2. ექსპერიმენტული პროცესი
2.1 წებოვანი ფირის გამყარება
დაფიქსირდა, რომ უშუალოდ ნახშირბადის ფირის შექმნა ან გრაფიტის ქაღალდის შეერთებაSiC ვაფლებიწებოვანი საფარით იყო რამდენიმე პრობლემა:
1. ვაკუუმის პირობებში, წებოვანი ფილმიSiC ვაფლებიშეიმუშავა მასშტაბური გარეგნობა ჰაერის მნიშვნელოვანი გათავისუფლების გამო, რაც იწვევს ზედაპირის ფორიანობას. ეს ხელს უშლიდა წებოვანი ფენების სათანადო შეკავშირებას კარბონიზაციის შემდეგ.
2. შებოჭვის დროს, ავაფლიუნდა განთავსდეს გრაფიტის ქაღალდზე ერთი ნაბიჯით. თუ განლაგება მოხდება, არათანაბარი წნევა შეიძლება შეამციროს წებოვანი ერთგვაროვნება, რაც უარყოფითად იმოქმედებს შემაკავშირებელ ხარისხზე.
3. ვაკუუმური ოპერაციების დროს, წებოვანი ფენიდან ჰაერის გამოყოფა იწვევდა აქერცვლას და წებოვანი ფენის შიგნით მრავალი სიცარიელის წარმოქმნას, რაც იწვევს შემაკავშირებელ დეფექტებს. ამ პრობლემების გადასაჭრელად, წებოს წინასწარ გაშრობავაფლისრეკომენდირებულია ზედაპირის დამაგრება ცხელი ფირფიტის გამოყენებით დაწნული საფარის შემდეგ.
2.2 კარბონიზაციის პროცესი
ნახშირბადის ფირის შექმნის პროცესიSiC თესლის ვაფლიდა გრაფიტის ქაღალდზე მიბმა მოითხოვს წებოვანი ფენის კარბონიზაციას კონკრეტულ ტემპერატურაზე მჭიდრო შეკავშირების უზრუნველსაყოფად. წებოვანი ფენის არასრულმა კარბონიზაციამ შეიძლება გამოიწვიოს მისი დაშლა ზრდის დროს, გამოყოფს მინარევებს, რომლებიც გავლენას ახდენენ ბროლის ზრდის ხარისხზე. ამიტომ, წებოვანი ფენის სრული კარბონიზაციის უზრუნველყოფა გადამწყვეტი მნიშვნელობა აქვს მაღალი სიმკვრივის შემაკავშირებელს. ეს კვლევა შეისწავლის ტემპერატურის გავლენას წებოვანი კარბონიზაციაზე. მასზე დაიტანეს ფოტორეზისტის ერთიანი ფენავაფლიზედაპირზე და მოთავსებულია მილის ღუმელში ვაკუუმში (<10 Pa). ტემპერატურა ამაღლდა წინასწარ დაყენებულ დონემდე (400℃, 500℃ და 600℃) და შენარჩუნდა 3-5 საათის განმავლობაში კარბონიზაციის მისაღწევად.
მითითებული ექსპერიმენტები:
400℃ ტემპერატურაზე, 3 საათის შემდეგ, წებოვანი ფილმი არ გახშირდა და გამოჩნდა მუქი წითელი; 4 საათის შემდეგ მნიშვნელოვანი ცვლილება არ დაფიქსირებულა.
500℃ ტემპერატურაზე, 3 საათის შემდეგ, ფილმი გაშავდა, მაგრამ მაინც გადასცემდა სინათლეს; არ არის მნიშვნელოვანი ცვლილება 4 საათის შემდეგ.
600℃ ტემპერატურაზე, 3 საათის შემდეგ, ფილმი გაშავდა სინათლის გადაცემის გარეშე, რაც მიუთითებს სრულ კარბონიზაციაზე.
ამგვარად, შემაკავშირებელი შესაფერისი ტემპერატურა უნდა იყოს ≥600℃.
2.3 წებოვანი გამოყენების პროცესი
წებოვანი ფილმის ერთგვაროვნება არის კრიტიკული მაჩვენებელი წებოვანი გამოყენების პროცესის შესაფასებლად და ერთიანი შემაკავშირებელ ფენის უზრუნველსაყოფად. ეს განყოფილება იკვლევს ოპტიმალური ტრიალის სიჩქარეს და დაფარვის დროს სხვადასხვა წებოვანი ფირის სისქისთვის. ერთგვაროვნება
ფილმის სისქის u განისაზღვრება, როგორც ფირის მინიმალური სისქის Lmin შეფარდება მაქსიმალურ ფირის სისქე Lmax-ზე სასარგებლო ფართობზე. ვაფლის ხუთი წერტილი შეირჩა ფირის სისქის გასაზომად და ერთგვაროვნება გამოითვალა. სურათი 4 ასახავს გაზომვის წერტილებს.
SiC ვაფლისა და გრაფიტის კომპონენტებს შორის მაღალი სიმკვრივის დასაკავშირებლად, სასურველი წებოვანი ფირის სისქეა 1-5 μm. არჩეული იყო ფირის სისქე 2 მკმ, რომელიც გამოიყენება როგორც ნახშირბადის ფირის მომზადებისთვის, ასევე ვაფლის/გრაფიტის ქაღალდის შემაკავშირებელ პროცესებზე. ოპტიმალური სპინ-დაფარვის პარამეტრები კარბონიზირებული წებებისთვის არის 15 წმ 2500 რ/წთ-ზე, ხოლო შემაკავშირებელი წებოვანისთვის 15 წმ 2000 რ/წთ-ზე.
2.4 შეკვრის პროცესი
SiC ვაფლის გრაფიტის/გრაფიტის ქაღალდთან შეერთებისას გადამწყვეტი მნიშვნელობა აქვს შემაკავშირებელ ფენას კარბონიზაციის დროს წარმოქმნილი ჰაერისა და ორგანული აირების სრულად აღმოფხვრას. გაზის არასრული გამოდევნა იწვევს სიცარიელეს, რაც იწვევს არამკვრივ შემაკავშირებელ ფენას. ჰაერისა და ორგანული აირების ევაკუაცია შესაძლებელია ზეთის მექანიკური ტუმბოს გამოყენებით. თავდაპირველად, მექანიკური ტუმბოს უწყვეტი ფუნქციონირება უზრუნველყოფს ვაკუუმური კამერის ზღვრამდე მიღწევას, რაც საშუალებას იძლევა ჰაერის სრული ამოღება შემაკავშირებელი ფენიდან. ტემპერატურის სწრაფმა მატებამ შეიძლება ხელი შეუშალოს გაზის დროულ გამოდევნას მაღალტემპერატურული კარბონიზაციის დროს, რაც ქმნიან სიცარიელეს შემაკავშირებელ ფენაში. წებოვანი თვისებები მიუთითებს მნიშვნელოვან გაჟონვას ≤120℃-ზე, რაც სტაბილიზდება ამ ტემპერატურაზე ზემოთ.
გარე წნევა გამოიყენება წებოვანი ფირის სიმკვრივის გასაზრდელად, ჰაერისა და ორგანული აირების გამოდევნას, რაც იწვევს მაღალი სიმკვრივის შემაკავშირებელ ფენას.
შემაჯამებლად, შემუშავდა შემაკავშირებელი პროცესის მრუდი, რომელიც ნაჩვენებია სურათზე 5. სპეციფიური წნევის ქვეშ, ტემპერატურა ამაღლებულია გაჟონვის ტემპერატურამდე (~ 120 ℃) და ინახება მანამ, სანამ არ დასრულდება. შემდეგ, ტემპერატურა იზრდება კარბონიზაციის ტემპერატურამდე, შენარჩუნებულია საჭირო ხანგრძლივობით, რასაც მოჰყვება ბუნებრივი გაგრილება ოთახის ტემპერატურამდე, წნევის გათავისუფლება და შეკრული ვაფლის ამოღება.
2.2 ნაწილის მიხედვით, წებოვანი ფილმი უნდა იყოს კარბონიზებული 600℃ ტემპერატურაზე 3 საათის განმავლობაში. მაშასადამე, შეკავშირების პროცესის მრუდში, T2 დაყენებულია 600℃-ზე და t2 3 საათამდე. შემაკავშირებელი პროცესის მრუდის ოპტიმალური მნიშვნელობები, რომლებიც განისაზღვრება ორთოგონალური ექსპერიმენტებით, რომლებიც სწავლობენ შემაკავშირებელ წნევას, პირველი ეტაპის გაცხელების დრო t1 და მეორე ეტაპის გათბობის დრო t2 შემაკავშირებელ შედეგებზე, ნაჩვენებია ცხრილებში 2-4.
მითითებული შედეგები:
შემაკავშირებელ წნევაზე 5 kN, გათბობის დროს მინიმალური გავლენა მოახდინა შეკავშირებაზე.
10 kN-ზე, შემაკავშირებელ ფენაში სიცარიელე ფართობი შემცირდა უფრო გრძელი პირველი ეტაპის გათბობით.
15 kN-ზე, პირველი ეტაპის გათბობის გაფართოებამ საგრძნობლად შეამცირა სიცარიელეები და საბოლოოდ აღმოფხვრა ისინი.
მეორე ეტაპის გათბობის დროის ეფექტი შეკავშირებაზე არ იყო აშკარა ორთოგონალურ ტესტებში. შემაერთებელი წნევის დაფიქსირება 15 kN-ზე და პირველი ეტაპის გაცხელების დრო 90 წთ-ზე, მეორე ეტაპის გაცხელების დრო 30, 60 და 90 წთ-ზე ყველამ გამოიწვია სიცარიელე მკვრივი შემაკავშირებელი ფენები, რაც მიუთითებს მეორე ეტაპის გათბობის დროს მცირე გავლენა შემაკავშირებელზე.
შემაერთებელი პროცესის მრუდის ოპტიმალური მნიშვნელობებია: შემაკავშირებელი წნევა 15 კნ, პირველი ეტაპის გაცხელების დრო 90 წთ, პირველი ეტაპის ტემპერატურა 120℃, მეორე ეტაპის გაცხელების დრო 30 წუთი, მეორე ეტაპის ტემპერატურა 600℃ და მეორე ეტაპის შეკავების დრო. 3 საათი.
გამოქვეყნების დრო: ივნ-11-2024