Gốm silicon carbide (SiC) có độ tinh khiết cao đã nổi lên như vật liệu lý tưởng cho các thành phần quan trọng trong ngành công nghiệp bán dẫn, hàng không vũ trụ và hóa chất nhờ khả năng dẫn nhiệt, độ ổn định hóa học và độ bền cơ học vượt trội. Với nhu cầu ngày càng tăng đối với các thiết bị gốm hiệu suất cao, ít gây ô nhiễm, việc phát triển các công nghệ chế tạo hiệu quả và có khả năng mở rộng quy mô cho gốm SiC có độ tinh khiết cao đã trở thành trọng tâm nghiên cứu toàn cầu. Bài báo này xem xét một cách có hệ thống các phương pháp chế tạo chính hiện nay cho gốm SiC có độ tinh khiết cao, bao gồm thiêu kết tái kết tinh, thiêu kết không áp suất (PS), ép nóng (HP), thiêu kết plasma tia lửa điện (SPS) và sản xuất bồi đắp (AM), tập trung vào thảo luận về cơ chế thiêu kết, các thông số chính, tính chất vật liệu và những thách thức hiện có của mỗi quy trình.
Ứng dụng gốm SiC trong lĩnh vực quân sự và kỹ thuật
Hiện nay, các linh kiện gốm SiC có độ tinh khiết cao được sử dụng rộng rãi trong thiết bị sản xuất tấm silicon, tham gia vào các quy trình cốt lõi như oxy hóa, quang khắc, khắc axit và cấy ion. Với sự tiến bộ của công nghệ tấm silicon, việc tăng kích thước tấm silicon đã trở thành một xu hướng quan trọng. Kích thước tấm silicon phổ biến hiện nay là 300 mm, đạt được sự cân bằng tốt giữa chi phí và năng lực sản xuất. Tuy nhiên, theo định luật Moore, việc sản xuất hàng loạt tấm silicon 450 mm đang được tiến hành. Các tấm silicon lớn hơn thường yêu cầu độ bền cấu trúc cao hơn để chống cong vênh và biến dạng, từ đó thúc đẩy nhu cầu ngày càng tăng đối với các linh kiện gốm SiC kích thước lớn, độ bền cao và độ tinh khiết cao. Trong những năm gần đây, công nghệ sản xuất bồi đắp (in 3D), như một công nghệ tạo mẫu nhanh không cần khuôn mẫu, đã chứng minh tiềm năng to lớn trong việc chế tạo các bộ phận gốm SiC có cấu trúc phức tạp nhờ khả năng xây dựng từng lớp và thiết kế linh hoạt, thu hút sự chú ý rộng rãi.
Bài báo này sẽ phân tích một cách hệ thống năm phương pháp chế tạo gốm SiC có độ tinh khiết cao tiêu biểu—thiêu kết tinh lại, thiêu kết không áp suất, ép nóng, thiêu kết plasma tia lửa điện và sản xuất bồi đắp—tập trung vào cơ chế thiêu kết, chiến lược tối ưu hóa quy trình, đặc tính hiệu suất vật liệu và triển vọng ứng dụng công nghiệp của chúng.
Yêu cầu về nguyên liệu thô silicon carbide có độ tinh khiết cao
I. Thiêu kết tái kết tinh
Silicon carbide tái kết tinh (RSiC) là vật liệu SiC có độ tinh khiết cao được điều chế mà không cần chất trợ thiêu kết ở nhiệt độ cao từ 2100–2500°C. Kể từ khi Fredriksson lần đầu tiên phát hiện ra hiện tượng tái kết tinh vào cuối thế kỷ 19, RSiC đã thu hút sự chú ý đáng kể nhờ ranh giới hạt sạch và không có pha thủy tinh cũng như tạp chất. Ở nhiệt độ cao, SiC thể hiện áp suất hơi tương đối cao, và cơ chế thiêu kết của nó chủ yếu liên quan đến quá trình bay hơi-ngưng tụ: các hạt mịn bay hơi và lắng đọng lại trên bề mặt của các hạt lớn hơn, thúc đẩy sự phát triển cổ nối và liên kết trực tiếp giữa các hạt, do đó tăng cường độ bền vật liệu.
Năm 1990, Kriegesmann đã chế tạo RSiC với mật độ tương đối là 79,1% bằng phương pháp đúc khuôn lỏng ở 2200°C, mặt cắt ngang cho thấy cấu trúc vi mô gồm các hạt thô và lỗ rỗng. Sau đó, Yi et al. đã sử dụng phương pháp đúc gel để chế tạo phôi thô và nung kết ở 2450°C, thu được gốm RSiC với mật độ khối lượng riêng là 2,53 g/cm³ và độ bền uốn là 55,4 MPa.
Hình ảnh bề mặt gãy của RSiC dưới kính hiển vi điện tử quét (SEM).
So với SiC đặc, RSiC có mật độ thấp hơn (khoảng 2,5 g/cm³) và độ xốp hở khoảng 20%, hạn chế hiệu suất của nó trong các ứng dụng đòi hỏi độ bền cao. Do đó, việc cải thiện mật độ và tính chất cơ học của RSiC đã trở thành trọng tâm nghiên cứu chính. Sung và cộng sự đã đề xuất phương pháp thấm silicon nóng chảy vào hỗn hợp cacbon/β-SiC và tái kết tinh ở 2200°C, thành công trong việc tạo ra cấu trúc mạng lưới gồm các hạt thô α-SiC. RSiC thu được đạt mật độ 2,7 g/cm³ và độ bền uốn 134 MPa, duy trì độ ổn định cơ học tuyệt vời ở nhiệt độ cao.
Để tăng cường hơn nữa mật độ, Guo và cộng sự đã sử dụng công nghệ thẩm thấu polymer và nhiệt phân (PIP) cho nhiều lần xử lý RSiC. Sử dụng dung dịch PCS/xylene và hỗn hợp SiC/PCS/xylene làm chất thẩm thấu, sau 3-6 chu kỳ PIP, mật độ của RSiC đã được cải thiện đáng kể (lên đến 2,90 g/cm³), cùng với độ bền uốn. Ngoài ra, họ đề xuất một chiến lược tuần hoàn kết hợp PIP và tái kết tinh: nhiệt phân ở 1400°C tiếp theo là tái kết tinh ở 2400°C, giúp loại bỏ hiệu quả các tắc nghẽn hạt và giảm độ xốp. Vật liệu RSiC cuối cùng đạt được mật độ 2,99 g/cm³ và độ bền uốn 162,3 MPa, thể hiện hiệu suất toàn diện vượt trội.
Ảnh SEM về sự tiến hóa cấu trúc vi mô của RSiC đã được đánh bóng sau các chu kỳ tẩm polymer và kết tinh lại bằng nhiệt phân (PIP): RSiC ban đầu (A), sau chu kỳ kết tinh lại PIP đầu tiên (B), và sau chu kỳ thứ ba (C)
II. Thiêu kết không áp suất
Gốm silicon carbide (SiC) nung không áp suất thường được chế tạo bằng cách sử dụng bột SiC siêu mịn, độ tinh khiết cao làm nguyên liệu thô, thêm một lượng nhỏ chất trợ nung, và nung trong môi trường khí trơ hoặc chân không ở nhiệt độ 1800–2150°C. Phương pháp này thích hợp để sản xuất các cấu kiện gốm có kích thước lớn và cấu trúc phức tạp. Tuy nhiên, vì SiC chủ yếu liên kết cộng hóa trị, hệ số tự khuếch tán của nó cực kỳ thấp, khiến việc nung kết trở nên khó khăn nếu không có chất trợ nung.
Dựa trên cơ chế thiêu kết, thiêu kết không áp suất có thể được chia thành hai loại: thiêu kết pha lỏng không áp suất (PLS-SiC) và thiêu kết pha rắn không áp suất (PSS-SiC).
1.1 PLS-SiC (Thiêu kết pha lỏng)
Vật liệu PLS-SiC thường được nung kết ở nhiệt độ dưới 2000°C bằng cách thêm khoảng 10% khối lượng chất trợ nung kết eutectic (như Al₂O₃, CaO, MgO, TiO₂ và oxit đất hiếm RE₂O₃) để tạo thành pha lỏng, thúc đẩy sự sắp xếp lại các hạt và truyền khối lượng nhằm đạt được độ đặc chắc. Quá trình này phù hợp với gốm SiC cấp công nghiệp, nhưng chưa có báo cáo nào về việc thu được SiC có độ tinh khiết cao thông qua phương pháp nung kết pha lỏng.
1.2 PSS-SiC (Thiêu kết trạng thái rắn)
PSS-SiC liên quan đến quá trình nung kết ở trạng thái rắn ở nhiệt độ trên 2000°C với khoảng 1% khối lượng chất phụ gia. Quá trình này chủ yếu dựa vào sự khuếch tán nguyên tử và sự sắp xếp lại hạt do nhiệt độ cao thúc đẩy để giảm năng lượng bề mặt và đạt được sự nung kết. Hệ BC (boron-carbon) là một tổ hợp chất phụ gia phổ biến, có thể làm giảm năng lượng ranh giới hạt và loại bỏ SiO₂ khỏi bề mặt SiC. Tuy nhiên, các chất phụ gia BC truyền thống thường đưa vào các tạp chất dư, làm giảm độ tinh khiết của SiC.
Bằng cách kiểm soát hàm lượng chất phụ gia (B 0,4% khối lượng, C 1,8% khối lượng) và nung kết ở 2150°C trong 0,5 giờ, đã thu được gốm SiC có độ tinh khiết cao với độ tinh khiết 99,6% khối lượng và mật độ tương đối 98,4%. Cấu trúc vi mô cho thấy các hạt hình cột (một số có chiều dài vượt quá 450 µm), với các lỗ rỗng nhỏ ở ranh giới hạt và các hạt graphit bên trong hạt. Gốm sứ thể hiện độ bền uốn 443 ± 27 MPa, mô đun đàn hồi 420 ± 1 GPa và hệ số giãn nở nhiệt 3,84 × 10⁻⁶ K⁻¹ trong phạm vi nhiệt độ từ nhiệt độ phòng đến 600°C, chứng tỏ hiệu suất tổng thể tuyệt vời.
Cấu trúc vi mô của PSS-SiC: (A) Ảnh SEM sau khi đánh bóng và khắc bằng NaOH; (BD) Ảnh BSD sau khi đánh bóng và khắc.
III. Thiêu kết ép nóng
Ép nóng (HP) thiêu kết là một kỹ thuật làm đặc vật liệu bằng cách đồng thời áp dụng nhiệt và áp suất đơn trục lên vật liệu dạng bột trong điều kiện nhiệt độ và áp suất cao. Áp suất cao ức chế đáng kể sự hình thành lỗ rỗng và hạn chế sự phát triển của hạt, trong khi nhiệt độ cao thúc đẩy sự kết dính hạt và hình thành cấu trúc đặc chắc, cuối cùng tạo ra gốm SiC có mật độ cao và độ tinh khiết cao. Do tính chất định hướng của quá trình ép, quá trình này có xu hướng gây ra sự không đồng nhất về cấu trúc hạt, ảnh hưởng đến các tính chất cơ học và khả năng chống mài mòn.
Gốm SiC nguyên chất rất khó đạt được mật độ cao nếu không có chất phụ gia, đòi hỏi phải nung kết ở áp suất cực cao. Nadeau và cộng sự đã chế tạo thành công SiC có mật độ hoàn toàn mà không cần chất phụ gia ở 2500°C và 5000 MPa; Sun và cộng sự đã thu được vật liệu khối β-SiC với độ cứng Vickers lên đến 41,5 GPa ở 25 GPa và 1400°C. Sử dụng áp suất 4 GPa, gốm SiC với mật độ tương đối khoảng 98% và 99%, độ cứng 35 GPa và mô đun đàn hồi 450 GPa đã được chế tạo ở 1500°C và 1900°C tương ứng. Nung kết bột SiC kích thước micromet ở 5 GPa và 1500°C tạo ra gốm có độ cứng 31,3 GPa và mật độ tương đối 98,4%.
Mặc dù những kết quả này chứng minh rằng áp suất cực cao có thể đạt được sự nung kết không cần chất phụ gia, nhưng sự phức tạp và chi phí cao của thiết bị cần thiết đã hạn chế ứng dụng công nghiệp. Do đó, trong thực tế, các chất phụ gia vi lượng hoặc quá trình tạo hạt bột thường được sử dụng để tăng cường lực thúc đẩy quá trình thiêu kết.
Bằng cách thêm 4% khối lượng nhựa phenolic làm chất phụ gia và nung ở 2350°C và 50 MPa, thu được gốm SiC với tỷ lệ nung kết đạt 92% và độ tinh khiết 99,998%. Sử dụng lượng chất phụ gia thấp (axit boric và D-fructose) và nung ở 2050°C và 40 MPa, đã chế tạo được SiC có độ tinh khiết cao với mật độ tương đối >99,5% và hàm lượng B dư chỉ 556 ppm. Hình ảnh SEM cho thấy, so với các mẫu nung không áp suất, các mẫu ép nóng có kích thước hạt nhỏ hơn, ít lỗ rỗng hơn và mật độ cao hơn. Độ bền uốn đạt 453,7 ± 44,9 MPa và mô đun đàn hồi đạt 444,3 ± 1,1 GPa.
Bằng cách kéo dài thời gian giữ ở 1900°C, kích thước hạt tăng từ 1,5 μm lên 1,8 μm, và độ dẫn nhiệt được cải thiện từ 155 lên 167 W·m⁻¹·K⁻¹, đồng thời tăng cường khả năng chống ăn mòn plasma.
Trong điều kiện 1850°C và 30 MPa, ép nóng và ép nóng nhanh bột SiC dạng hạt và đã ủ tạo ra gốm β-SiC đặc chắc hoàn toàn mà không cần bất kỳ chất phụ gia nào, với mật độ 3,2 g/cm³ và nhiệt độ thiêu kết thấp hơn 150–200°C so với các quy trình truyền thống. Gốm này thể hiện độ cứng 2729 GPa, độ bền nứt 5,25–5,30 MPa·m^1/2 và khả năng chống rão tuyệt vời (tốc độ rão 9,9 × 10⁻¹⁰ s⁻¹ và 3,8 × 10⁻⁹ s⁻¹ ở 1400°C/1450°C và 100 MPa).
(A) Ảnh SEM của bề mặt được đánh bóng; (B) Ảnh SEM của bề mặt gãy; (C, D) Ảnh BSD của bề mặt được đánh bóng
Trong nghiên cứu in 3D gốm áp điện, hỗn hợp gốm, với vai trò là yếu tố cốt lõi ảnh hưởng đến quá trình tạo hình và hiệu năng, đã trở thành trọng tâm nghiên cứu trong và ngoài nước. Các nghiên cứu hiện nay thường chỉ ra rằng các thông số như kích thước hạt bột, độ nhớt của hỗn hợp và hàm lượng chất rắn ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng tạo hình và tính chất áp điện của sản phẩm cuối cùng.
Nghiên cứu đã chỉ ra rằng hỗn hợp gốm được điều chế bằng bột titanat bari có kích thước micron, submicron và nano thể hiện sự khác biệt đáng kể trong các quy trình in lập thể (ví dụ: LCD-SLA). Khi kích thước hạt giảm, độ nhớt của hỗn hợp tăng lên đáng kể, với bột nano tạo ra hỗn hợp có độ nhớt lên đến hàng tỷ mPa·s. Hỗn hợp với bột kích thước micron dễ bị tách lớp và bong tróc trong quá trình in, trong khi bột submicron và nano thể hiện khả năng tạo hình ổn định hơn. Sau khi nung ở nhiệt độ cao, các mẫu gốm thu được đạt được mật độ 5,44 g/cm³, hệ số áp điện (d₃₃) khoảng 200 pC/N và hệ số tổn hao thấp, thể hiện các đặc tính phản ứng điện cơ tuyệt vời.
Ngoài ra, trong các quy trình tạo hình lập thể vi mô, việc điều chỉnh hàm lượng chất rắn của hỗn hợp dạng PZT (ví dụ: 75% trọng lượng) tạo ra các vật thể thiêu kết có mật độ 7,35 g/cm³, đạt hằng số áp điện lên đến 600 pC/N dưới tác dụng của điện trường phân cực. Nghiên cứu về bù biến dạng ở quy mô vi mô đã cải thiện đáng kể độ chính xác tạo hình, nâng cao độ chính xác hình học lên đến 80%.
Một nghiên cứu khác về gốm áp điện PMN-PT cho thấy hàm lượng chất rắn ảnh hưởng rất lớn đến cấu trúc gốm và tính chất điện. Ở hàm lượng chất rắn 80% trọng lượng, các sản phẩm phụ dễ dàng xuất hiện trong gốm; khi hàm lượng chất rắn tăng lên 82% trọng lượng trở lên, các sản phẩm phụ dần biến mất, và cấu trúc gốm trở nên tinh khiết hơn, với hiệu suất được cải thiện đáng kể. Ở 82% trọng lượng, gốm thể hiện các tính chất điện tối ưu: hằng số áp điện là 730 pC/N, hằng số điện môi tương đối là 7226 và tổn hao điện môi chỉ là 0,07.
Tóm lại, kích thước hạt, hàm lượng chất rắn và tính chất lưu biến của hỗn hợp gốm không chỉ ảnh hưởng đến độ ổn định và độ chính xác của quá trình in mà còn trực tiếp quyết định mật độ và phản ứng áp điện của vật liệu nung kết, do đó chúng là các thông số quan trọng để đạt được gốm áp điện in 3D hiệu suất cao.
Quy trình chính của việc in 3D mẫu BT/UV bằng công nghệ LCD-SLA.
Tính chất của gốm PMN-PT với hàm lượng chất rắn khác nhau
IV. Thiêu kết plasma tia lửa điện
Thiêu kết plasma tia lửa điện (SPS) là một công nghệ thiêu kết tiên tiến sử dụng dòng điện xung và áp suất cơ học tác động đồng thời lên bột để đạt được sự nén chặt nhanh chóng. Trong quá trình này, dòng điện trực tiếp làm nóng khuôn và bột, tạo ra nhiệt Joule và plasma, cho phép thiêu kết hiệu quả trong thời gian ngắn (thường trong vòng 10 phút). Việc gia nhiệt nhanh thúc đẩy sự khuếch tán bề mặt, trong khi sự phóng điện tia lửa giúp loại bỏ khí hấp phụ và lớp oxit khỏi bề mặt bột, cải thiện hiệu suất thiêu kết. Hiệu ứng điện di do trường điện từ gây ra cũng tăng cường sự khuếch tán nguyên tử.
So với phương pháp ép nóng truyền thống, SPS sử dụng phương pháp gia nhiệt trực tiếp hơn, cho phép nung kết ở nhiệt độ thấp hơn đồng thời ức chế hiệu quả sự phát triển hạt để thu được cấu trúc vi mô mịn và đồng nhất. Ví dụ:
- Không sử dụng chất phụ gia, với nguyên liệu thô là bột SiC nghiền mịn, quá trình thiêu kết ở 2100°C và 70 MPa trong 30 phút đã tạo ra các mẫu có mật độ tương đối 98%.
- Quá trình thiêu kết ở 1700°C và 40 MPa trong 10 phút tạo ra SiC dạng lập phương với mật độ 98% và kích thước hạt chỉ từ 30–50 nm.
- Sử dụng bột SiC dạng hạt 80 µm và nung kết ở 1860°C và 50 MPa trong 5 phút đã tạo ra gốm SiC hiệu suất cao với mật độ tương đối 98,5%, độ cứng vi Vickers 28,5 GPa, độ bền uốn 395 MPa và độ dai chống gãy 4,5 MPa·m^1/2.
Phân tích cấu trúc vi mô cho thấy khi nhiệt độ thiêu kết tăng từ 1600°C lên 1860°C, độ xốp của vật liệu giảm đáng kể, tiến gần đến mật độ tối đa ở nhiệt độ cao.
Cấu trúc vi mô của gốm SiC được nung ở các nhiệt độ khác nhau: (A) 1600°C, (B) 1700°C, (C) 1790°C và (D) 1860°C
V. Sản xuất bồi đắp
Công nghệ sản xuất bồi đắp (AM) gần đây đã chứng minh tiềm năng to lớn trong việc chế tạo các cấu kiện gốm phức tạp nhờ quy trình xây dựng từng lớp. Đối với gốm SiC, nhiều công nghệ AM đã được phát triển, bao gồm in phun chất kết dính (BJ), in 3D, thiêu kết laser chọn lọc (SLS), in mực trực tiếp (DIW) và quang khắc lập thể (SL, DLP). Tuy nhiên, 3DP và DIW có độ chính xác thấp hơn, trong khi SLS có xu hướng gây ra ứng suất nhiệt và nứt vỡ. Ngược lại, BJ và SL mang lại nhiều ưu điểm hơn trong việc sản xuất gốm phức tạp có độ tinh khiết cao và độ chính xác cao.
- Phun chất kết dính (BJ)
Công nghệ BJ bao gồm phun chất kết dính từng lớp để liên kết bột, tiếp theo là quá trình loại bỏ chất kết dính và thiêu kết để thu được sản phẩm gốm cuối cùng. Kết hợp công nghệ BJ với phương pháp thẩm thấu hơi hóa học (CVI), gốm SiC có độ tinh khiết cao và kết tinh hoàn toàn đã được chế tạo thành công. Quy trình bao gồm:
① Tạo phôi gốm SiC bằng phương pháp BJ.
② Làm đặc bằng phương pháp CVI ở 1000°C và 200 Torr.
③ Gốm SiC cuối cùng có mật độ 2,95 g/cm³, độ dẫn nhiệt 37 W/m·K và độ bền uốn 297 MPa.
Sơ đồ nguyên lý in phun keo (BJ). (A) Mô hình thiết kế hỗ trợ máy tính (CAD), (B) sơ đồ nguyên lý BJ, (C) in SiC bằng phương pháp BJ, (D) làm đặc SiC bằng phương pháp thẩm thấu hơi hóa học (CVI)
- Công nghệ in lập thể (SL)
SL là công nghệ tạo hình gốm dựa trên phương pháp đóng rắn bằng tia cực tím, có độ chính xác cực cao và khả năng chế tạo cấu trúc phức tạp. Phương pháp này sử dụng hỗn hợp gốm nhạy sáng có hàm lượng chất rắn cao và độ nhớt thấp để tạo thành các phôi gốm 3D thông qua quá trình quang trùng hợp, tiếp theo là quá trình loại bỏ chất kết dính và thiêu kết ở nhiệt độ cao để thu được sản phẩm cuối cùng.
Sử dụng hỗn hợp SiC 35% thể tích, các mẫu vật thô 3D chất lượng cao được chế tạo dưới bức xạ UV 405 nm và được làm đặc thêm bằng phương pháp đốt cháy polymer ở 800°C và xử lý PIP. Kết quả cho thấy các mẫu được chế tạo với hỗn hợp 35% thể tích đạt được mật độ tương đối là 84,8%, vượt trội so với nhóm đối chứng 30% và 40%.
Bằng cách đưa SiO₂ ưa lipid và nhựa epoxy phenolic (PEA) vào để cải tiến hỗn hợp, hiệu suất quang trùng hợp đã được cải thiện đáng kể. Sau khi nung ở 1600°C trong 4 giờ, quá trình chuyển hóa thành SiC gần như hoàn toàn đã đạt được, với hàm lượng oxy cuối cùng chỉ là 0,12%, cho phép chế tạo gốm SiC có cấu trúc phức tạp, độ tinh khiết cao chỉ trong một bước mà không cần các bước tiền oxy hóa hoặc tiền thẩm thấu.
Hình minh họa cấu trúc in và quá trình thiêu kết của nó. Hình dạng của mẫu sau khi sấy ở (A) 25°C, nung ở (B) 1000°C và thiêu kết ở (C) 1600°C.
Bằng cách thiết kế hỗn hợp gốm Si₃N₄ nhạy sáng cho in 3D lập thể và sử dụng các quy trình khử chất kết dính - nung sơ bộ và lão hóa ở nhiệt độ cao, gốm Si₃N₄ với mật độ lý thuyết đạt 93,3%, độ bền kéo đạt 279,8 MPa và độ bền uốn đạt 308,5–333,2 MPa đã được chế tạo. Các nghiên cứu cho thấy rằng, trong điều kiện hàm lượng chất rắn 45% thể tích và thời gian chiếu xạ 10 giây, có thể thu được các sản phẩm thô một lớp với độ chính xác đóng rắn ở mức IT77. Quy trình khử chất kết dính ở nhiệt độ thấp với tốc độ gia nhiệt 0,1 °C/phút giúp tạo ra các sản phẩm thô không bị nứt.
Quá trình thiêu kết là một bước quan trọng ảnh hưởng đến hiệu suất cuối cùng trong công nghệ in lập thể. Nghiên cứu cho thấy việc thêm chất trợ thiêu kết có thể cải thiện hiệu quả mật độ gốm và các tính chất cơ học. Sử dụng CeO₂ làm chất trợ thiêu kết và công nghệ thiêu kết hỗ trợ điện trường để chế tạo gốm Si₃N₄ mật độ cao, người ta nhận thấy CeO₂ tập trung tại các ranh giới hạt, thúc đẩy sự trượt ranh giới hạt và quá trình làm đặc. Gốm thu được thể hiện độ cứng Vickers là HV10/10 (1347,9 ± 2,4) và độ bền nứt là (6,57 ± 0,07) MPa·m¹/². Với MgO–Y₂O₃ làm chất phụ gia, độ đồng nhất cấu trúc vi mô của gốm được cải thiện, giúp nâng cao đáng kể hiệu suất. Ở tổng mức độ pha trộn 8 wt.%, độ bền uốn và độ dẫn nhiệt đạt lần lượt 915,54 MPa và 59,58 W·m⁻¹·K⁻¹.
VI. Kết luận
Tóm lại, gốm silicon carbide (SiC) có độ tinh khiết cao, với tư cách là một vật liệu gốm kỹ thuật xuất sắc, đã chứng minh triển vọng ứng dụng rộng rãi trong ngành bán dẫn, hàng không vũ trụ và thiết bị hoạt động trong điều kiện khắc nghiệt. Bài báo này đã phân tích một cách hệ thống năm phương pháp chế tạo điển hình cho gốm SiC có độ tinh khiết cao—thiêu kết tinh lại, thiêu kết không áp suất, ép nóng, thiêu kết plasma tia lửa điện và sản xuất bồi đắp—với các thảo luận chi tiết về cơ chế làm đặc, tối ưu hóa các thông số chính, hiệu suất vật liệu, cũng như những ưu điểm và hạn chế tương ứng.
Rõ ràng là mỗi quy trình khác nhau đều có những đặc điểm riêng biệt về khả năng đạt được độ tinh khiết cao, mật độ cao, cấu trúc phức tạp và tính khả thi trong công nghiệp. Đặc biệt, công nghệ sản xuất bồi đắp đã cho thấy tiềm năng mạnh mẽ trong việc chế tạo các bộ phận có hình dạng phức tạp và tùy chỉnh, với những đột phá trong các lĩnh vực phụ như quang khắc lập thể và phun chất kết dính, biến nó trở thành một hướng phát triển quan trọng cho việc chế tạo gốm SiC có độ tinh khiết cao.
Các nghiên cứu trong tương lai về chế tạo gốm SiC độ tinh khiết cao cần đi sâu hơn, thúc đẩy quá trình chuyển đổi từ quy mô phòng thí nghiệm sang các ứng dụng kỹ thuật quy mô lớn, có độ tin cậy cao, từ đó cung cấp hỗ trợ vật liệu quan trọng cho sản xuất thiết bị cao cấp và các công nghệ thông tin thế hệ tiếp theo.
XKH là một doanh nghiệp công nghệ cao chuyên nghiên cứu và sản xuất vật liệu gốm hiệu năng cao. Công ty cam kết cung cấp các giải pháp tùy chỉnh cho khách hàng dưới dạng gốm silicon carbide (SiC) độ tinh khiết cao. Công ty sở hữu công nghệ chế tạo vật liệu tiên tiến và khả năng gia công chính xác. Hoạt động kinh doanh của công ty bao gồm nghiên cứu, sản xuất, gia công chính xác và xử lý bề mặt gốm SiC độ tinh khiết cao, đáp ứng các yêu cầu khắt khe của ngành bán dẫn, năng lượng mới, hàng không vũ trụ và các lĩnh vực khác về linh kiện gốm hiệu năng cao. Bằng cách tận dụng các quy trình thiêu kết tiên tiến và công nghệ sản xuất bồi đắp, chúng tôi có thể cung cấp cho khách hàng dịch vụ trọn gói từ tối ưu hóa công thức vật liệu, tạo cấu trúc phức tạp đến gia công chính xác, đảm bảo sản phẩm có tính chất cơ học, độ ổn định nhiệt và khả năng chống ăn mòn tuyệt vời.
Thời gian đăng bài: 30/07/2025