Современная электроника №2/2024

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 16 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 2 / 2024 нагрева до сих пор является проблемой во многих исследованиях . До послед - них пор в лабораторных разработках использовался гибридный нагрев кера - мики с использованием токоприёмни - ков из карбида кремния . Однако новая стратегия ( метод SiC) одновременно - го нагрева множественных элементов с помочью СВЧ при высоких скоро - стях нагрева до 1000 К / мин приводит к высокой стабильности воздействия на поверхность и мгновенному гибрид - ному нагреву . Этот метод стали назы - вать « методом мгновенного спекания », а уточнённые результаты появились недавно , в сентябре 2023 года [3, 6]. Мгновенное микроволновое спе - кание впервые позволило полу - чить плотные ( относительная плот - ность 97%) микроструктуры в течение 45 с во время импульсного воздей - ствия микроволнового излучения . На рис . 5 представлена иллюстрация работы установки для мгновенного спекания материалов под воздействи - ем энергии СВЧ - волн . Мгновенное спекание – сверхбы - стрый процесс уплотнения частиц материала за несколько секунд . Впер - вые о явлении заговорили в Колорад - ском университете в работе Cologna et al – подробнее в [3, 5], по результатам научных экспериментов . Особенность типичной конфигурации лаборатор - ной установки в том , что электриче - ское поле и мгновенное воздействие создают с помощью электродов из пла - тины , приложенных к образцу в фор - ме собачьей кости . При определённых полевых и температурных условиях отрицательный температурный коэф - фициент ( ОТК ) удельного сопротивле - ния керамики , как и диоксида цирко - ния , способствует резкому увеличению процесса Джоулева нагрева [9]. Чтобы избежать плавления образца , темпера - турный разгон управляется регулято - ром тока . На рис . 6 представлен гра - фик зависимости изменения свойств разных составов ( материалов ) от тем - пературного воздействия в СВЧ . Так , стекло ZG является наиболее тугоплавким стеклом с более высо - кой температурой спекания , в то вре - мя как SG спекается при относитель - но низкой температуре . Смеси SG-ZG демонстрируют промежуточные темпе - ратуры спекания , хотя они аналогич - ны температуре спекания SG.  Кроме того , стекло SG также имеет более низ - кую температуру начала растекания по подложке ( площадь 30%), а более высо - кая температура соответствует смеси 25/75-SZ. Согласно рис . 6, смесь 75/25- SZ устойчива к воздействию широко - го диапазона температур без измене - ния площади материала (870…1070ºC). То же проявляется и для других сме - сей , хотя диапазон температур умень - шается с увеличением концентрации ZG. Область , где площадь материала не испытывает изменений под воз - действием температуры , соответству - ет формированию сферической фор - мы в ВСМ .  Эффект указывает на то , что из - за высокой тугоплавкости ЗГ частицы обоих типов стекол могут вза - имодействовать в интервале темпера - тур без уменьшения формы образца , и тогда для начала растекания необ - ходимо приложить дополнительный СВЧ - нагрев . Изменения в свойствах материалов определяются и оригинальной струк - турой стёкол SG и ZG. В табл . 1 пред - ставлены сведения зависимости и характеристик зоны отражения эма - ли , полученной под воздействием СВЧ - волн . К примеру , в силикатных стёклах в сравнении с металлами ( и металлоке - рамикой ) щелочные катионы и ионы по - разному взаимодействуют в хими - ческом процессе . Известно , что кристаллизация цир - кона начинается примерно при 1000ºC и очень быстро увеличивается между 1100ºC и 1200ºC. Согласно кривым , суспензии обжигали при температу - ре 1170ºC – выше температуры сфе - ры , когда вязкость достаточна для « растекания ». В результате воздей - ствия эмаль становилась « непрозрач - ной », что свидетельствовало о кристал - лизации шеелита и циркона . На рис . 7 представлен график зависимости облу - чения СВЧ для разных типов эмалей . Значения Eg 4,09 и 5,69 эВ получе - ны для кристаллов шеелита , тогда как из экспериментальных УФ - видимых ИК - спектра зарегистрированные зна - чения Eg варьировались от 4,2 до 6,8 эВ [11]. Для металлических спла - вов , а также для огнеупорной или край - не огнеупорной керамики применяют метод электроискрового плазменно - го спекания – ИПС (SPS). Отличи - тельные особенности : высокое давле - ние (>100 МПа ) и регулируемая сила тока в установке для воздействия на проводников – материалов с положи - тельным температурным коэффициен - том удельного сопротивления ( РТС ). Ещё одна особенность метода в том , что используется графитовая фольга для предварительного нагрева образца . С помощью мгновенного SPS изготов - лены образцы огнеупорной керамики ZrB 2, HfB 2 , TiB 2 , SiC, MnO 4 и др . Исполь - зуя установку СВЧ , можно контроли - ровать изменение формы образца при Рис . 5. Иллюстрация работы установки для мгновенного спекания материалов под воздействием энергии СВЧ - волн Таблица 1. Зависимость и характеристики зоны отражения эмали , полученной под воздействием СВЧ - волн Эмаль Длина волны отсечки ( нм ) E г  ( эВ ) Прямой Косвенный 100 с 302 3,97 3,43 75/25- СЗ 316 3,85 3,28 50/50- СЗ 326 3,76 3,15 25/75- СЗ 318 3,90 3,20 100Z 310 3,93 3,24 Температура ( К ) Время Плотный ZrO 2 ПИД - расчёт Предварительный нагрев Этап спекания Температура ( ° C)