সিলিকন কার্বাইড সিরামিকস চ্যালেঞ্জ সত্ত্বেও শিল্পে ট্র্যাকশন লাভ করে

দ্রুত প্রযুক্তিগত অগ্রগতির এই যুগে, উপাদান বিজ্ঞান ক্রমশ গুরুত্বপূর্ণ হয়ে উঠেছে। শিল্প পরিবেশ আরও চাহিদা সম্পন্ন হওয়ার সাথে সাথে, ঐতিহ্যবাহী উপকরণগুলি প্রায়শই উচ্চ তাপমাত্রা এবং ক্ষয়কারী অবস্থার চরম প্রয়োজনীয়তা পূরণ করতে ব্যর্থ হয়। উন্নত সিরামিক উপকরণগুলির মধ্যে, সিলিকন কার্বাইড (SiC) তার ব্যতিক্রমী ভৌত এবং রাসায়নিক বৈশিষ্ট্যগুলির সাথে আলাদা, যা মহাকাশ, ইলেকট্রনিক্স, রাসায়নিক প্রকৌশল এবং অন্যান্য শিল্প খাতে উল্লেখযোগ্য মনোযোগ আকর্ষণ করছে।

সিলিকন কার্বাইড হল সিলিকন এবং কার্বন পরমাণুর একটি যৌগ যা শক্তিশালী সমযোজী বন্ধন দ্বারা গঠিত। এটি একাধিক স্ফটিক আকারে বিদ্যমান, যার মধ্যে α-SiC (ষড়ভুজ কাঠামো) শিল্প অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে সবচেয়ে বেশি প্রচলিত এবং β-SiC (ঘনক্ষেত্রাকার কাঠামো) তার উচ্চতর ইলেকট্রন গতিশীলতার কারণে সেমিকন্ডাক্টর অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে সম্ভাবনা দেখাচ্ছে।

1893 সালে আমেরিকান উদ্ভাবক এডওয়ার্ড গুডরিচ অ্যাচেসন দুর্ঘটনাক্রমে হীরা সংশ্লেষণের চেষ্টা করার সময় এই উপাদানটি আবিষ্কার করেন। এই আকস্মিক আবিষ্কারের ফলে SiC ঘষিয়া তুলিয়া ফেলিতে সক্ষম পদার্থের শিল্প উৎপাদন শুরু হয়, যার প্রয়োগ ধীরে ধীরে অগ্নিরোধী উপকরণ এবং ইলেকট্রনিক উপাদানগুলিতে প্রসারিত হয়।

2700°C এর গলনাঙ্ক সহ, SiC সিরামিকগুলি তাদের শক্তিশালী সমযোজী বন্ধনের কারণে চরম তাপে কাঠামোগত অখণ্ডতা বজায় রাখে। এটি ইস্পাত উৎপাদন এবং সিরামিক সিন্টারিং শিল্পে ফার্নেস উপাদান, বার্নার অগ্রভাগ এবং কিলন আসবাবের জন্য তাদের আদর্শ করে তোলে। মহাকাশ অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে, SiC-ভিত্তিক টারবাইন ব্লেডগুলি ইঞ্জিনের দক্ষতা এবং থ্রাস্ট-টু-ওয়েট অনুপাতকে উল্লেখযোগ্যভাবে উন্নত করতে পারে।

ভিকার্স স্কেলে 2500-3000 HV স্থান সহ, SiC সিরামিকগুলি কঠোরতার ক্ষেত্রে অ্যালুমিনার মতো ঐতিহ্যবাহী সিরামিকগুলিকে (1500-2000 HV) ছাড়িয়ে যায়। তাদের নমনীয় শক্তি (400-800 MPa) অ্যালুমিনার দ্বিগুণ, যা তাদের যান্ত্রিক সীল, বর্ম প্লেটিং এবং পেট্রোলিয়াম ও খনির সরঞ্জামগুলিতে পরিধান-প্রতিরোধী উপাদানগুলির জন্য অমূল্য করে তোলে।

শক্তিশালী Si-C বন্ধন অ্যাসিড, ক্ষার এবং অক্সিডাইজিং এজেন্টগুলির বিরুদ্ধে অসামান্য প্রতিরোধ ক্ষমতা প্রদান করে। রাসায়নিক প্রক্রিয়াকরণ এবং পরিবেশগত অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে, SiC উপাদানগুলি পাইপলাইন থেকে বর্জ্য জল শোধন ব্যবস্থা পর্যন্ত ক্ষয়কারী মিডিয়া হ্যান্ডলিংয়ে সরঞ্জামের জীবনকাল নাটকীয়ভাবে বাড়িয়ে তোলে।

অ্যালুমিনিয়াম নাইট্রাইডের তাপ পরিবাহিতার সাথে সঙ্গতিপূর্ণ না হলেও, SiC-এর 120-270 W/m·K রেটিং এটিকে পাওয়ার ইলেকট্রনিক্স কুলিং এবং শিল্প তাপ এক্সচেঞ্জারের জন্য কার্যকর করে তোলে। ডোপিংয়ের মাধ্যমে এর সুরযোগ্য বৈদ্যুতিক পরিবাহিতা বিভিন্ন সেমিকন্ডাক্টর অ্যাপ্লিকেশনগুলিকে সক্ষম করে।

বেশিরভাগ সিরামিকের মতো, SiC কম ফ্র্যাকচার টফনেসের শিকার হয়। গবেষণা এই সীমাবদ্ধতা কমাতে টফেনিং এজেন্ট (কার্বন ন্যানোটিউব, গ্রাফিন), শস্যের আকার নিয়ন্ত্রণ এবং পৃষ্ঠের পরিবর্তনের অন্তর্ভুক্তির উপর দৃষ্টি নিবদ্ধ করে।

দ্রুত তাপমাত্রা পরিবর্তন ফাটল সৃষ্টি করতে পারে। সমাধানগুলির মধ্যে রয়েছে তাপ প্রসারণের সহগ পরিবর্তন করা, তাপ পরিবাহিতা বৃদ্ধি করা এবং চাপ শোষণ করার জন্য নিয়ন্ত্রিত মাইক্রোক্র্যাক নেটওয়ার্ক তৈরি করা।

খরচবহুল কাঁচামাল, জটিল উত্পাদন এবং নির্ভুলতা মেশিনিং প্রয়োজনীয়তা বর্তমানে ব্যাপক গ্রহণকে সীমিত করে। উদীয়মান পদ্ধতির মধ্যে রয়েছে বিকল্প ফিডস্টক উৎস, সরলীকৃত সিন্টারিং প্রক্রিয়া এবং খরচ কমাতে উন্নত মেশিনিং কৌশল।

প্রধান উত্পাদন কৌশলগুলির মধ্যে রয়েছে:

• সিন্টারিং: খরচ-কার্যকর পাউডার কমপ্যাকশন এবং উচ্চ-তাপমাত্রা ফিউশন
• বিক্রিয়া বন্ধন: সিলিকন-কার্বন মিশ্রণ থেকে ইন-সিটু গঠন
• বাষ্প জমা: ইলেকট্রনিক্সের জন্য উচ্চ-বিশুদ্ধতা পাতলা ফিল্ম উৎপাদন
• বিকল্প পদ্ধতি: সোল-জেল এবং স্ব-প্রচারিত উচ্চ-তাপমাত্রা সংশ্লেষণ সহ

SiC পাওয়ার ডিভাইসগুলি আরও দক্ষ ইনভার্টার এবং কনভার্টারগুলিকে সক্ষম করে, যা ইতিমধ্যে টেসলা এবং BYD-এর মতো শিল্প নেতাদের দ্বারা ব্যাটারির পরিসর বাড়ানোর জন্য গৃহীত হয়েছে।

পরবর্তী প্রজন্মের টারবাইন উপাদান এবং রকেট ইঞ্জিন অংশগুলি থ্রাস্ট এবং জ্বালানী দক্ষতা উন্নত করতে SiC-এর উচ্চ-তাপমাত্রা ক্ষমতাকে কাজে লাগায়।

SiC ওয়েফারগুলি 5G অবকাঠামো এবং শক্তি সিস্টেমের জন্য পাওয়ার ইলেকট্রনিক্স-এ বিপ্লব ঘটাচ্ছে, যা ঐতিহ্যবাহী সিলিকনের চেয়ে উচ্চতর কর্মক্ষমতা প্রদান করে।

অতিরিক্ত অ্যাপ্লিকেশনগুলির মধ্যে রয়েছে পারমাণবিক শক্তি (জ্বালানী ক্ল্যাডিং), চিকিৎসা ইমপ্লান্ট (জয়েন্ট প্রতিস্থাপন), এবং নির্ভুলতা মেশিনিংয়ের জন্য উন্নত ঘষিয়া তুলিয়া ফেলিতে সক্ষম পদার্থ।

গবেষকরা অভিনব টফেনিং কৌশল এবং স্কেলযোগ্য উত্পাদন পদ্ধতির মাধ্যমে ভঙ্গুরতা এবং ব্যয়ের বাধাগুলি সমাধান করার সাথে সাথে, সিলিকন কার্বাইড সিরামিকগুলি একাধিক শিল্পকে রূপান্তরিত করতে প্রস্তুত। অবিরাম অগ্রগতি শক্তি, পরিবহন এবং উন্নত উত্পাদন খাতে পরবর্তী প্রজন্মের প্রযুক্তিগুলিকে সক্ষম করতে তাদের ভূমিকা আরও সুসংহত করবে।