Синтези плазмавии шарораи карбиди бор: Як пешрафти инқилобии "технологияи сиёҳ" дар синтези анъанавӣ.
Дар соҳаи илми маводшиносӣ,карбиди бор (B4C), ки бо сабаби сахтии баланд, зичии паст, муқовимати фарсудашавӣ ва қобилияти ҷабби нейтронҳояш бо номи "алмоси сиёҳ" маъруф аст, дар соҳаҳои баландсифат, аз қабили зиреҳи тирногузар, саноати ҳастаӣ ва аэрокосмос васеъ истифода мешавад. Бо вуҷуди ин, равандҳои анъанавии синтеризатсия (ба монанди синтеризатсияи бефишор ва синтеризатсияи гарми фишурдашуда) бо мушкилоте ба монанди ҳарорати баланди синтеризатсия, вақти тӯлонии синтеризатсия ва ғафсии осони донаҳо рӯбарӯ мешаванд, ки беҳбудиҳои минбаъдаи кори карбиди борро маҳдуд мекунанд. Дар солҳои охир, технологияи синтеризатсияи плазмаи шарора (SPS), бо ҳарорати паст, суръати баланд ва самаранокии баланди худ, ба як соҳаи тадқиқоти гарми карбиди бор табдил ёфтааст ва марзҳои татбиқи ин маводи хеле сахтро аз нав ташаккул медиҳад.
I. Технологияи SPS: Парадигмаи нави инқилобӣ барои синтезкунӣ
Технологияи SPS тавассути таъсири синергетикии ҷараёни импулсӣ, фишори механикӣ ва майдони гармӣ зичии босуръати карбиди борро таъмин мекунад. Принсипи асосии он дар ин аст:
Фаъолсозии плазма: Ҷараёни импулсӣ плазмаи фаврии баландҳароратро дар фосилаҳои байнизарраҳо ба вуҷуд меорад, ки оксидҳои сатҳро тоза мекунад ва паҳншавии атомиро мусоидат мекунад.
Гармидиҳии Ҷоул ва градиенти ҳарорат: Ҷараёни барқ гармидиҳии Ҷоулро тавассути қолаби графитӣ ба вуҷуд меорад ва ҳарорат босуръат баланд мешавад (то 600℃/дақ), ки градиенти ҳароратро ташкил медиҳад, ки зичшавиро суръат мебахшад ва афзоиши ғалладонаро бозмедорад.
Диффузияи майдони электрикӣ: Майдони электрикӣ энергияи фаъолсозии синтезро коҳиш медиҳад ва ба карбиди бор имкон медиҳад, ки дар ҳарорати 1700-2100℃ зичии баланд (>95%) ба даст орад, ки аз раванди анъанавӣ 300-500℃ пасттар аст.
Дар муқоиса бо пухтани анъанавӣ, карбиди бор, ки аз ҷониби SPS омода карда шудааст, доначаҳои майдатар (аз нано то микрон) ва хосиятҳои механикии аъло дорад. Масалан, дар фишори баланди 1600℃ ва 300MPa, устувории шикастани карбиди бор, ки аз ҷониби SPS омода карда шудааст, то 5.56MPa・m¹/² зиёд карда мешавад ва устувории динамикӣ ба таври назаррас беҳтар мешавад.
II. Пешрафти технологӣ: Ҷаҳиши калидӣ аз озмоишгоҳ ба саноатсозӣ
1. Беҳсозии параметрҳо ва назорати микросохтор
Синергияи ҳарорат ва фишор: Таҳқиқот нишон доданд, ки дар ҳарорати паст (1700-2000℃), лағжиши сарҳади зарраҳо асосан ба зичшавӣ оварда мерасонад, дар ҳоле ки дар ҳарорати баланд (>2000℃), болоравии дислокатсия бартарӣ дорад. Бо назорати дақиқи суръати гармкунӣ ва фишор, андозаи донаҳоро аз 4μm то миқёси нанометр дақиқ идора кардан мумкин аст.
Истифодаи инноватсионии ёрирасони пухтакунӣ: Илова кардани иловаҳо ба монанди Al, SiC ва графен метавонад самаранокиро боз ҳам беҳтар созад. Масалан, сафолҳои бисёрфазаи B4C/SiC/Al бо 1,5% графен (GPLs) 25,6% афзоиши устувории шикастан ва 99% афзоиши мустаҳкамии хамшавӣ нишон медиҳанд.
2. Истеҳсоли якмарҳилаии маводҳои аз ҷиҳати функсионалӣ баҳододашуда
Гурӯҳи Napo Materials бори аввал бо истифода аз технологияи SPS, якмарҳилаи синтези маводҳои функсионалии B4C/Al-ро ба даст овард. Ин мавод гузариши градиентиро аз B4C холис (сахтии 32 GPa) ба Al холис (сахтии 1 GPa) ба даст меорад ва мушкилоти фарқиятҳои калони нуқтаҳои обшавӣ ва ташаккули осони фазаҳои ифлосӣ дар равандҳои анъанавиро бомуваффақият ҳал мекунад ва ғояҳои навро барои зиреҳи тирногузар ва маводҳои композитӣ бо гармигузаронии баланд пешниҳод мекунад.
3. Пешрафти самаранокӣ дар муҳитҳои шадид
Дар саноати ҳастаӣ, ҷаббандаҳои нейтронии B4C, ки бо SPS омода карда шудаанд, ба 99,9% покӣ мерасанд, муқовимати аълои радиатсияро нишон медиҳанд ва хароҷоти партовҳоро доранд, ки танҳо як панҷуми хароҷоти маводҳои анъанавии кадмий мебошанд. Дар саноати кайҳонӣ, маводҳои карбиди бор/композитии алюминий вазни плитаҳои муҳофизатии пешрафтаи муҳаррики турбовентиляторро 40% кам мекунанд ва самаранокии сӯзишвориро 2,3% беҳтар мекунанд.
III. Дурнамои соҳа: Уқёнуси кабуди нав дар бозори триллиондолларӣ
1. Барномаҳо дар ҳама соҳаҳо рушд мекунанд.
Саноати дифоъ ва низомӣ: Ҳавопаймоҳои нақлиётии Osprey-и артиши ИМА аз зиреҳи композитии B4C истифода мебаранд, ки вазнро 40% кам мекунад ва аз зиреҳи анъанавии пӯлодӣ беҳтар муҳофизат мекунад.
Нимноқилҳо ва электроника: Хатои ҳамвории марҳилаи вафли карбидии бор <1μm, ки ба талаботи дақиқии ултра баландтарини мошинҳои литографияи EUV ҷавобгӯ аст. Технологияи синтеризатсияи ҳарорати пасти Zhihe New Materials ҳарорати синтеризатсияи B4C-ро то 1950℃ коҳиш медиҳад, ки истифодаи онро дар соҳаи сайқалдиҳии нимноқилҳо афзоиш медиҳад.
Энергияи нав ва ҳифзи муҳити зист: Соплоҳои карбиди бор мӯҳлати кори таҷҳизоти регпошии фишори баландро аз 3 моҳ то 2 сол дароз мекунанд ва хароҷоти нигоҳдориро 80% кам мекунанд. Истифодаи онҳо дар энергияи ҳастаӣ, батареяҳои офтобӣ ва дигар соҳаҳо низ босуръат густариш меёбад.
2. Андозаи бозор ва дивидендҳои сиёсат
Пешбинӣ мешавад, ки бозори ҷаҳонии карбиди бор аз 180 миллион доллар дар соли 2025 то 320 миллион доллар дар соли 2030 афзоиш ёбад, ки 9,5%-и солонаи солонаи истеҳсолотро ташкил медиҳад. Ҳамчун бузургтарин истеҳсолкунандаи ҷаҳон, Чин мавқеи пешсафи ин соҳаро тавассути дастгирии сиёсӣ ва пешрафтҳои технологӣ ба даст меорад.
Технологияи синтези плазмавии шарора (SPCS) маводҳои карбиди борро аз озмоишгоҳ ба саноатикунонӣ мебарад. Иқтидори баланди он дар сахтӣ, устувории гармӣ ва ҷабби нейтронҳо роҳҳои ҳалли тағйирёбандаро барои мудофиа, энергетика ва электроника фароҳам меорад. Бо пешрафтҳои технологӣ ва дастгирии сиёсӣ, карбиди бор, ин "алмоси сиёҳ", бешубҳа дар соҳаҳои бештар дурахшон хоҳад шуд ва яке аз маводҳои калидии пешрафти технологии инсон мегардад.