போரான் கார்பைடு ஒரு புரட்சிகரமான திருப்புமுனையை ஏற்படுத்தியது.

போரான் கார்பைடின் ஸ்பார்க் பிளாஸ்மா சின்டரிங்: பாரம்பரிய சின்டரிங் முறையில் ஒரு புரட்சிகரமான “கருப்பு தொழில்நுட்ப” திருப்புமுனை.
பொருள் அறிவியல் துறையில்,போரான் கார்பைடு (B4C)அதன் உயர் கடினத்தன்மை, குறைந்த அடர்த்தி, தேய்மான எதிர்ப்பு மற்றும் நியூட்ரான் உறிஞ்சும் திறன் ஆகியவற்றின் காரணமாக "கருப்பு வைரம்" என்று அழைக்கப்படும் போரான் கார்பைடு, குண்டு துளைக்காத கவசம், அணுசக்தித் தொழில் மற்றும் விண்வெளி போன்ற உயர்தரத் துறைகளில் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது. இருப்பினும், பாரம்பரிய சின்டரிங் செயல்முறைகள் (அழுத்தமில்லா சின்டரிங் மற்றும் வெப்ப அழுத்த சின்டரிங் போன்றவை) உயர் சின்டரிங் வெப்பநிலை, நீண்ட சின்டரிங் நேரம் மற்றும் எளிதில் துகள்கள் பருப்படைதல் போன்ற சவால்களை எதிர்கொள்கின்றன, இது போரான் கார்பைடின் செயல்திறனில் மேலும் மேம்பாடுகளைக் கட்டுப்படுத்துகிறது. சமீபத்திய ஆண்டுகளில், ஸ்பார்க் பிளாஸ்மா சின்டரிங் (SPS) தொழில்நுட்பம், அதன் குறைந்த வெப்பநிலை, அதிவேகம் மற்றும் உயர் செயல்திறன் காரணமாக, போரான் கார்பைடுக்கான ஒரு முக்கிய ஆராய்ச்சித் துறையாக உருவெடுத்து, இந்த மீக்கடினப் பொருளின் பயன்பாட்டு எல்லைகளை மறுவடிவமைத்து வருகிறது.

I. SPS தொழில்நுட்பம்: சின்டரிங்கிற்கான ஒரு புரட்சிகரமான புதிய முன்மாதிரி

SPS தொழில்நுட்பமானது, துடிப்பு மின்னோட்டம், இயந்திர அழுத்தம் மற்றும் வெப்பப் புலம் ஆகியவற்றின் ஒருங்கிணைந்த விளைவின் மூலம் போரான் கார்பைடை விரைவாக அடர்த்தியாக்குகிறது. இதன் அடிப்படைக் கொள்கை பின்வருமாறு:

பிளாஸ்மா செயலாக்கம்: துடிப்புள்ள மின்னோட்டமானது துகள்களுக்கு இடையேயான இடைவெளிகளில் உடனடியான உயர்-வெப்பநிலை பிளாஸ்மாவை உருவாக்கி, மேற்பரப்பு ஆக்சைடுகளை அகற்றி, அணுக்களின் பரவலை ஊக்குவிக்கிறது.

ஜூல் வெப்பமாக்கல் மற்றும் வெப்பநிலைச் சரிவு: கிராஃபைட் அச்சின் வழியே பாயும் மின்சாரம் ஜூல் வெப்பமாக்கலை உருவாக்குகிறது, மேலும் வெப்பநிலை வேகமாக (நிமிடத்திற்கு 600℃ வரை) உயர்ந்து, ஒரு வெப்பநிலைச் சரிவை ஏற்படுத்துகிறது. இந்தச் சரிவு, அடர்த்தியாக்கத்தை விரைவுபடுத்துவதோடு, துகள் வளர்ச்சியையும் தடுக்கிறது.

மின்புல உதவியுடனான பரவல்: மின்புலம், உருகுதல் செயலூக்க ஆற்றலைக் குறைக்கிறது. இதன்மூலம், பாரம்பரிய செயல்முறையை விட 300-500℃ குறைவான வெப்பநிலையான 1700-2100℃-ல், போரான் கார்பைடு அதிக அடர்த்தியை (>95%) அடைய முடிகிறது.

பாரம்பரிய சின்டரிங்குடன் ஒப்பிடுகையில், SPS முறையில் தயாரிக்கப்பட்ட போரான் கார்பைடு, மிக நுண்ணிய துகள்களையும் (நானோ முதல் மைக்ரான் அளவு வரை) மற்றும் மேம்பட்ட இயந்திரவியல் பண்புகளையும் கொண்டுள்ளது. உதாரணமாக, 1600℃ வெப்பநிலை மற்றும் 300MPa உயர் அழுத்தத்தில், SPS முறையில் தயாரிக்கப்பட்ட போரான் கார்பைடின் முறிவுத் திண்மை 5.56MPa・m¹/² ஆக அதிகரிக்கப்படுகிறது, மேலும் அதன் இயக்கத் திண்மை குறிப்பிடத்தக்க அளவில் மேம்படுத்தப்படுகிறது.

II. தொழில்நுட்ப முன்னேற்றம்: ஆய்வகத்திலிருந்து தொழில்மயமாக்கலுக்கான முக்கியப் பாய்ச்சல்

1. அளவுரு உகப்பாக்கம் மற்றும் நுண்ணமைப்பு கட்டுப்பாடு

வெப்பநிலை மற்றும் அழுத்தத்தின் ஒருங்கிணைந்த செயல்பாடு: குறைந்த வெப்பநிலைகளில் (1700-2000℃), துகள் எல்லை நழுவுதல் முதன்மையாக அடர்த்தியாகுதலுக்கு வழிவகுக்கிறது என்றும், அதே சமயம் அதிக வெப்பநிலைகளில் (>2000℃), இடப்பெயர்ச்சி ஏறுதல் மேலோங்கி இருக்கிறது என்றும் ஆய்வுகள் கண்டறிந்துள்ளன. வெப்பமூட்டும் வீதம் மற்றும் அழுத்தத்தைத் துல்லியமாகக் கட்டுப்படுத்துவதன் மூலம், தானிய அளவை 4μm முதல் நானோமீட்டர் அளவு வரை துல்லியமாகக் கட்டுப்படுத்த முடியும்.

சின்டரிங் துணைப் பொருட்களின் புதுமையான பயன்பாடுகள்: Al, SiC, மற்றும் கிராஃபீன் போன்ற சேர்க்கைப் பொருட்களைச் சேர்ப்பது செயல்திறனை மேலும் மேம்படுத்தும். உதாரணமாக, 1.5% கிராஃபீன் (GPLs) கொண்ட B4C/SiC/Al பல்படிநிலை பீங்கான்கள், முறிவுத் திண்மையில் 25.6% அதிகரிப்பையும், வளைவு வலிமையில் 99% அதிகரிப்பையும் காட்டுகின்றன.

2. செயல்பாட்டுத் தரப்படுத்தப்பட்ட பொருட்களை ஒரே படிநிலையில் தயாரித்தல்

நேபோ மெட்டீரியல்ஸ் குழு, SPS தொழில்நுட்பத்தைப் பயன்படுத்தி, B4C/Al செயல்பாட்டுத் தரப்படுத்தப்பட்ட பொருட்களை முதன்முறையாக ஒரே படிநிலையில் உருக்கி இணைத்துள்ளது. இந்தப் பொருளானது, தூய B4C (கடினத்தன்மை 32 GPa) இலிருந்து தூய Al (கடினத்தன்மை 1 GPa) வரை ஒரு படிப்படியான நிலைமாற்றத்தை அடைகிறது. இதன்மூலம், பாரம்பரிய செயல்முறைகளில் உள்ள பெரிய உருகுநிலை வேறுபாடுகள் மற்றும் எளிதில் உருவாகும் மாசுக் கட்டங்கள் போன்ற சிக்கல்களை இது வெற்றிகரமாகத் தீர்த்து, குண்டு துளைக்காத கவசங்கள் மற்றும் அதிக வெப்பக் கடத்துத்திறன் கொண்ட கலவைப் பொருட்களுக்குப் புதிய யோசனைகளை வழங்குகிறது.

3. தீவிர சூழல்களில் செயல்திறன் திருப்புமுனை

அணுசக்தித் துறையில், SPS முறையில் தயாரிக்கப்பட்ட B4C நியூட்ரான் உறிஞ்சிகள் 99.9% தூய்மையை அடைகின்றன, சிறந்த கதிர்வீச்சு எதிர்ப்பைக் காட்டுகின்றன, மேலும் இவற்றின் கழிவு அகற்றும் செலவுகள், பாரம்பரிய காட்மியம் அடிப்படையிலான பொருட்களின் செலவில் ஐந்தில் ஒரு பங்கு மட்டுமே ஆகும். விண்வெளித் துறையில், போரான் கார்பைடு/அலுமினியம் கலவைப் பொருட்கள், டர்போஃபேன் இயந்திரத்தின் முன்னணி விளிம்புப் பாதுகாப்புத் தகடுகளின் எடையை 40% குறைத்து, எரிபொருள் செயல்திறனை 2.3% மேம்படுத்துகின்றன.

III. தொழில்துறை வாய்ப்புகள்: டிரில்லியன் டாலர் சந்தையில் ஒரு புதிய நீலப் பெருங்கடல்

1. அனைத்துத் துறைகளிலும் பயன்பாடுகள் பெருகி வருகின்றன.

பாதுகாப்பு மற்றும் இராணுவத் தொழில்: அமெரிக்க இராணுவத்தின் ஆஸ்ப்ரே போக்குவரத்து விமானம், B4C கலப்புக் கவசத்தைப் பயன்படுத்துகிறது. இது எடையை 40% குறைப்பதோடு, பாரம்பரிய எஃகுக் கவசத்தை விட மேம்பட்ட பாதுகாப்பையும் வழங்குகிறது.

குறைக்கடத்திகள் மற்றும் மின்னணுவியல்: போரான் கார்பைடு வேஃபர் மேடையின் தட்டையான பிழை < 1μm ஆகும், இது EUV லித்தோகிராஃபி இயந்திரங்களின் மிக உயர் துல்லியத் தேவைகளைப் பூர்த்தி செய்கிறது. Zhihe New Materials-இன் குறைந்த வெப்பநிலை சின்டரிங் தொழில்நுட்பம், B4C சின்டரிங் வெப்பநிலையை 1950℃ ஆகக் குறைத்து, குறைக்கடத்தி மெருகூட்டும் திண்டு துறையில் அதன் பயன்பாட்டை ஊக்குவிக்கிறது.

புதிய ஆற்றல் மற்றும் சுற்றுச்சூழல் பாதுகாப்பு: போரான் கார்பைடு முனைகள், உயர் அழுத்த மணல் தெளிப்பு உபகரணங்களின் ஆயுட்காலத்தை 3 மாதங்களிலிருந்து 2 ஆண்டுகளாக நீட்டித்து, பராமரிப்புச் செலவுகளை 80% குறைக்கின்றன. அணுசக்தி, சூரிய மின்கலங்கள் மற்றும் பிற துறைகளிலும் இவற்றின் பயன்பாடு வேகமாக விரிவடைந்து வருகிறது.

2. சந்தை அளவு மற்றும் கொள்கை ஈவுத்தொகைகள்

உலகளாவிய போரான் கார்பைடு சந்தையானது, 2025-ல் 180 மில்லியன் டாலர்களிலிருந்து 2030-ல் 320 மில்லியன் டாலர்களாக வளரும் என கணிக்கப்பட்டுள்ளது. இது 9.5% கூட்டு வருடாந்திர வளர்ச்சி விகிதத்தைக் (CAGR) குறிக்கிறது. உலகின் மிகப்பெரிய உற்பத்தியாளரான சீனா, கொள்கை ஆதரவு மற்றும் தொழில்நுட்ப முன்னேற்றங்கள் மூலம் இத்துறையில் முன்னணி நிலையை கைப்பற்றி வருகிறது.

ஸ்பார்க் பிளாஸ்மா சின்டரிங் (SPCS) தொழில்நுட்பம், போரான் கார்பைடுப் பொருட்களை ஆய்வகத்திலிருந்து தொழில்மயமாக்கலுக்கு வழிநடத்துகிறது. அதன் கடினத்தன்மை, வெப்ப நிலைத்தன்மை மற்றும் நியூட்ரான் உறிஞ்சும் திறன் ஆகியவற்றில் உள்ள உயர்ந்த செயல்திறன், பாதுகாப்பு, ஆற்றல் மற்றும் மின்னணுவியல் துறைகளுக்குப் புரட்சிகரமான தீர்வுகளை வழங்குகிறது. தொழில்நுட்ப முன்னேற்றங்கள் மற்றும் கொள்கை ஆதரவுடன், இந்த "கருப்பு வைரம்" என்று அழைக்கப்படும் போரான் கார்பைடு, சந்தேகத்திற்கு இடமின்றி இன்னும் பல பயன்பாடுகளில் ஜொலித்து, மனித தொழில்நுட்ப முன்னேற்றத்தை உந்தும் முக்கியப் பொருட்களில் ஒன்றாக மாறும்.