بالمقارنة مع أغشية أكسيد السيراميك الأخرى (الألومينا، أكسيد التيتانيوم، الزركونيا، وما إلى ذلك)، فإن أنبوب غشاء كربيد السيليكون لديه درجة أعلى من المحبة للماء، والنفاذية، ومقاومة التلوث والاستقرار الكيميائي. ترتبط درجة حرارة التلبيد لغشاء السيراميك SIC ارتباطًا وثيقًا بتكنولوجيا التلبد، وتشمل تقنية التلبيد الشائعة تقنية إعادة البلورة وتكنولوجيا تحويل السلائف الخزفية وتقنية تلبيد التفاعل في الموقع.
تكنولوجيا تلبيد إعادة البلورة
تشير تقنية تلبيد إعادة البلورة إلى تحقيق إعادة ترابط جزيئات SIC وفقًا لآلية ترحيل طور الغاز بالتبخر والتكثيف تحت تلبيد بدرجة حرارة عالية. لا تتضمن هذه العملية الكثير من التفاعل الكيميائي، ويتأثر حجم المسام بشكل كبير بحجم مسحوق المواد الخام، ويكون هيكل مسام غشاء كربيد السيليكون الذي تم الحصول عليه موحدًا وعامل متعرج منخفض. نظرًا لأن كربيد السيليكون يتمتع بثبات جيد في درجات الحرارة المرتفعة والضغط العالي ونطاق الأس الهيدروجيني الواسع، فإن إضافات التلبيد وتوزيع مسحوق كربيد السيليكون ثنائي الذروة تستخدم بشكل عام لتقليل درجة حرارة التلبيد أثناء إعادة البلورة. يتمتع أنبوب غشاء كربيد السيليكون المحضر بتقنية تلبيد إعادة البلورة بثبات كيميائي عالي، ولكن درجة حرارة التلبيد مرتفعة (> 1800 درجة مئوية)، واستهلاك الطاقة كبير، وحماية الجو الخامل مطلوبة أثناء عملية التلبيد، والمعدات للغاية حازم. بالإضافة إلى ذلك، من أجل إزالة الكربون المتبقي المحتمل في المسام، بعد الانتهاء من التلبيد، يجب إجراء أكسدة السطح في جو هوائي أقل من 800 درجة مئوية، مما يجعل عملية التحضير معقدة.
مخطط إعادة بلورة درجة حرارة عالية SiC
تكنولوجيا تحويل السلائف السيراميكية
تشير تقنية تحويل السلائف الخزفية إلى تكسير البوليمر العضوي المحتوي على السيليكون (مثل راتنج السيليكون، والبولي كربوسيلان، وما إلى ذلك) في جو خامل ونطاق درجة حرارة معين (1100-1600 درجة مئوية) لتشكيل مرحلة ربط بين مجاميع كربيد السيليكون ، وذلك لتحضير التيار المتردد وقوة ميكانيكية معينة للغشاء الخزفي من كربيد السيليكون. تتميز تقنية تحويل سلائف السيراميك بمتطلبات منخفضة لدرجة حرارة التلبيد، مما يساعد على تقليل استهلاك الطاقة. ومع ذلك، فإن مادته الخام عبارة عن بوليمر عالي، وعملية التلبيد تتطلب جوًا لاهوائيًا، والذي له عيوب التكلفة العالية والعملية المعقدة، وهو ما لا يفضي إلى الإنتاج الصناعي. من أجل مواصلة تطوير وتحسين إمكانات تطبيق تكنولوجيا تحويل السلائف الخزفية لإنتاج الأغشية، من الضروري التركيز على خفض التكلفة وتنظيم البنية المجهرية (حجم المسام والمسامية وسمك الغشاء).
تحضير الغشاء الخزفي من كربيد السيليكون بواسطة تقنية تحويل السلائف الخزفية
تكنولوجيا تلبد التفاعل في الموقع
تشير تقنية تلبيد التفاعل في الموقع إلى إضافة إضافات تلبيد إلى جزيئات كربيد السيليكون الإجمالية تحت جو هوائي، بحيث تكون أقل بكثير من درجة حرارة تلبيد غشاء سيراميك كربيد السيليكون النقي الطور (1350-1550 درجة مئوية) لتوليد أكسيد السيليكون، ومن ثم التفاعل في الموقع مع عامل التلبيد لتكوين وصلة عنق. إضافات التلبيد الشائعة هي بشكل رئيسي أكاسيد المعادن، مثل الألومينا وأكسيد الإيتريوم والزركونيا. في عملية التفاعل، يصبح الموليت والكورديريت وأكاسيد أخرى متعددة المكونات مرحلة الترابط لاتصال العنق بين الجزيئات. إن إضافة إضافات التلبيد هذه تساعد على تغيير حدود الحبوب والطاقة السطحية لمجموع SIC، وبالتالي تسريع معدل الانتشار الشامل في عملية التلبيد وتقليل تكلفة التلبيد. يمكن لتقنية التلبيد التفاعلي في الموقع أن تقلل بشكل فعال درجة حرارة التلبيد لـ SIC، لكن عملية تحضير الغشاء لا تزال بحاجة إلى التخفيض.
رسم تخطيطي لعملية تلبيد سيراميك كربيد السيليكون المسامي المحضر من مادة الموليت باستخدام تقنية التلبيد التفاعلي في الموقع
من أجل زيادة تحسين إمكانات التطبيق الصناعي لأنبوب غشاء كربيد السيليكون، يمكن اعتباره من جوانب تقليل التكلفة وتحسين الأداء. على سبيل المثال، لتقليل التكلفة، يمكن البحث عن سلائف بوليمر منخفضة التكلفة لإعداد أغشية كربيد السيليكون لفصل الغاز ذات حجم مسامي صغير؛ يمكنه أيضًا تحسين مجموعة إضافات التلبيد، وتقليل درجة حرارة التلبيد، وتوسيع نطاق تطبيق تكنولوجيا التلبيد المشترك.
مع الاهتمام العالمي بحماية البيئة، أصبح الطلب على تكنولوجيا الترشيح والفصل عالية الأداء أكثر إلحاحًا، مما يوفر فرصًا قيمة لتطوير وتطبيق أنبوب غشاء كربيد السيليكون. في المستقبل، لا تزال هناك حاجة إلى الكثير من الموارد لحل مشاكل تكنولوجيا إنتاج وإعداد الأغشية الخزفية غير الناضجة، حتى تتمكن تكنولوجيا فصل الأغشية الخزفية من كربيد السيليكون من الحصول على المزيد من التطبيقات العملية.
