బోరాన్ కార్బైడ్ ఒక విప్లవాత్మక పురోగతికి కారణమవుతుంది

బోరాన్ కార్బైడ్ యొక్క స్పార్క్ ప్లాస్మా సింటరింగ్: సాంప్రదాయ సింటరింగ్‌లో విప్లవాత్మక "బ్లాక్ టెక్నాలజీ" పురోగతి.
పదార్థ శాస్త్ర రంగంలో,బోరాన్ కార్బైడ్ (B4C)అధిక కాఠిన్యం, తక్కువ సాంద్రత, దుస్తులు నిరోధకత మరియు న్యూట్రాన్ శోషణ సామర్థ్యం కారణంగా "నల్ల వజ్రం" అని పిలువబడే బుల్లెట్ ప్రూఫ్ కవచం, అణు పరిశ్రమ మరియు ఏరోస్పేస్ వంటి ఉన్నత-స్థాయి రంగాలలో విస్తృతంగా ఉపయోగించబడుతుంది. అయితే, సాంప్రదాయ సింటరింగ్ ప్రక్రియలు (పీడన రహిత సింటరింగ్ మరియు హాట్ ప్రెస్సింగ్ సింటరింగ్ వంటివి) అధిక సింటరింగ్ ఉష్ణోగ్రతలు, దీర్ఘ సింటరింగ్ సమయాలు మరియు సులభమైన గ్రెయిన్ కోర్సనింగ్ వంటి సవాళ్లను ఎదుర్కొంటాయి, బోరాన్ కార్బైడ్ పనితీరులో మరిన్ని మెరుగుదలలను పరిమితం చేస్తాయి. ఇటీవలి సంవత్సరాలలో, స్పార్క్ ప్లాస్మా సింటరింగ్ (SPS) సాంకేతికత, దాని తక్కువ ఉష్ణోగ్రత, వేగవంతమైన వేగం మరియు అధిక సామర్థ్యంతో, బోరాన్ కార్బైడ్ కోసం ఒక హాట్ పరిశోధన ప్రాంతంగా మారింది, ఈ సూపర్ హార్డ్ పదార్థం యొక్క అప్లికేషన్ సరిహద్దులను తిరిగి రూపొందించింది.

I. SPS టెక్నాలజీ: సింటరింగ్ కోసం ఒక విప్లవాత్మక కొత్త నమూనా

SPS సాంకేతికత పల్స్డ్ కరెంట్, యాంత్రిక పీడనం మరియు ఉష్ణ క్షేత్రం యొక్క సినర్జిస్టిక్ ప్రభావం ద్వారా బోరాన్ కార్బైడ్ యొక్క వేగవంతమైన సాంద్రతను సాధిస్తుంది. దీని ప్రధాన సూత్రం:

ప్లాస్మా క్రియాశీలత: పల్స్డ్ కరెంట్ ఇంటర్‌పార్టికల్ ఖాళీలలో తక్షణ అధిక-ఉష్ణోగ్రత ప్లాస్మాను ఉత్పత్తి చేస్తుంది, ఉపరితల ఆక్సైడ్‌లను తొలగిస్తుంది మరియు పరమాణు వ్యాప్తిని ప్రోత్సహిస్తుంది.

జూల్ తాపన మరియు ఉష్ణోగ్రత ప్రవణత: విద్యుత్ ప్రవాహం గ్రాఫైట్ అచ్చు ద్వారా జూల్ తాపనను ఉత్పత్తి చేస్తుంది మరియు ఉష్ణోగ్రత వేగంగా పెరుగుతుంది (600℃/నిమిషం వరకు), సాంద్రతను వేగవంతం చేసే మరియు ధాన్యం పెరుగుదలను నిరోధించే ఉష్ణోగ్రత ప్రవణతను ఏర్పరుస్తుంది.

విద్యుత్ క్షేత్ర సహాయక వ్యాప్తి: విద్యుత్ క్షేత్రం సింటరింగ్ యాక్టివేషన్ శక్తిని తగ్గిస్తుంది, బోరాన్ కార్బైడ్ 1700-2100℃ వద్ద అధిక సాంద్రత (>95%) సాధించడానికి వీలు కల్పిస్తుంది, ఇది సాంప్రదాయ ప్రక్రియ కంటే 300-500℃ తక్కువ.

సాంప్రదాయ సింటరింగ్‌తో పోలిస్తే, SPS ద్వారా తయారు చేయబడిన బోరాన్ కార్బైడ్ సూక్ష్మమైన ధాన్యాలు (నానో నుండి మైక్రాన్ స్కేల్) మరియు ఉన్నతమైన యాంత్రిక లక్షణాలను కలిగి ఉంటుంది. ఉదాహరణకు, 1600℃ మరియు 300MPa అధిక పీడనం వద్ద, SPS ద్వారా తయారు చేయబడిన బోరాన్ కార్బైడ్ యొక్క ఫ్రాక్చర్ మొండితనం 5.56MPa・m¹/²కి పెరుగుతుంది మరియు డైనమిక్ మొండితనం గణనీయంగా మెరుగుపడుతుంది.

II. సాంకేతిక పురోగతి: ప్రయోగశాల నుండి పారిశ్రామికీకరణకు కీలకమైన ముందడుగు

1. పారామీటర్ ఆప్టిమైజేషన్ మరియు మైక్రోస్ట్రక్చర్ కంట్రోల్

ఉష్ణోగ్రత మరియు పీడన సినర్జీ: తక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద (1700-2000℃), కణ సరిహద్దు జారడం ప్రధానంగా సాంద్రతకు దారితీస్తుందని పరిశోధన కనుగొంది, అయితే అధిక ఉష్ణోగ్రతల వద్ద (>2000℃), డిస్‌లోకేషన్ క్లైమ్ ప్రబలంగా ఉంటుంది. తాపన రేటు మరియు పీడనాన్ని ఖచ్చితంగా నియంత్రించడం ద్వారా, ధాన్యం పరిమాణాన్ని 4μm నుండి నానోమీటర్ స్కేల్ వరకు ఖచ్చితంగా నియంత్రించవచ్చు.

సింటరింగ్ ఎయిడ్స్ యొక్క వినూత్న అనువర్తనాలు: Al, SiC మరియు గ్రాఫేన్ వంటి సంకలితాలను జోడించడం వలన పనితీరును మరింత ఆప్టిమైజ్ చేయవచ్చు. ఉదాహరణకు, 1.5% గ్రాఫేన్ (GPLలు) కలిగిన B4C/SiC/Al మల్టీఫేస్ సిరామిక్స్ పగులు దృఢత్వంలో 25.6% పెరుగుదల మరియు వంగుట బలంలో 99% పెరుగుదలను చూపుతాయి.

2. క్రియాత్మకంగా గ్రేడెడ్ పదార్థాల ఒక-దశ తయారీ

నాపో మెటీరియల్స్ బృందం మొదటిసారిగా, SPS సాంకేతికతను ఉపయోగించి B4C/Al క్రియాత్మకంగా గ్రేడెడ్ పదార్థాల యొక్క ఒక-దశ సింటరింగ్‌ను సాధించింది. ఈ పదార్థం స్వచ్ఛమైన B4C (కాఠిన్యం 32 GPa) నుండి స్వచ్ఛమైన Al (కాఠిన్యం 1 GPa) కు ప్రవణత పరివర్తనను సాధిస్తుంది, సాంప్రదాయ ప్రక్రియలలో పెద్ద ద్రవీభవన స్థానం తేడాలు మరియు అశుద్ధ దశల సులభంగా ఏర్పడే సమస్యలను విజయవంతంగా పరిష్కరిస్తుంది, బుల్లెట్‌ప్రూఫ్ కవచం మరియు అధిక ఉష్ణ వాహకత మిశ్రమ పదార్థాలకు కొత్త ఆలోచనలను అందిస్తుంది.

3. విపరీత వాతావరణాలలో పనితీరు పురోగతి

అణు పరిశ్రమలో, SPS-తయారు చేయబడిన B4C న్యూట్రాన్ శోషకాలు 99.9% స్వచ్ఛతను సాధిస్తాయి, అద్భుతమైన రేడియేషన్ నిరోధకతను ప్రదర్శిస్తాయి మరియు సాంప్రదాయ కాడ్మియం-ఆధారిత పదార్థాల కంటే ఐదవ వంతు మాత్రమే వ్యర్థాలను పారవేసే ఖర్చులను కలిగి ఉంటాయి. ఏరోస్పేస్ పరిశ్రమలో, బోరాన్ కార్బైడ్/అల్యూమినియం మిశ్రమ పదార్థాలు టర్బోఫాన్ ఇంజిన్ లీడింగ్-ఎడ్జ్ ప్రొటెక్షన్ ప్లేట్ల బరువును 40% తగ్గిస్తాయి మరియు ఇంధన సామర్థ్యాన్ని 2.3% మెరుగుపరుస్తాయి.

III. పరిశ్రమ అవకాశాలు: ట్రిలియన్ డాలర్ల మార్కెట్‌లో కొత్త నీలి సముద్రం

1. అన్ని రంగాలలో అప్లికేషన్లు అభివృద్ధి చెందుతున్నాయి.

రక్షణ మరియు సైనిక పరిశ్రమ: US మిలిటరీ యొక్క ఓస్ప్రే రవాణా విమానం B4C మిశ్రమ కవచాన్ని ఉపయోగిస్తుంది, ఇది బరువును 40% తగ్గిస్తుంది మరియు సాంప్రదాయ ఉక్కు కవచం కంటే మెరుగైన రక్షణను అందిస్తుంది.

సెమీకండక్టర్లు మరియు ఎలక్ట్రానిక్స్: బోరాన్ కార్బైడ్ వేఫర్ స్టేజ్ ఫ్లాట్‌నెస్ ఎర్రర్ < 1μm, EUV లితోగ్రఫీ మెషీన్‌ల యొక్క అల్ట్రా-హై ప్రెసిషన్ అవసరాలను తీరుస్తుంది. Zhihe న్యూ మెటీరియల్స్ యొక్క తక్కువ-ఉష్ణోగ్రత సింటరింగ్ టెక్నాలజీ B4C సింటరింగ్ ఉష్ణోగ్రతను 1950℃కి తగ్గిస్తుంది, సెమీకండక్టర్ పాలిషింగ్ ప్యాడ్ ఫీల్డ్‌లో దాని అప్లికేషన్‌ను నడిపిస్తుంది.

కొత్త శక్తి మరియు పర్యావరణ పరిరక్షణ: బోరాన్ కార్బైడ్ నాజిల్‌లు అధిక పీడన ఇసుక బ్లాస్టింగ్ పరికరాల జీవితకాలాన్ని 3 నెలల నుండి 2 సంవత్సరాలకు పొడిగిస్తాయి, నిర్వహణ ఖర్చులను 80% తగ్గిస్తాయి.అణుశక్తి, సౌర ఘటాలు మరియు ఇతర రంగాలలో వాటి అప్లికేషన్ కూడా వేగంగా విస్తరిస్తోంది.

2. మార్కెట్ పరిమాణం మరియు పాలసీ డివిడెండ్‌లు

ప్రపంచ బోరాన్ కార్బైడ్ మార్కెట్ 2025లో $180 మిలియన్ల నుండి 2030 నాటికి $320 మిలియన్లకు పెరుగుతుందని అంచనా వేయబడింది, ఇది 9.5% CAGRని సూచిస్తుంది. ప్రపంచంలోనే అతిపెద్ద ఉత్పత్తిదారుగా, విధాన మద్దతు మరియు సాంకేతిక పురోగతుల ద్వారా చైనా పరిశ్రమలో అగ్రగామి స్థానాన్ని ఆక్రమించుకుంటోంది.

స్పార్క్ ప్లాస్మా సింటరింగ్ (SPCS) సాంకేతికత బోరాన్ కార్బైడ్ పదార్థాలను ప్రయోగశాల నుండి పారిశ్రామికీకరణకు నడిపిస్తోంది. కాఠిన్యం, ఉష్ణ స్థిరత్వం మరియు న్యూట్రాన్ శోషణలో దాని అత్యుత్తమ పనితీరు రక్షణ, శక్తి మరియు ఎలక్ట్రానిక్స్‌కు విఘాతకరమైన పరిష్కారాలను అందిస్తుంది. సాంకేతిక పురోగతులు మరియు విధాన మద్దతుతో, బోరాన్ కార్బైడ్, ఈ "నల్ల వజ్రం" నిస్సందేహంగా మరిన్ని అనువర్తనాల్లో ప్రకాశిస్తుంది, మానవ సాంకేతిక పురోగతిని నడిపించే కీలకమైన పదార్థాలలో ఒకటిగా మారుతుంది.