सिलिकॉन कार्बाइड सिरेमिक की "क्लोन तकनीक": पाँच मुख्य प्रकारों का विश्लेषण

सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) सिरेमिककम तापीय विस्तार गुणांक, उच्च तापीय चालकता, उच्च कठोरता और उत्कृष्ट तापीय एवं रासायनिक स्थिरता के कारण ये उच्च तापमान संरचनात्मक सिरेमिक के क्षेत्र में प्रमुख सामग्री बन गए हैं। इनका व्यापक रूप से एयरोस्पेस, परमाणु ऊर्जा, सैन्य और अर्धचालक जैसे प्रमुख क्षेत्रों में उपयोग किया जाता है।
हालांकि, SiC के अत्यंत मजबूत सहसंयोजक बंधों और निम्न प्रसार गुणांक के कारण इसका सघनीकरण कठिन होता है। इस समस्या को दूर करने के लिए, उद्योग ने विभिन्न सिंटरिंग प्रौद्योगिकियाँ विकसित की हैं, और विभिन्न तकनीकों द्वारा तैयार किए गए SiC सिरेमिक की सूक्ष्म संरचना, गुणधर्म और अनुप्रयोग परिदृश्यों में महत्वपूर्ण अंतर पाए जाते हैं। यहाँ पाँच प्रमुख सिलिकॉन कार्बाइड सिरेमिक की मुख्य विशेषताओं का विश्लेषण प्रस्तुत किया गया है।
1. गैर-दबाव संश्लेषित SiC सिरेमिक (S-SiC)
मुख्य लाभ: कई मोल्डिंग प्रक्रियाओं के लिए उपयुक्त, कम लागत, आकार और माप की कोई सीमा नहीं, यह बड़े पैमाने पर उत्पादन प्राप्त करने की सबसे आसान सिंटरिंग विधि है। ऑक्सीजन की थोड़ी मात्रा युक्त β-SiC में बोरॉन और कार्बन मिलाकर और इसे लगभग 2000 ℃ के तापमान पर निष्क्रिय वातावरण में सिंटर करने से, 98% के सैद्धांतिक घनत्व वाला सिंटर्ड पदार्थ प्राप्त किया जा सकता है। इसमें दो प्रक्रियाएं हैं: ठोस अवस्था और तरल अवस्था। पहली प्रक्रिया में उच्च घनत्व और शुद्धता के साथ-साथ उच्च तापीय चालकता और उच्च तापमान पर मजबूती होती है।
विशिष्ट अनुप्रयोग: घिसाव-प्रतिरोधी और संक्षारण-प्रतिरोधी सीलिंग रिंग और स्लाइडिंग बियरिंग का बड़े पैमाने पर उत्पादन; अपनी उच्च कठोरता, कम विशिष्ट गुरुत्व और उत्कृष्ट बैलिस्टिक प्रदर्शन के कारण, इसका व्यापक रूप से वाहनों और जहाजों के लिए बुलेटप्रूफ कवच के रूप में, साथ ही नागरिक तिजोरियों और नकदी परिवहन वाहनों की सुरक्षा के लिए उपयोग किया जाता है। इसकी बहु-घात प्रतिरोध क्षमता सामान्य SiC सिरेमिक से बेहतर है, और बेलनाकार हल्के सुरक्षात्मक कवच का विखंडन बिंदु 65 टन से अधिक तक पहुंच सकता है।
2. अभिक्रिया द्वारा सिंटर किए गए SiC सिरेमिक (RB SiC)
मुख्य लाभ: उत्कृष्ट यांत्रिक प्रदर्शन, उच्च शक्ति, संक्षारण प्रतिरोध और ऑक्सीकरण प्रतिरोध; कम सिंटरिंग तापमान और कम लागत, लगभग शुद्ध आकार बनाने की क्षमता। इस प्रक्रिया में कार्बन स्रोत को SiC पाउडर के साथ मिलाकर बिलेट बनाया जाता है। उच्च तापमान पर, पिघला हुआ सिलिकॉन बिलेट में प्रवेश करता है और कार्बन के साथ अभिक्रिया करके β – SiC बनाता है, जो मूल α – SiC के साथ मिलकर छिद्रों को भर देता है। सिंटरिंग के दौरान आकार में परिवर्तन कम होता है, जिससे यह जटिल आकार के उत्पादों के औद्योगिक उत्पादन के लिए उपयुक्त है।
विशिष्ट अनुप्रयोग: उच्च तापमान भट्टी उपकरण, विकिरण ट्यूब, हीट एक्सचेंजर, डीसल्फराइजेशन नोजल; इसके कम तापीय विस्तार गुणांक, उच्च प्रत्यास्थता मापांक और लगभग शुद्ध आकार देने की विशेषताओं के कारण, यह अंतरिक्ष परावर्तकों के लिए एक आदर्श सामग्री बन गया है; यह इलेक्ट्रॉनिक ट्यूबों और सेमीकंडक्टर चिप निर्माण उपकरणों के लिए सहायक फिक्स्चर के रूप में क्वार्ट्ज ग्लास का स्थान भी ले सकता है।

3. हॉट प्रेस्ड सिंटर्ड SiC सिरेमिक (HP SiC)
मुख्य लाभ: उच्च तापमान और उच्च दबाव के तहत समकालिक सिंटरिंग से पाउडर थर्मोप्लास्टिक अवस्था में होता है, जो द्रव्यमान स्थानांतरण प्रक्रिया के लिए अनुकूल है। यह कम तापमान और कम समय में महीन कणों, उच्च घनत्व और अच्छे यांत्रिक गुणों वाले उत्पाद तैयार कर सकता है, और पूर्ण घनत्व तथा लगभग शुद्ध सिंटरिंग अवस्था प्राप्त कर सकता है।
सामान्य उपयोग: मूल रूप से वियतनाम युद्ध के दौरान अमेरिकी हेलीकॉप्टर चालक दल के सदस्यों के लिए बुलेटप्रूफ जैकेट के रूप में उपयोग किया जाता था, लेकिन बाद में गर्म दबाव से बने बोरोन कार्बाइड ने कवच बाजार में इसकी जगह ले ली; वर्तमान में, इसका उपयोग मुख्य रूप से उच्च मूल्य वर्धित परिदृश्यों में किया जाता है, जैसे कि संरचना नियंत्रण, शुद्धता और सघनता के लिए अत्यधिक उच्च आवश्यकताओं वाले क्षेत्र, साथ ही घिसाव-प्रतिरोधी और परमाणु उद्योग क्षेत्र।
4. पुनर्क्रिस्टलीकृत SiC सिरेमिक (R-SiC)
मुख्य लाभ: इसमें सिंटरिंग सहायक पदार्थों को मिलाने की आवश्यकता नहीं होती है, यह अति उच्च शुद्धता और बड़े SiC उपकरणों के निर्माण की एक सामान्य विधि है। इस प्रक्रिया में मोटे और महीन SiC पाउडर को उचित अनुपात में मिलाकर सांचे में ढाला जाता है और फिर उन्हें 2200~2450 ℃ के तापमान पर निष्क्रिय वातावरण में सिंटर किया जाता है। महीन कण वाष्पीकृत होकर मोटे कणों के संपर्क में आकर संघनित हो जाते हैं और सिरेमिक बनाते हैं, जिसकी कठोरता हीरे के बाद दूसरे स्थान पर है। SiC उच्च तापमान पर भी अपनी मजबूती, संक्षारण प्रतिरोध, ऑक्सीकरण प्रतिरोध और ऊष्मीय आघात प्रतिरोध बनाए रखता है।
विशिष्ट अनुप्रयोग: उच्च तापमान भट्टी के उपकरण, हीट एक्सचेंजर, दहन नोजल; एयरोस्पेस और सैन्य क्षेत्रों में, इसका उपयोग इंजन, टेल फिन और फ्यूजलेज जैसे अंतरिक्ष यान संरचनात्मक घटकों के निर्माण में किया जाता है, जिससे उपकरण के प्रदर्शन और सेवा जीवन में सुधार हो सकता है।
5. सिलिकॉन युक्त SiC सिरेमिक (SiSiC)
मुख्य लाभ: औद्योगिक उत्पादन के लिए सबसे उपयुक्त, कम समय में तैयार, कम तापमान पर तैयार, पूर्णतः सघन और अविरूपित, SiC मैट्रिक्स और अंतर्प्रवेशित Si चरण से निर्मित, दो प्रक्रियाओं में विभाजित: तरल अंतर्प्रवेश और गैस अंतर्प्रवेश। बाद वाली प्रक्रिया में लागत अधिक होती है लेकिन मुक्त सिलिकॉन का घनत्व और एकरूपता बेहतर होती है।
विशिष्ट अनुप्रयोग: कम सरंध्रता, अच्छी वायुरोधी क्षमता और कम प्रतिरोध स्थैतिक विद्युत को समाप्त करने में सहायक होते हैं, जो बड़े, जटिल या खोखले भागों के उत्पादन के लिए उपयुक्त हैं और अर्धचालक प्रसंस्करण उपकरणों में व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं। उच्च प्रत्यास्थता मापांक, हल्के वजन, उच्च शक्ति और उत्कृष्ट वायुरोधी क्षमता के कारण, यह अंतरिक्ष क्षेत्र में पसंदीदा उच्च-प्रदर्शन सामग्री है, जो अंतरिक्ष वातावरण में भार सहन कर सकती है और उपकरणों की सटीकता और सुरक्षा सुनिश्चित करती है।