोहोर व्यवस्थापन लागत परम्परागत क्याडमियम-आधारित सामग्रीहरूको पाँचौं भाग मात्र हो। एयरोस्पेस उद्योगमा, बोरोन कार्बाइड/एल्युमिनियम कम्पोजिट सामग्रीहरूले टर्बोफ्यान इन्जिनको अग्रणी-धार सुरक्षा प्लेटहरूको तौल ४०% ले घटाउँछन् र इन्धन दक्षता २.३% ले सुधार गर्छन्।
III. उद्योग सम्भावनाहरू: ट्रिलियन डलरको बजारमा नयाँ नीलो महासागर
१. सबै क्षेत्रहरूमा अनुप्रयोगहरू फस्टाइरहेका छन्।
रक्षा र सैन्य उद्योग: अमेरिकी सेनाको ओस्प्रे ट्रान्सपोर्ट विमानले B4C कम्पोजिट आर्मर प्रयोग गर्दछ, जसले ४०% ले तौल घटाउँछ र परम्परागत स्टील आर्मर भन्दा उच्च सुरक्षा प्रदान गर्दछ।
अर्धचालक र इलेक्ट्रोनिक्स: बोरोन कार्बाइड वेफर स्टेज फ्ल्याटनेस त्रुटि < 1μm, EUV लिथोग्राफी मेसिनहरूको अति-उच्च परिशुद्धता आवश्यकताहरू पूरा गर्दै। Zhihe नयाँ सामग्रीको कम-तापमान सिंटरिङ प्रविधिले B4C सिंटरिङ तापमानलाई 1950℃ मा घटाउँछ, जसले अर्धचालक पालिसिङ प्याड क्षेत्रमा यसको प्रयोगलाई बढाउँछ।
नयाँ ऊर्जा र वातावरणीय संरक्षण: बोरोन कार्बाइड नोजलहरूले उच्च-दबाव स्यान्डब्लास्टिङ उपकरणहरूको आयु ३ महिनाबाट २ वर्षसम्म बढाउँछन्, जसले गर्दा मर्मत लागत ८०% ले घट्छ। आणविक ऊर्जा, सौर्य कोषहरू र अन्य क्षेत्रहरूमा पनि तिनीहरूको प्रयोग द्रुत गतिमा विस्तार भइरहेको छ।
२. बजारको आकार र नीतिगत लाभांश
विश्वव्यापी बोरोन कार्बाइड बजार २०२५ मा १८० मिलियन डलरबाट बढेर २०३० मा ३२० मिलियन डलर पुग्ने अनुमान गरिएको छ, जुन ९.५% को CAGR हो। विश्वको सबैभन्दा ठूलो उत्पादकको रूपमा, चीनले नीतिगत समर्थन र प्राविधिक सफलताहरू मार्फत उद्योगको अग्रणी स्थान कब्जा गरिरहेको छ।
स्पार्क प्लाज्मा सिन्टरिङ (SPCS) प्रविधिले बोरोन कार्बाइड सामग्रीहरूलाई प्रयोगशालाबाट औद्योगिकीकरणमा डोऱ्याइरहेको छ। कठोरता, थर्मल स्थिरता, र न्यूट्रोन अवशोषणमा यसको उत्कृष्ट प्रदर्शनले रक्षा, ऊर्जा र इलेक्ट्रोनिक्सको लागि विघटनकारी समाधानहरू प्रदान गर्दछ। प्राविधिक प्रगति र नीति समर्थनको साथ, बोरोन कार्बाइड, यो "कालो हीरा", निस्सन्देह अझ बढी अनुप्रयोगहरूमा चम्किनेछ, मानव प्राविधिक प्रगतिलाई ड्राइभ गर्ने प्रमुख सामग्रीहरू मध्ये एक बन्नेछ।