چونکہ الیکٹرانک آلات میں مربوط سرکٹس تیزی سے پیچیدہ ہوتے جاتے ہیں اور چپ کا سائز سکڑتا رہتا ہے، آپریشن کے دوران ضرورت سے زیادہ گرمی کا جمع ہونا آلہ کی کارکردگی کو کم کرتا ہے اور یہاں تک کہ شارٹ سرکٹ اور دیگر ناکامیوں کا سبب بھی بن سکتا ہے۔ الیکٹرانک آلات کے مستحکم، محفوظ اور موثر آپریشن کو یقینی بنانے کے لیے، اعلی تھرمل چالکتا کے ساتھ پیکیجنگ مواد کی ترقی، تھرمل توسیع کا کم گتانک، کم کثافت، اور بہترین لچکدار طاقت تحقیق کا مرکز بن گئی ہے۔
01 ڈائمنڈ/سلیکون کاربائیڈ: تھرمل مینجمنٹ کے لیے ایک طاقتور مجموعہ
ہیرے میں قدرتی طور پر پائے جانے والے کسی بھی مادّے کی سب سے زیادہ تھرمل چالکتا ہے جو انسان کو معلوم ہے، جس میں کم تھرمل ایکسپینشن گتانک، اعلی طاقت اور سختی، اور بہترین کیمیائی استحکام ہے، جو اسے ایک مثالی تھرمل مینجمنٹ مواد بناتا ہے۔ سلیکن کاربائیڈ میں کم تھرمل ایکسپینشن گتانک اور اعلی تھرمل چالکتا بھی ہے۔ سلکان کاربائیڈ میں ہیرے کو مضبوط کرنے والے مرحلے کے طور پر شامل کرکے، ٹیون ایبل تھرمل ایکسپینشن کوفیشینٹس اور ہائی تھرمل چالکتا کے ساتھ ڈائمنڈ/سلیکون کاربائیڈ کمپوزٹ حاصل کیے جا سکتے ہیں۔ ڈائمنڈ-ریانفورسڈ میٹل میٹرکس کمپوزائٹس کے مقابلے میں، ڈائمنڈ اور سلیکون کاربائیڈ کی ساخت ایک جیسی ہوتی ہے، اور ان کی گیلا پن اور تھرمل ایکسپینشن مماثلت دھاتوں اور ہیرے کے درمیان کی نسبت بہت بہتر ہے۔
ڈائمنڈ/سلیکون کاربائیڈ کمپوزٹ کے لیے 02 فیبریکیشن کے عمل
ہیرے کو زیادہ درجہ حرارت پر گرافٹائزیشن کا خطرہ ہوتا ہے۔ نتیجے میں گریفائٹ ہیرے کے مقابلے میں نمایاں طور پر کم تھرمل چالکتا اور لچکدار طاقت رکھتا ہے۔ ڈائمنڈ/سلیکون کاربائیڈ کمپوزائٹس کو کامیابی کے ساتھ بنانے کے لیے، ڈائمنڈ گرافٹائزیشن کا موثر کنٹرول ضروری ہے۔ چونکہ سلکان کاربائیڈ میٹرکس براہ راست ڈائمنڈ پرفارم میں گھس نہیں سکتا، اس لیے سلکان کاربائیڈ میٹرکس عام طور پر سلکان کاربن کے رد عمل کے ذریعے حاصل کیا جاتا ہے۔ ڈائمنڈ/سلیکون کاربائیڈ کمپوزائٹس کے لیے بنیادی فیبریکیشن کے عمل تقریباً درج ذیل ہیں۔
(1) ہائی پریشر ہائی ٹمپریچر (HPHT) سینٹرنگ
HPHT طریقہ میں، ڈائمنڈ مائیکرو پاؤڈر اور خالص سلکان پاؤڈر کو اچھی طرح سے ملایا جاتا ہے اور پھر اعلی درجہ حرارت اور زیادہ دباؤ کا نشانہ بنایا جاتا ہے تاکہ سلکان کاربائیڈ کی تشکیل کے اندر اندر رد عمل سے گزرے، بالآخر ہیرے/سلیکان کاربائیڈ مرکبات حاصل ہوتے ہیں۔ اس طریقہ کار کا فائدہ یہ ہے کہ زیادہ دباؤ والے حالات میں، ہیرے کو نمایاں گرافٹائزیشن نہیں ہوتی ہے، اور ہیرے کے ذرات کے درمیان فرق کو مؤثر طریقے سے کم کیا جا سکتا ہے، جس سے ہیرے کے حجم کے زیادہ حصے اور اعلی کثافت کے ساتھ کمپوزٹ پیدا ہوتے ہیں۔ تاہم، ہائی پریشر کا عمل مہنگے آلات کا مطالبہ کرتا ہے اور من گھڑت مرکبات کی شکل پر اہم پابندیاں عائد کرتا ہے۔
(2) اسپارک پلازما سنٹرنگ (SPS)
ایس پی ایس ایچ پی ایچ ٹی کی طرح ہے کیونکہ یہ اعلی درجہ حرارت اور دباؤ میں پرفارم کو سِنٹر اور کثافت کرتا ہے۔ فرق اس میں ہے کہ SPS پاؤڈر کے ذرات کے درمیان فوری خارج ہونے والے مادہ کو پیدا کرنے کے لیے اعلی توانائی والی برقی چنگاریوں کا استعمال کرتا ہے، جس سے اعلی درجہ حرارت کا پلازما پیدا ہوتا ہے جو بڑی مقدار میں حرارت جاری کرتا ہے۔ اس لیے، SPS میں تیز رفتار حرارتی شرح اور مختصر سنٹرنگ اوقات شامل ہیں۔ اس کے علاوہ، SPS میں sintering دباؤ HPHT کے مقابلے میں کم ہے۔
(3) ہاٹ اسوسٹیٹک پریسنگ (HIP)
HIP کے عمل میں، ہیرے اور سلکان پاؤڈر کو ایک مہر بند کنٹینر میں رکھا جاتا ہے اور ان پر تمام سمتوں سے مساوی دباؤ ڈالا جاتا ہے، جبکہ سنٹرنگ اور کثافت کو بلند درجہ حرارت پر مکمل کیا جاتا ہے۔ HIP عام طور پر کئی سو میگاپاسکلز کی حد میں دباؤ پر کام کرتا ہے۔ اس کے فوائد میں کم سنٹرنگ پریشر اور بڑے حجم اور پیچیدہ شکل کے نمونے تیار کرنے کی صلاحیت شامل ہے۔ تاہم، یہ عمل پیچیدہ ہے اور اس کی پیداواری کارکردگی کم ہے۔
(4) Precursor Infiltration and Pyrolysis (PIP)
پی آئی پی طریقہ ایک سلیکن کاربائیڈ پیشگی (پولی کاربوسیلین) کا استعمال کرتا ہے جسے گرم کیا جاتا ہے اور سلکان کاربائیڈ بنانے کے لیے پائرولائز کیا جاتا ہے، جو پھر ہیرے کے ذرات کو ایک ساتھ باندھنے والے میٹرکس کا کام کرتا ہے۔ اس عمل کے فوائد ہیں کم سنٹرنگ درجہ حرارت، بڑے پیمانے پر یا پیچیدہ شکل کے نمونوں کی صلاحیت، اور مرکب میں کوئی بقایا سلکان نہیں ہے۔ تاہم، پیشرو کی کم تبادلوں کی پیداوار کی وجہ سے، کثافت کو بہتر بنانے کے لیے اکثر متعدد چکروں کی ضرورت ہوتی ہے۔
(5) کیمیائی بخارات کی دراندازی (CVI)
CVI ایک نسبتاً ہلکا عمل ہے۔ کم دراندازی کے درجہ حرارت پر، ہیرے کے ذرات مستحکم رہتے ہیں اور گرافٹائزیشن سے گریز کیا جاتا ہے۔ دیگر تکنیکوں کے مقابلے میں، سلکان کاربائیڈ کا مرحلہ مادی سطح پر کیمیائی بخارات کے جمع ہونے سے اخذ کیا جاتا ہے، اس لیے سی وی آئی کے عمل کے دوران سلکان فیز کو مکمل طور پر ختم کیا جا سکتا ہے۔ اس طریقے سے تیار کردہ مرکبات نسبتاً کم کثافت کے حامل ہوتے ہیں اور عام طور پر پتلی شیٹ کے نمونے تیار کرنے کے لیے استعمال ہوتے ہیں۔
(6) رد عمل کی دراندازی (RI)
RI ایک کثافت کا عمل ہے جس میں ٹھوس کو گرم کرکے پگھلایا جاتا ہے اور تیار شدہ پرفارم میں گھس جاتا ہے۔ کمک اور میٹرکس کے درمیان گیلے پن پر منحصر ہے، یا تو دباؤ کی مدد سے یا بغیر دباؤ کے دراندازی کو استعمال کیا جا سکتا ہے۔
اس عمل میں، ہیرے کے ذرات اور گریفائٹ پاؤڈر کو یکساں طور پر ملایا جاتا ہے، جس میں رال کو بائنڈر کے طور پر استعمال کیا جاتا ہے، اور پھر ٹھنڈا دبایا جاتا ہے یا گرم دبایا جاتا ہے تاکہ پریفارم بن سکے۔ اس کے بعد پریفارم کو ڈیبائنڈنگ اور پائرولیسس کا نشانہ بنایا جاتا ہے تاکہ بائنڈر کو مکمل طور پر کاربنائز کیا جا سکے اور پرفارم پورسٹی کو بڑھایا جا سکے۔ آخر میں، سلکان کی دراندازی ویکیوم یا غیر فعال ماحول میں گرم کرکے کی جاتی ہے۔ دراندازی کے دوران، مائع سلکان پائرولٹک کاربن اور شامل کردہ گریفائٹ پاؤڈر کے ساتھ رد عمل ظاہر کرتا ہے تاکہ سلکان کاربائیڈ بن سکے۔ کاربن کا رد عمل مکمل ہونے کے بعد، پرفارم میں باقی ماندہ سوراخ مائع سلیکون سے بھر جاتے ہیں، جس کے نتیجے میں ایک گھنے ہیرے/سلیکان کاربائیڈ کا مرکب ہوتا ہے۔ دیگر عملوں کے مقابلے میں، RI کو پیچیدہ طریقہ کار یا مہنگے آلات کی ضرورت نہیں ہے۔ یہ عمل آسان ہے پھر بھی جامع کو قریب سے خالص شکل دینے کے قابل بناتا ہے۔