सिलिकॉन कार्बाइड सिरेमिक्स उद्योग में चुनौतियों के बावजूद लोकप्रियता हासिल कर रहे हैं

तेजी से तकनीकी विकास के हमारे युग में, सामग्री विज्ञान तेजी से महत्वपूर्ण हो गया है। जैसे-जैसे औद्योगिक वातावरण अधिक मांग वाले होते जा रहे हैं, पारंपरिक सामग्री अक्सर उच्च तापमान और संक्षारक स्थितियों की चरम आवश्यकताओं को पूरा करने में विफल हो जाती हैं। उन्नत सिरेमिक सामग्रियों में, सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) अपने असाधारण भौतिक और रासायनिक गुणों के साथ अलग दिखता है, जो एयरोस्पेस, इलेक्ट्रॉनिक्स, रासायनिक इंजीनियरिंग और अन्य औद्योगिक क्षेत्रों में महत्वपूर्ण ध्यान आकर्षित करता है।

सिलिकॉन कार्बाइड सिलिकॉन और कार्बन परमाणुओं का एक यौगिक है जो मजबूत सहसंयोजक लिंकेज के माध्यम से बंधे होते हैं। यह कई क्रिस्टलीय रूपों में मौजूद है, जिसमें α-SiC (षट्कोणीय संरचना) औद्योगिक अनुप्रयोगों में सबसे आम है और β-SiC (क्यूबिक संरचना) उच्च इलेक्ट्रॉन गतिशीलता के कारण अर्धचालक अनुप्रयोगों में वादा दिखा रहा है।

इस सामग्री की खोज 1893 में अमेरिकी आविष्कारक एडवर्ड गुडरिच एचेसन ने गलती से की थी, जब वह हीरे को संश्लेषित करने का प्रयास कर रहे थे। इस संयोगपूर्ण खोज ने SiC अपघर्षक के औद्योगिक उत्पादन को जन्म दिया, जिसके अनुप्रयोग धीरे-धीरे दुर्दम्य सामग्री और इलेक्ट्रॉनिक घटकों तक फैल गए।

2700°C के गलनांक के साथ, SiC सिरेमिक अपने मजबूत सहसंयोजक बंधनों के कारण अत्यधिक गर्मी में संरचनात्मक अखंडता बनाए रखते हैं। यह उन्हें स्टील उत्पादन और सिरेमिक सिंटरिंग उद्योगों में भट्टी के घटकों, बर्नर नोजल और भट्टी के फर्नीचर के लिए आदर्श बनाता है। एयरोस्पेस अनुप्रयोगों में, SiC-आधारित टरबाइन ब्लेड इंजन दक्षता और थ्रस्ट-टू-वेट अनुपात में काफी सुधार कर सकते हैं।

वickers पैमाने पर 2500-3000 HV की रैंकिंग के साथ, SiC सिरेमिक कठोरता में एल्यूमिना (1500-2000 HV) जैसी पारंपरिक सिरेमिक से आगे निकल जाते हैं। उनकी फ्लेक्सुरल स्ट्रेंथ (400-800 MPa) भी एल्यूमिना की तुलना में दोगुनी है, जो उन्हें यांत्रिक सील, आर्मर प्लेटिंग और पेट्रोलियम और खनन उपकरणों में पहनने के लिए प्रतिरोधी घटकों के लिए अमूल्य बनाती है।

मजबूत Si-C बंधन एसिड, क्षार और ऑक्सीकरण एजेंटों के लिए उत्कृष्ट प्रतिरोध प्रदान करते हैं। रासायनिक प्रसंस्करण और पर्यावरणीय अनुप्रयोगों में, SiC घटक संक्षारक मीडिया हैंडलिंग में उपकरण के जीवनकाल को नाटकीय रूप से बढ़ाते हैं, पाइपलाइनों से लेकर अपशिष्ट जल उपचार प्रणालियों तक।

हालांकि एल्यूमीनियम नाइट्राइड की तापीय चालकता से मेल नहीं खाता है, लेकिन SiC की 120-270 W/m·K रेटिंग इसे पावर इलेक्ट्रॉनिक्स कूलिंग और औद्योगिक हीट एक्सचेंजर्स के लिए प्रभावी बनाती है। डोपिंग के माध्यम से इसकी ट्यून करने योग्य विद्युत चालकता विभिन्न अर्धचालक अनुप्रयोगों को सक्षम करती है।

अधिकांश सिरेमिक की तरह, SiC कम फ्रैक्चर टफनेस से पीड़ित है। अनुसंधान इस सीमा को कम करने के लिए सख्त एजेंटों (कार्बन नैनोट्यूब, ग्राफीन), अनाज के आकार के नियंत्रण और सतह संशोधनों को शामिल करने पर केंद्रित है।

तेजी से तापमान परिवर्तन दरार पैदा कर सकते हैं। समाधानों में तापीय विस्तार गुणांक को संशोधित करना, तापीय चालकता को बढ़ाना और तनाव को अवशोषित करने के लिए नियंत्रित माइक्रोक्रैक नेटवर्क का निर्माण करना शामिल है।

महंगे कच्चे माल, जटिल विनिर्माण और सटीक मशीनिंग आवश्यकताएं वर्तमान में व्यापक रूप से अपनाने को सीमित करती हैं। उभरते दृष्टिकोणों में वैकल्पिक फीडस्टॉक स्रोत, सरलीकृत सिंटरिंग प्रक्रियाएं और लागत कम करने के लिए उन्नत मशीनिंग तकनीक शामिल हैं।

प्रमुख उत्पादन तकनीकों में शामिल हैं:

• सिंटरिंग: लागत प्रभावी पाउडर संकुचन और उच्च तापमान संलयन
• प्रतिक्रिया बंधन: सिलिकॉन-कार्बन मिश्रण से इन-सीटू निर्माण
• वाष्प जमाव: इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए उच्च शुद्धता वाली पतली फिल्म का उत्पादन
• वैकल्पिक तरीके: सोल-जेल और स्व-प्रसारित उच्च तापमान संश्लेषण सहित

SiC पावर डिवाइस अधिक कुशल इनवर्टर और कन्वर्टर्स को सक्षम करते हैं, जिन्हें पहले से ही टेस्ला और BYD जैसे उद्योग के नेताओं द्वारा बैटरी रेंज का विस्तार करने के लिए अपनाया गया है।

अगली पीढ़ी के टरबाइन घटक और रॉकेट इंजन के पुर्जे थ्रस्ट और ईंधन दक्षता में सुधार के लिए SiC की उच्च तापमान क्षमताओं का लाभ उठाते हैं।

SiC वेफर्स 5G इंफ्रास्ट्रक्चर और ऊर्जा प्रणालियों के लिए पावर इलेक्ट्रॉनिक्स में क्रांति ला रहे हैं, जो पारंपरिक सिलिकॉन की तुलना में बेहतर प्रदर्शन प्रदान करते हैं।

अतिरिक्त अनुप्रयोग परमाणु ऊर्जा (ईंधन क्लैडिंग), चिकित्सा प्रत्यारोपण (संयुक्त प्रतिस्थापन), और सटीक मशीनिंग के लिए उन्नत अपघर्षक तक फैले हुए हैं।

जैसे-जैसे शोधकर्ता उपन्यास सख्त रणनीतियों और स्केलेबल उत्पादन विधियों के माध्यम से भंगुरता और लागत बाधाओं को दूर करते हैं, सिलिकॉन कार्बाइड सिरेमिक कई उद्योगों को बदलने के लिए तैयार हैं। निरंतर प्रगति ऊर्जा, परिवहन और उन्नत विनिर्माण क्षेत्रों में अगली पीढ़ी की तकनीकों को सक्षम करने में उनकी भूमिका को मजबूत करेगी।