నీలమణి అనేది అధిక ద్రవీభవన ఉష్ణోగ్రతతో కఠినమైన, ధరించే నిరోధక మరియు బలమైన పదార్థం, ఇది రసాయనికంగా విస్తృతంగా జడత్వం కలిగి ఉంటుంది మరియు ఇది ఆసక్తికరమైన ఆప్టికల్ లక్షణాలను చూపుతుంది. అందువల్ల, ప్రధాన పరిశ్రమ రంగాలు ఆప్టిక్స్ మరియు ఎలక్ట్రానిక్స్ అయిన అనేక సాంకేతిక అనువర్తనాల కోసం నీలమణి ఉపయోగించబడుతుంది. నేడు పారిశ్రామిక నీలమణి యొక్క అతిపెద్ద భాగం LED మరియు సెమీకండక్టర్ ఉత్పత్తికి ఒక ఉపరితలంగా ఉపయోగించబడుతుంది, తర్వాత కొన్ని ఉదాహరణలను పేర్కొనడానికి గడియారాలు, మొబైల్ ఫోన్ భాగాలు లేదా బార్ కోడ్ స్కానర్‌ల కోసం విండోస్‌గా ఉపయోగించబడుతుంది [1]. నేడు, నీలమణి సింగిల్ స్ఫటికాలను పెంచడానికి వివిధ పద్ధతులు అందుబాటులో ఉన్నాయి, మంచి అవలోకనాన్ని [1, 2]లో చూడవచ్చు. ఏది ఏమైనప్పటికీ, కైరోపౌలోస్ ప్రాసెస్ (KY), హీట్-ఎక్స్ఛేంజ్ పద్ధతి (HEM) మరియు ఎడ్జ్డ్-డిఫైన్డ్ ఫిల్మ్-ఫెడ్ గ్రోత్ (EFG) అనే మూడు పెరుగుతున్న పద్ధతులు ప్రపంచవ్యాప్తంగా నీలమణి ఉత్పత్తి సామర్థ్యాలలో 90% కంటే ఎక్కువ.

కృత్రిమంగా ఉత్పత్తి చేయబడిన క్రిస్టల్ కోసం మొదటి ప్రయత్నం చిన్న రూబీ సింగిల్ స్ఫటికాల కోసం 1877లో చేయబడింది [2]. తక్షణమే 1926లో కైరోపౌలోస్ ప్రక్రియ కనుగొనబడింది. ఇది వాక్యూమ్‌లో పనిచేస్తుంది మరియు చాలా అధిక నాణ్యత కలిగిన పెద్ద స్థూపాకార ఆకారపు బౌల్స్‌ను ఉత్పత్తి చేయడానికి అనుమతిస్తుంది. మరో ఆసక్తికరమైన నీలమణిని పెంచే పద్ధతి ఎడ్జ్-డిఫైన్డ్ ఫిల్మ్-ఫెడ్ గ్రోత్. EFG సాంకేతికత ఒక కేశనాళిక ఛానెల్‌పై ఆధారపడి ఉంటుంది, ఇది ద్రవ-మెల్ట్‌తో నిండి ఉంటుంది మరియు రాడ్‌లు, ట్యూబ్‌లు లేదా షీట్‌లు (రిబ్బన్‌లు అని కూడా పిలుస్తారు) వంటి ఆకారపు నీలమణి స్ఫటికాలను పెంచడానికి అనుమతిస్తుంది. ఈ పద్ధతులకు విరుద్ధంగా, 1960ల చివరలో జన్మించిన ఉష్ణ-మార్పిడి పద్ధతి, దిగువ నుండి నిర్వచించబడిన ఉష్ణ సంగ్రహణ ద్వారా క్రూసిబుల్ ఆకారంలో స్పన్ క్రూసిబుల్ లోపల పెద్ద నీలమణి బౌల్స్‌ను పెంచడానికి అనుమతిస్తుంది. పెరుగుతున్న ప్రక్రియ చివరిలో నీలమణి బౌల్ క్రూసిబుల్‌కు అంటుకుంటుంది కాబట్టి, కూల్ డౌన్ ప్రక్రియలో బౌల్స్ పగుళ్లు ఏర్పడతాయి మరియు క్రూసిబుల్ ఒక్కసారి మాత్రమే ఉపయోగించబడుతుంది.
ఈ నీలమణి క్రిస్టల్ గ్రోయింగ్ టెక్నాలజీలలో ఏదైనా ఉమ్మడిగా ప్రధాన భాగాలు - ముఖ్యంగా క్రూసిబుల్స్ - అధిక-ఉష్ణోగ్రత వక్రీభవన లోహాలు అవసరం. పెరుగుతున్న పద్ధతిని బట్టి క్రూసిబుల్స్ మాలిబ్డినం లేదా టంగ్‌స్టన్‌తో తయారు చేయబడతాయి, అయితే లోహాలు రెసిస్టెన్స్ హీటర్‌లు, డై-ప్యాక్‌లు మరియు హాట్-జోన్ షీల్డింగ్‌ల కోసం కూడా విస్తృతంగా ఉపయోగించబడతాయి [1]. అయినప్పటికీ, ఈ ప్రక్రియలలో నొక్కిన-సింటర్డ్ క్రూసిబుల్స్ ఉపయోగించబడుతున్నందున, ఈ పేపర్‌లో మేము KY మరియు EFG సంబంధిత అంశాలపై మా చర్చను కేంద్రీకరిస్తాము.
ఈ నివేదికలో మేము మాలిబ్డినం (Mo), టంగ్‌స్టన్ (W) మరియు దాని మిశ్రమాలు (MoW) వంటి నొక్కిన-సింటర్డ్ మెటీరియల్‌ల ఉపరితల కండిషనింగ్‌పై మెటీరియల్ క్యారెక్టరైజేషన్ అధ్యయనాలు మరియు పరిశోధనలను అందిస్తున్నాము. మొదటి భాగంలో మా దృష్టి అధిక-ఉష్ణోగ్రత మెకానికల్ డేటా మరియు పెళుసైన పరివర్తన ఉష్ణోగ్రతపై సాగుతుంది. యాంత్రిక లక్షణాలకు అనుబంధంగా మేము థర్మో-ఫిజికల్ లక్షణాలను అధ్యయనం చేసాము, అంటే ఉష్ణ విస్తరణ మరియు ఉష్ణ వాహకత యొక్క గుణకం. రెండవ భాగంలో మేము అల్యూమినా మెల్ట్‌తో నిండిన క్రూసిబుల్స్ నిరోధకతను మెరుగుపరచడానికి ప్రత్యేకంగా ఉపరితల కండిషనింగ్ టెక్నిక్‌పై అధ్యయనాలను ప్రదర్శిస్తాము. మూడవ భాగంలో 2100 °C వద్ద వక్రీభవన లోహాలపై ద్రవ అల్యూమినా యొక్క చెమ్మగిల్లడం కోణాల కొలతలపై మేము నివేదిస్తాము. మేము Mo, W మరియు MoW25 మిశ్రమం (75 wt.% మాలిబ్డినం, 25 wt.% టంగ్‌స్టన్)పై మెల్ట్-డ్రాప్ ప్రయోగాలు చేసాము మరియు వివిధ వాతావరణ పరిస్థితులపై ఆధారపడటాన్ని అధ్యయనం చేసాము. మా పరిశోధనల ఫలితంగా మేము నీలమణి వృద్ధి సాంకేతికతలలో ఆసక్తికరమైన మెటీరియల్‌గా మరియు స్వచ్ఛమైన మాలిబ్డినం మరియు టంగ్‌స్టన్‌లకు సంభావ్య ప్రత్యామ్నాయంగా MoWని ప్రతిపాదిస్తున్నాము.
అధిక-ఉష్ణోగ్రత యాంత్రిక మరియు థర్మో-భౌతిక లక్షణాలు
నీలమణి క్రిస్టల్ గ్రోత్ మెథడ్స్ KY మరియు EFG ప్రపంచంలోని నీలమణి పరిమాణం వాటాలో 85% కంటే ఎక్కువ కోసం తక్షణమే సేవలు అందిస్తాయి. రెండు పద్ధతులలో, ద్రవ అల్యూమినాను నొక్కిన-సింటర్డ్ క్రూసిబుల్స్‌లో ఉంచుతారు, సాధారణంగా KY ప్రక్రియ కోసం టంగ్‌స్టన్‌తో తయారు చేస్తారు మరియు EFG ప్రక్రియ కోసం మాలిబ్డినంతో తయారు చేస్తారు. ఈ పెరుగుతున్న ప్రక్రియలకు క్రూసిబుల్స్ కీలకమైన సిస్టమ్ భాగాలు. KY ప్రాసెస్‌లో టంగ్‌స్టన్ క్రూసిబుల్స్ ఖర్చులను తగ్గించడంతోపాటు EFG ప్రక్రియలో మాలిబ్డినం క్రూసిబుల్స్ యొక్క జీవితకాలాన్ని పెంచే ఆలోచనతో, మేము అదనంగా రెండు MoW మిశ్రమాలను ఉత్పత్తి చేసి పరీక్షించాము, అంటే MoW30 70 wt.% Mo మరియు 30 wt. % W మరియు MoW50 ప్రతి ఒక్కటి 50 wt.% Mo మరియు W కలిగి ఉంటాయి.
అన్ని మెటీరియల్ క్యారెక్టరైజేషన్ అధ్యయనాల కోసం మేము మో, MoW30, MoW50 మరియు W. టేబుల్ I యొక్క ప్రెస్‌డ్-సింటర్డ్ కడ్డీలను ఉత్పత్తి చేసాము.

టేబుల్ I: మెకానికల్ మరియు థర్మో-ఫిజికల్ ప్రాపర్టీస్‌పై కొలతల కోసం ఉపయోగించిన ప్రెస్డ్-సింటెర్డ్ మెటీరియల్స్ యొక్క సారాంశం. పదార్థాల ప్రారంభ రాష్ట్రాల సాంద్రత మరియు సగటు ధాన్యం పరిమాణాన్ని పట్టిక చూపుతుంది

క్రూసిబుల్స్ అధిక ఉష్ణోగ్రతలకు ఎక్కువ కాలం బహిర్గతమయ్యే కారణంగా, మేము ప్రత్యేకంగా 1000 °C మరియు 2100 °C మధ్య అధిక-ఉష్ణోగ్రత పరిధిలో విస్తృతమైన తన్యత పరీక్షలను నిర్వహించాము. మూర్తి 1 Mo, MoW30 మరియు MoW50 కోసం ఈ ఫలితాలను సంగ్రహిస్తుంది, ఇక్కడ 0.2 % దిగుబడి బలం (Rp0.2) మరియు ఫ్రాక్చర్ (A) వరకు పొడిగింపు చూపబడుతుంది. పోలిక కోసం, నొక్కిన-సింటెర్డ్ W యొక్క డేటా పాయింట్ 2100 °C వద్ద సూచించబడుతుంది.
మాలిబ్డినమ్‌లో ఆదర్శవంతమైన ఘన-పరిష్కార టంగ్‌స్టన్ కోసం Rp0.2 స్వచ్ఛమైన మో మెటీరియల్‌తో పోలిస్తే పెరుగుతుందని భావిస్తున్నారు. 1800 °C వరకు ఉష్ణోగ్రతల కోసం రెండు MoW మిశ్రమాలు Mo కంటే కనీసం 2 రెట్లు ఎక్కువ Rp0.2ని చూపుతాయి, మూర్తి 1(a) చూడండి. అధిక ఉష్ణోగ్రతల కోసం మాత్రమే MoW50 గణనీయంగా మెరుగైన Rp0.2ని చూపుతుంది. నొక్కిన-సింటర్డ్ W 2100 °C వద్ద అత్యధిక Rp0.2ని చూపుతుంది. మూర్తి 1(బి)లో చూపిన విధంగా తన్యత పరీక్షలు A కూడా వెల్లడిస్తాయి. MoW మిశ్రమాలు రెండూ ఫ్రాక్చర్ విలువలకు చాలా సారూప్యమైన పొడుగును చూపుతాయి, ఇవి సాధారణంగా Mo యొక్క సగం విలువలను కలిగి ఉంటాయి. 2100 °C వద్ద ఉన్న టంగ్‌స్టన్ యొక్క సాపేక్షంగా అధిక A, Moతో పోలిస్తే దాని మరింత సూక్ష్మమైన నిర్మాణం వల్ల ఏర్పడుతుంది.
నొక్కిన-సింటర్డ్ మాలిబ్డినం టంగ్‌స్టన్ మిశ్రమాల యొక్క డక్టైల్ నుండి పెళుసుగా మారే ఉష్ణోగ్రత (DBTT)ని నిర్ణయించడానికి, బెండింగ్ కోణంపై కొలతలు కూడా వివిధ పరీక్ష ఉష్ణోగ్రతలలో నిర్వహించబడ్డాయి. ఫలితాలు మూర్తి 2లో చూపబడ్డాయి. పెరుగుతున్న టంగ్‌స్టన్ కంటెంట్‌తో DBTT పెరుగుతుంది. Mo యొక్క DBTT సాపేక్షంగా 250 °C వద్ద తక్కువగా ఉండగా, MoW30 మరియు MoW50 మిశ్రమాలు వరుసగా సుమారు 450 °C మరియు 550 °C DBTTని చూపుతాయి.

మెకానికల్ క్యారెక్టరైజేషన్‌కు అనుబంధంగా మేము థర్మో-ఫిజికల్ లక్షణాలను కూడా అధ్యయనం చేసాము. ఉష్ణ విస్తరణ గుణకం (CTE) పుష్-రాడ్ డైలాటోమీటర్ [3]లో 1600 °C వరకు ఉష్ణోగ్రత పరిధిలో Ø5 mm మరియు 25 mm పొడవుతో నమూనాను ఉపయోగించి కొలుస్తారు. CTE కొలతలు మూర్తి 3లో వివరించబడ్డాయి. అన్ని పదార్థాలు పెరుగుతున్న ఉష్ణోగ్రతతో CTE యొక్క చాలా సారూప్యమైన ఆధారపడటాన్ని చూపుతాయి. మిశ్రమాలు MoW30 మరియు MoW50 కోసం CTE విలువలు Mo మరియు W విలువల మధ్య ఉంటాయి. నొక్కిన-సింటర్డ్ పదార్థాల యొక్క అవశేష సారంధ్రత అస్పష్టంగా ఉంటుంది మరియు చిన్న వ్యక్తిగత రంధ్రాలతో, పొందిన CTE షీట్లు వంటి అధిక సాంద్రత కలిగిన పదార్థాలను పోలి ఉంటుంది మరియు రాడ్లు [4].
లేజర్ ఫ్లాష్ పద్ధతి [5, 6] ఉపయోగించి Ø12.7 మిమీ మరియు 3.5 మిమీ మందంతో థర్మల్ డిఫ్యూసివిటీ మరియు స్పెసిమెన్ యొక్క నిర్దిష్ట వేడి రెండింటినీ కొలవడం ద్వారా నొక్కిన-సింటర్డ్ పదార్థాల యొక్క ఉష్ణ వాహకత పొందబడింది. ఐసోట్రోపిక్ పదార్థాల కోసం, నొక్కిన-సింటెడ్ మెటీరియల్స్, నిర్దిష్ట వేడిని అదే పద్ధతితో కొలవవచ్చు. కొలతలు 25 °C మరియు 1000 °C మధ్య ఉష్ణోగ్రత పరిధిలో తీసుకోబడ్డాయి. థర్మల్ కండక్టివిటీని లెక్కించడానికి మేము టేబుల్ Iలో చూపిన విధంగా పదార్థ సాంద్రతలను అదనంగా ఉపయోగించాము మరియు ఉష్ణోగ్రత స్వతంత్ర సాంద్రతలను ఊహించుకుంటాము. నొక్కిన-సింటర్డ్ Mo, MoW30, MoW50 మరియు W. ఉష్ణ వాహకత కోసం ఫలిత ఉష్ణ వాహకతను మూర్తి 4 చూపిస్తుంది.

పరిశోధించబడిన అన్ని ఉష్ణోగ్రతల కోసం MoW మిశ్రమాలు 100 W/mK కంటే తక్కువగా ఉంటాయి మరియు స్వచ్ఛమైన మాలిబ్డినం మరియు టంగ్‌స్టన్‌తో పోలిస్తే చాలా తక్కువగా ఉంటాయి. అదనంగా, పెరుగుతున్న ఉష్ణోగ్రతతో Mo మరియు W యొక్క వాహకత తగ్గుతుంది, అయితే MoW మిశ్రమం యొక్క వాహకత పెరుగుతున్న ఉష్ణోగ్రతతో పెరుగుతున్న విలువలను సూచిస్తుంది.
ఈ వ్యత్యాసానికి కారణం ఈ పనిలో పరిశోధించబడలేదు మరియు భవిష్యత్ పరిశోధనలలో భాగంగా ఉంటుంది. లోహాలకు తక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద ఉష్ణ వాహకత యొక్క ప్రధాన భాగం ఫోనాన్ సహకారం అయితే అధిక ఉష్ణోగ్రతల వద్ద ఎలక్ట్రాన్ వాయువు ఉష్ణ వాహకతపై ఆధిపత్యం చెలాయిస్తుంది [7]. పదార్థ లోపాలు మరియు లోపాల వల్ల ఫోనాన్లు ప్రభావితమవుతాయి. అయినప్పటికీ, తక్కువ ఉష్ణోగ్రత పరిధిలో ఉష్ణ వాహకత పెరుగుదల MoW మిశ్రమాలకు మాత్రమే కాకుండా ఇతర ఘన-పరిష్కార పదార్థాలైన ఉదా టంగ్‌స్టన్-రీనియం [8] వంటి వాటికి కూడా గమనించవచ్చు, ఇక్కడ ఎలక్ట్రాన్ సహకారం ఒక ముఖ్యమైన పాత్ర పోషిస్తుంది.
మెకానికల్ మరియు థర్మో-ఫిజికల్ లక్షణాల పోలిక నీలమణి అనువర్తనాలకు MoW ఒక ఆసక్తికరమైన పదార్థం అని చూపిస్తుంది. అధిక ఉష్ణోగ్రతలు> 2000 °C కోసం దిగుబడి బలం మాలిబ్డినం కంటే ఎక్కువగా ఉంటుంది మరియు క్రూసిబుల్స్ యొక్క సుదీర్ఘ జీవితకాలం ఆచరణీయంగా ఉండాలి. అయినప్పటికీ, పదార్థం మరింత పెళుసుగా మారుతుంది మరియు మ్యాచింగ్ మరియు హ్యాండ్లింగ్ సర్దుబాటు చేయాలి. మూర్తి 4లో చూపిన విధంగా నొక్కిన-సింటర్డ్ MoW యొక్క గణనీయంగా తగ్గిన ఉష్ణ వాహకత, పెరుగుతున్న ఫర్నేస్ యొక్క స్వీకరించబడిన హీట్-అప్ మరియు కూల్-డౌన్ పారామితులు అవసరమని సూచిస్తుంది. ముఖ్యంగా హీట్-అప్ దశలో, అల్యూమినాను క్రూసిబుల్‌లో కరిగించాల్సిన అవసరం ఉంది, క్రూసిబుల్ ద్వారా మాత్రమే వేడిని దాని ముడి ఫిల్లింగ్ మెటీరియల్‌కు రవాణా చేస్తుంది. క్రూసిబుల్‌లో అధిక ఉష్ణ ఒత్తిడిని నివారించడానికి MoW యొక్క తగ్గిన ఉష్ణ వాహకతను పరిగణించాలి. HEM క్రిస్టల్ గ్రోయింగ్ పద్దతి సందర్భంలో MoW మిశ్రమాల CTE విలువల పరిధి ఆసక్తికరంగా ఉంటుంది. సూచన [9]లో చర్చించినట్లుగా, Mo యొక్క CTE కూల్ డౌన్ దశలో నీలమణి బిగింపుకు కారణమవుతుంది. అందువల్ల, MoW మిశ్రమం యొక్క తగ్గించబడిన CTE HEM ప్రక్రియ కోసం తిరిగి ఉపయోగించగల స్పన్ క్రూసిబుల్‌లను గ్రహించడానికి కీలకం కావచ్చు.
నొక్కిన-సింటర్డ్ వక్రీభవన లోహాల ఉపరితల కండిషనింగ్
ఉపోద్ఘాతంలో చర్చించినట్లుగా, అల్యూమినాను 2050 °C కంటే కొంచెం ఎక్కువగా కరిగించేలా వేడి చేయడానికి మరియు ఉంచడానికి నీలమణి క్రిస్టల్ పెరుగుదల ప్రక్రియలలో నొక్కిన-సింటర్డ్ క్రూసిబుల్స్ తరచుగా ఉపయోగించబడతాయి. తుది నీలమణి క్రిస్టల్ నాణ్యత కోసం ఒక ముఖ్యమైన అవసరం ఏమిటంటే, కరిగేటటువంటి మలినాలను మరియు గ్యాస్ బుడగలను వీలైనంత తక్కువగా ఉంచడం. నొక్కిన-సింటెడ్ భాగాలు అవశేష సారంధ్రతను కలిగి ఉంటాయి మరియు చక్కటి-కణిత నిర్మాణాన్ని చూపుతాయి. క్లోజ్డ్ సచ్ఛిద్రతతో కూడిన ఈ సూక్ష్మ-కణిత నిర్మాణం ముఖ్యంగా ఆక్సిడిక్ కరుగుల ద్వారా లోహం యొక్క మెరుగైన తుప్పుకు పెళుసుగా ఉంటుంది. నీలమణి స్ఫటికాల కోసం మరొక సమస్య కరుగు లోపల చిన్న గ్యాస్ బుడగలు. కరుగుతో సంబంధం ఉన్న వక్రీభవన భాగం యొక్క పెరిగిన ఉపరితల కరుకుదనం ద్వారా గ్యాస్ బుడగలు ఏర్పడటం మెరుగుపడుతుంది.

నొక్కిన-సింటెర్డ్ పదార్థాల యొక్క ఈ సమస్యలను అధిగమించడానికి మేము యాంత్రిక ఉపరితల చికిత్సను ఉపయోగించుకుంటాము. మేము నొక్కే సాధనంతో పద్ధతిని పరీక్షించాము, ఇక్కడ ఒక సిరామిక్ పరికరం నొక్కిన-సింటర్డ్ భాగం యొక్క నిర్వచించబడిన ఒత్తిడిలో ఉపరితలంపై పని చేస్తుంది [10]. ఉపరితలంపై ప్రభావవంతమైన ఒత్తిడి ఒత్తిడి ఈ ఉపరితల కండిషనింగ్ సమయంలో సిరామిక్ సాధనం యొక్క సంపర్క ఉపరితలంపై ఆధారపడి ఉంటుంది. ఈ చికిత్సతో స్థానికంగా నొక్కిన-సింటర్డ్ పదార్థాల ఉపరితలంపై అధిక ఒత్తిడి ఒత్తిడిని వర్తింపజేయవచ్చు మరియు పదార్థ ఉపరితలం ప్లాస్టిక్‌గా వైకల్యంతో ఉంటుంది. మూర్తి 5 ఈ సాంకేతికతతో పని చేసిన ఒక నొక్కిన-సింటర్డ్ మాలిబ్డినం నమూనా యొక్క ఉదాహరణను చూపుతుంది.
సాధనం ఒత్తిడిపై ప్రభావవంతమైన నొక్కడం ఒత్తిడి యొక్క ఆధారపడటాన్ని మూర్తి 6 గుణాత్మకంగా చూపుతుంది. నొక్కిన-సింటెర్డ్ మాలిబ్డినంలో సాధనం యొక్క స్టాటిక్ ముద్రల కొలతల నుండి డేటా తీసుకోబడింది. లైన్ మా మోడల్ ప్రకారం డేటాకు సరిపోయేలా సూచిస్తుంది.

డిస్క్‌లుగా తయారు చేయబడిన వివిధ నొక్కిన-సింటర్డ్ మెటీరియల్‌ల కోసం సాధన ఒత్తిడి యొక్క విధిగా ఉపరితల కరుకుదనం మరియు ఉపరితల కాఠిన్యం కొలతల కోసం సంగ్రహించబడిన విశ్లేషణ ఫలితాలను మూర్తి 7 చూపిస్తుంది. మూర్తి 7(ఎ)లో చూపిన విధంగా చికిత్స ఉపరితలం గట్టిపడుతుంది. Mo మరియు MoW30 పరీక్షించిన రెండు పదార్థాల కాఠిన్యం దాదాపు 150% పెరిగింది. అధిక సాధనం ఒత్తిడికి కాఠిన్యం మరింత పెరగడం లేదు. Mo కోసం 0.1 μm కంటే తక్కువ Ra ఉన్న అత్యంత మృదువైన ఉపరితలాలు సాధ్యమేనని మూర్తి 7(b) చూపిస్తుంది. టూల్ ఒత్తిళ్లను పెంచడం కోసం మో యొక్క కరుకుదనం మళ్లీ పెరుగుతుంది. MoW30 (మరియు W) Mo కంటే కఠినమైన పదార్ధాలు కాబట్టి, MoW30 మరియు W యొక్క రా విలువలు సాధారణంగా Mo కంటే 2-3 రెట్లు ఎక్కువగా ఉంటాయి. Moకి విరుద్ధంగా, W యొక్క ఉపరితల కరుకుదనం దాని లోపల అధిక సాధన ఒత్తిడిని వర్తింపజేయడం ద్వారా తగ్గుతుంది. పరీక్షించిన పరామితి పరిధి.
కండిషన్డ్ ఉపరితలాల యొక్క మా స్కానింగ్ ఎలక్ట్రాన్ మైక్రోస్కోపీ (SEM) అధ్యయనాలు ఉపరితల కరుకుదనం యొక్క డేటాను నిర్ధారిస్తాయి, మూర్తి 7(బి) చూడండి. మూర్తి 8(a)లో చిత్రీకరించినట్లుగా, ముఖ్యంగా అధిక సాధన ఒత్తిడి ధాన్యం ఉపరితల నష్టం మరియు మైక్రోక్రాక్‌లకు దారి తీస్తుంది. చాలా అధిక ఉపరితల ఒత్తిడి వద్ద కండిషనింగ్ ఉపరితలం నుండి ధాన్యాన్ని తొలగించడానికి కూడా కారణమవుతుంది, మూర్తి 8(బి) చూడండి. నిర్దిష్ట మ్యాచింగ్ పారామితుల వద్ద MoW మరియు W లకు కూడా ఇలాంటి ప్రభావాలను గమనించవచ్చు.
ఉపరితల ధాన్యం నిర్మాణం మరియు దాని ఉష్ణోగ్రత ప్రవర్తనకు సంబంధించి ఉపరితల కండిషనింగ్ టెక్నిక్ యొక్క ప్రభావాన్ని అధ్యయనం చేయడానికి, మేము Mo, MoW30 మరియు W యొక్క మూడు టెస్ట్ డిస్క్‌ల నుండి ఎనియలింగ్ నమూనాలను సిద్ధం చేసాము.

నమూనాలను 800 °C నుండి 2000 °C పరిధిలోని వివిధ పరీక్షా ఉష్ణోగ్రతల వద్ద 2 గంటల పాటు చికిత్స చేశారు మరియు లైట్ మైక్రోస్కోపీ విశ్లేషణ కోసం మైక్రోసెక్షన్‌లు తయారు చేయబడ్డాయి.
మూర్తి 9 నొక్కిన-సింటెర్డ్ మాలిబ్డినం యొక్క మైక్రోసెక్షన్ ఉదాహరణలను చూపుతుంది. చికిత్స ఉపరితలం యొక్క ప్రారంభ స్థితి మూర్తి 9(a)లో ప్రదర్శించబడింది. ఉపరితలం దాదాపు 200 μm పరిధిలో దాదాపు దట్టమైన పొరను చూపుతుంది. ఈ పొర క్రింద సింటరింగ్ రంధ్రాలతో ఒక సాధారణ పదార్థ నిర్మాణం కనిపిస్తుంది, అవశేష సచ్ఛిద్రత సుమారు 5% ఉంటుంది. ఉపరితల పొర లోపల కొలిచిన అవశేష సచ్ఛిద్రత 1% కంటే తక్కువగా ఉంటుంది. మూర్తి 9(బి) 1700 °C వద్ద 2 గం వరకు ఎనియలింగ్ చేసిన తర్వాత ధాన్యం నిర్మాణాన్ని చూపుతుంది. దట్టమైన ఉపరితల పొర యొక్క మందం పెరిగింది మరియు ఉపరితల కండిషనింగ్ ద్వారా సవరించబడని వాల్యూమ్‌లోని ధాన్యాల కంటే గింజలు గణనీయంగా పెద్దవిగా ఉంటాయి. ఈ ముతక-కణిత అత్యంత దట్టమైన పొర పదార్థం యొక్క క్రీప్ నిరోధకతను మెరుగుపరచడానికి ప్రభావవంతంగా ఉంటుంది.
మేము వివిధ సాధనాల ఒత్తిళ్ల కోసం మందం మరియు ధాన్యం పరిమాణానికి సంబంధించి ఉపరితల పొర యొక్క ఉష్ణోగ్రత ఆధారపడటాన్ని అధ్యయనం చేసాము. Mo మరియు MoW30 కోసం ఉపరితల పొర మందం కోసం మూర్తి 10 ప్రతినిధి ఉదాహరణలను చూపుతుంది. మూర్తి 10(a)లో వివరించిన విధంగా ప్రారంభ ఉపరితల పొర మందం మ్యాచింగ్ టూల్ సెటప్‌పై ఆధారపడి ఉంటుంది. 800 °C కంటే ఎక్కువ ఉష్ణోగ్రత వద్ద మో ఉపరితల పొర మందం పెరగడం ప్రారంభమవుతుంది. 2000 °C వద్ద పొర మందం 0.3 నుండి 0.7 మిమీ విలువలకు చేరుకుంటుంది. MoW30 కోసం మూర్తి 10(బి) చూపిన విధంగా 1500 °C కంటే ఎక్కువ ఉష్ణోగ్రతల కోసం మాత్రమే ఉపరితల పొర మందం పెరుగుదలను గమనించవచ్చు. అయినప్పటికీ 2000 °C వద్ద MoW30 పొర మందం Moని పోలి ఉంటుంది.

ఉపరితల పొర యొక్క మందం విశ్లేషణ వలె, మూర్తి 11 Mo మరియు MoW30 కోసం సగటు ధాన్యం పరిమాణ డేటాను చూపుతుంది, ఇది ఉష్ణోగ్రతలను ఎనియలింగ్ చేయడం యొక్క విధిగా ఉపరితల పొరలో కొలుస్తారు. బొమ్మల నుండి ఊహించినట్లుగా, ధాన్యం పరిమాణం - కొలత అనిశ్చితిలో - అనువర్తిత పారామితి సెటప్ నుండి స్వతంత్రంగా ఉంటుంది. ధాన్యం పరిమాణం పెరుగుదల ఉపరితల వైశాల్యం యొక్క వైకల్యం కారణంగా ఉపరితల పొర యొక్క అసాధారణ ధాన్యం పెరుగుదలను సూచిస్తుంది. మాలిబ్డినం ధాన్యాలు 1100 °C కంటే ఎక్కువ పరీక్ష ఉష్ణోగ్రతల వద్ద పెరుగుతాయి మరియు ప్రారంభ ధాన్యం పరిమాణంతో పోలిస్తే ధాన్యం పరిమాణం 2000 °C వద్ద దాదాపు 3 రెట్లు ఎక్కువగా ఉంటుంది. ఉపరితల కండిషన్డ్ పొర యొక్క MoW30 ధాన్యాలు 1500 °C ఉష్ణోగ్రతల కంటే పెరగడం ప్రారంభిస్తాయి. 2000 °C పరీక్ష ఉష్ణోగ్రత వద్ద సగటు ధాన్యం పరిమాణం ప్రారంభ ధాన్యం పరిమాణం కంటే 2 రెట్లు ఉంటుంది.
సారాంశంలో, ఉపరితల కండిషనింగ్ టెక్నిక్‌పై మా పరిశోధనలు నొక్కిన-సింటర్డ్ మాలిబ్డినం టంగ్‌స్టన్ మిశ్రమాలకు బాగా వర్తిస్తాయని చూపిస్తుంది. ఈ పద్ధతిని ఉపయోగించి, పెరిగిన కాఠిన్యం ఉన్న ఉపరితలాలు అలాగే 0.5 μm కంటే తక్కువ Ra ఉన్న మృదువైన ఉపరితలాలను పొందవచ్చు. తరువాతి ఆస్తి గ్యాస్ బబుల్ తగ్గింపు కోసం ప్రత్యేకంగా ప్రయోజనకరంగా ఉంటుంది. ఉపరితల పొరలో అవశేష సచ్ఛిద్రత సున్నాకి దగ్గరగా ఉంటుంది. ఎనియలింగ్ మరియు మైక్రోసెక్షన్ అధ్యయనాలు 500 μm యొక్క సాధారణ మందంతో అత్యంత దట్టమైన ఉపరితల పొరను పొందవచ్చు. దీని ద్వారా మ్యాచింగ్ పరామితి పొర మందాన్ని నియంత్రించగలదు. సాధారణంగా నీలమణిని పెంచే పద్ధతుల్లో ఉపయోగించిన విధంగా కండిషన్డ్ మెటీరియల్‌ను అధిక ఉష్ణోగ్రతలకు బహిర్గతం చేసినప్పుడు, ఉపరితల పొర ఉపరితల మ్యాచింగ్ లేకుండా కంటే 2-3 రెట్లు పెద్ద ధాన్యం పరిమాణంతో ముతకగా ఉంటుంది. ఉపరితల పొరలో ధాన్యం పరిమాణం మ్యాచింగ్ పారామితుల నుండి స్వతంత్రంగా ఉంటుంది. ఉపరితలంపై ధాన్యం సరిహద్దుల సంఖ్య సమర్థవంతంగా తగ్గించబడుతుంది. ఇది ధాన్యం సరిహద్దుల వెంట మూలకాల వ్యాప్తికి వ్యతిరేకంగా అధిక నిరోధకతకు దారితీస్తుంది మరియు కరిగే దాడి తక్కువగా ఉంటుంది. అదనంగా, నొక్కిన-సింటర్డ్ మాలిబ్డినం టంగ్‌స్టన్ మిశ్రమాల యొక్క అధిక ఉష్ణోగ్రత క్రీప్ నిరోధకత మెరుగుపరచబడింది.

వక్రీభవన లోహాలపై ద్రవ అల్యూమినా యొక్క చెమ్మగిల్లడం అధ్యయనాలు
మాలిబ్డినం లేదా టంగ్‌స్టన్‌పై ద్రవ అల్యూమినాను చెమ్మగిల్లడం అనేది నీలమణి పరిశ్రమలో ప్రాథమిక ఆసక్తిని కలిగి ఉంది. ప్రత్యేకించి EFG ప్రక్రియ కోసం డై-ప్యాక్ కేశనాళికలలోని అల్యూమినా చెమ్మగిల్లడం ప్రవర్తన నీలమణి రాడ్‌లు లేదా రిబ్బన్‌ల పెరుగుదల రేటును నిర్ణయిస్తుంది. ఎంచుకున్న పదార్థం, ఉపరితల కరుకుదనం లేదా ప్రక్రియ వాతావరణం యొక్క ప్రభావాన్ని అర్థం చేసుకోవడానికి మేము వివరణాత్మక చెమ్మగిల్లడం కోణ కొలతలను నిర్వహించాము [11].
చెమ్మగిల్లడం కొలతల కోసం Mo, MoW25 మరియు W షీట్ మెటీరియల్స్ నుండి 1 x 5 x 40 mm³ పరిమాణంతో పరీక్ష సబ్‌స్ట్రేట్‌లు ఉత్పత్తి చేయబడ్డాయి. మెటల్ షీట్ సబ్‌స్ట్రేట్ ద్వారా అధిక విద్యుత్ ప్రవాహాన్ని పంపడం ద్వారా అల్యూమినా యొక్క ద్రవీభవన ఉష్ణోగ్రత 2050 °C అర నిమిషంలో సాధించవచ్చు. కోణం కొలతల కోసం చిన్న అల్యూమినా కణాలు షీట్ నమూనాల పైన ఉంచబడ్డాయి మరియు తరువాత

చుక్కలుగా కరిగిపోయింది. ఒక ఆటోమేటెడ్ ఇమేజింగ్ సిస్టమ్ మెల్ట్ బిందువును ఉదాహరణకు మూర్తి 12లో చిత్రీకరించినట్లుగా రికార్డ్ చేసింది. ప్రతి మెల్ట్-డ్రాప్ ప్రయోగం బిందువు ఆకృతిని విశ్లేషించడం ద్వారా చెమ్మగిల్లడం కోణాన్ని కొలవడానికి అనుమతిస్తుంది, మూర్తి 12(a)ని చూడండి మరియు సబ్‌స్ట్రేట్ బేస్‌లైన్‌ను సాధారణంగా ఆఫ్ చేసిన కొద్దిసేపటికే. హీటింగ్ కరెంట్, ఫిగర్ 12(బి) చూడండి.
మేము 10-5mbar వద్ద వాక్యూమ్ మరియు 900 mbar ఒత్తిడి వద్ద ఆర్గాన్ అనే రెండు విభిన్న వాతావరణ పరిస్థితుల కోసం చెమ్మగిల్లడం కోణం కొలతలను నిర్వహించాము. అదనంగా, రెండు ఉపరితల రకాలు పరీక్షించబడ్డాయి, అంటే Ra ~ 1 μmతో కఠినమైన ఉపరితలాలు మరియు Ra ~ 0.1 μmతో మృదువైన ఉపరితలాలు.
మృదువైన ఉపరితలాల కోసం Mo, MoW25 మరియు W కోసం చెమ్మగిల్లడం కోణాలపై అన్ని కొలతల ఫలితాలను టేబుల్ II సంగ్రహిస్తుంది. సాధారణంగా, ఇతర పదార్థాలతో పోలిస్తే మో యొక్క చెమ్మగిల్లడం కోణం చిన్నదిగా ఉంటుంది. అల్యూమినా మెల్ట్ మో ఉత్తమంగా తడిపిస్తుందని ఇది సూచిస్తుంది, ఇది EFG గ్రోయింగ్ టెక్నిక్‌లో ప్రయోజనకరంగా ఉంటుంది. ఆర్గాన్ కోసం పొందిన చెమ్మగిల్లడం కోణాలు వాక్యూమ్ కోణాల కంటే గణనీయంగా తక్కువగా ఉంటాయి. కఠినమైన ఉపరితల ఉపరితలాల కోసం మేము క్రమపద్ధతిలో కొంత తక్కువ చెమ్మగిల్లడం కోణాలను కనుగొంటాము. ఈ విలువలు సాధారణంగా టేబుల్ IIలో ఇవ్వబడిన కోణాల కంటే 2° తక్కువగా ఉంటాయి. అయినప్పటికీ, కొలత అనిశ్చితి కారణంగా, మృదువైన మరియు కఠినమైన ఉపరితలాల మధ్య గణనీయమైన కోణ వ్యత్యాసం నివేదించబడదు.

మేము ఇతర వాతావరణ పీడనాల కోసం కూడా చెమ్మగిల్లడం కోణాలను కొలిచాము, అనగా 10-5 mbar మరియు 900 mbar మధ్య విలువలు. ప్రాథమిక విశ్లేషణ 10-5 mbar మరియు 1 mbar మధ్య ఒత్తిడికి చెమ్మగిల్లడం దేవదూత మారదు. 1 mbar పైన మాత్రమే చెమ్మగిల్లడం కోణం 900 mbar ఆర్గాన్ (టేబుల్ II) వద్ద గమనించిన దాని కంటే తక్కువగా ఉంటుంది. వాతావరణ పరిస్థితితో పాటు, అల్యూమినా కరుగు యొక్క చెమ్మగిల్లడం ప్రవర్తనకు మరో ముఖ్యమైన అంశం ఆక్సిజన్ పాక్షిక పీడనం. కరిగే మరియు లోహపు ఉపరితలాల మధ్య రసాయన పరస్పర చర్యలు పూర్తి కొలత వ్యవధిలో (సాధారణంగా 1 నిమిషం) జరుగుతాయని మా పరీక్షలు సూచిస్తున్నాయి. Al2O3 అణువుల ప్రక్రియలను ఇతర ఆక్సిజన్ భాగాలలో కరిగించడాన్ని మేము అనుమానిస్తున్నాము, ఇవి కరిగే బిందువు దగ్గర ఉన్న సబ్‌స్ట్రేట్ పదార్థంతో సంకర్షణ చెందుతాయి. చెమ్మగిల్లడం కోణం యొక్క ఒత్తిడి ఆధారపడటం మరియు వక్రీభవన లోహాలతో కరిగే రసాయన పరస్పర చర్యలు రెండింటినీ మరింత వివరంగా పరిశోధించడానికి తదుపరి అధ్యయనాలు ప్రస్తుతం కొనసాగుతున్నాయి.