نیلم ایک سخت، لباس مزاحم اور مضبوط مواد ہے جس میں پگھلنے کا زیادہ درجہ حرارت ہے، یہ کیمیائی طور پر وسیع پیمانے پر غیر فعال ہے، اور یہ دلچسپ نظری خصوصیات کو ظاہر کرتا ہے۔ لہذا، نیلم کو بہت سے تکنیکی ایپلی کیشنز کے لیے استعمال کیا جاتا ہے جہاں صنعت کے اہم شعبے آپٹکس اور الیکٹرانکس ہیں۔ آج صنعتی نیلم کا سب سے بڑا حصہ ایل ای ڈی اور سیمی کنڈکٹر کی پیداوار کے لیے سبسٹریٹ کے طور پر استعمال کیا جاتا ہے، اس کے بعد گھڑیوں، موبائل فون کے پرزوں یا بار کوڈ اسکینرز کے لیے کھڑکیوں کے طور پر استعمال کیا جاتا ہے، چند مثالوں کے نام [1]۔ آج، نیلم سنگل کرسٹل اگانے کے مختلف طریقے دستیاب ہیں، ایک اچھا جائزہ مثال کے طور پر [1، 2] میں پایا جا سکتا ہے۔ تاہم، تین بڑھتے ہوئے طریقے Kyropoulos process (KY)، ہیٹ ایکسچینج میتھڈ (HEM) اور ایجڈ ڈیفائنڈ فلم فیڈ گروتھ (EFG) دنیا بھر میں نیلم کی پیداواری صلاحیتوں کا %90 سے زیادہ ہیں۔

مصنوعی طور پر تیار کردہ کرسٹل کے لیے پہلی کوشش 1877 میں چھوٹے روبی سنگل کرسٹل کے لیے کی گئی تھی [2]۔ آسانی سے 1926 میں Kyropoulos عمل ایجاد کیا گیا تھا. یہ ویکیوم میں کام کرتا ہے اور بہت ہی اعلیٰ معیار کے بڑے بیلناکار شکل کے بول تیار کرنے کی اجازت دیتا ہے۔ نیلم اگانے کا ایک اور دلچسپ طریقہ کنارے سے طے شدہ فلم سے کھلایا ہوا نمو ہے۔ EFG تکنیک ایک کیپلیری چینل پر مبنی ہے جو مائع پگھلنے سے بھرا ہوا ہے اور نیلم کی شکل کے کرسٹل جیسے سلاخوں، ٹیوبوں یا چادروں (جسے ربن بھی کہا جاتا ہے) کو اگانے کی اجازت دیتا ہے۔ ان طریقوں کے برعکس، 1960 کی دہائی کے اواخر میں پیدا ہونے والا ہیٹ ایکسچینج کا طریقہ، نیچے سے گرمی نکالنے کی وضاحت کے ذریعے کروسیبل کی شکل میں بڑے بڑے نیلم بیلوں کو اگانے کی اجازت دیتا ہے۔ چونکہ سیفائر باؤل بڑھنے کے عمل کے اختتام پر کروسیبل سے چپک جاتا ہے، لہٰذا کولڈ ڈاؤن عمل میں باؤلز ٹوٹ سکتے ہیں اور کروسیبل کو صرف ایک بار استعمال کیا جا سکتا ہے۔
ان میں سے کوئی بھی نیلم کرسٹل اگانے والی ٹیکنالوجی میں مشترک ہے کہ بنیادی اجزاء - خاص طور پر کروسیبلز - کو اعلی درجہ حرارت والی ریفریکٹری دھاتوں کی ضرورت ہوتی ہے۔ بڑھتے ہوئے طریقہ کار پر منحصر کروسیبلز مولیبڈینم یا ٹنگسٹن سے بنے ہوتے ہیں، لیکن دھاتوں کو مزاحمتی ہیٹر، ڈائی پیک اور ہاٹ زون شیلڈنگز کے لیے بھی بڑے پیمانے پر استعمال کیا جاتا ہے [1]۔ تاہم، اس مقالے میں ہم KY اور EFG سے متعلقہ موضوعات پر اپنی بحث کو مرکوز کرتے ہیں کیونکہ ان عملوں میں دبائے ہوئے سینٹرڈ کروسیبلز کا استعمال کیا جاتا ہے۔
اس رپورٹ میں ہم مادی خصوصیات کے مطالعہ اور دبائے ہوئے سینٹرڈ مواد جیسے مولیبڈینم (Mo)، ٹنگسٹن (W) اور اس کے مرکبات (MoW) کی سطح کی کنڈیشنگ پر تحقیقات پیش کرتے ہیں۔ پہلے حصے میں ہماری توجہ اعلی درجہ حرارت کے مکینیکل ڈیٹا اور ٹوٹنے والے منتقلی کے درجہ حرارت پر ہے۔ مکینیکل خصوصیات کے لیے ہم نے تھرمو فزیکل خصوصیات کا مطالعہ کیا ہے، یعنی تھرمل ایکسپینشن اور تھرمل چالکتا کا گتانک۔ دوسرے حصے میں ہم سطح کی کنڈیشنگ تکنیک پر مطالعہ پیش کرتے ہیں خاص طور پر ایلومینا پگھل سے بھرے کروسیبلز کی مزاحمت کو بہتر بنانے کے لیے۔ تیسرے حصے میں ہم 2100 ° C پر ریفریکٹری دھاتوں پر مائع ایلومینا کے گیلے زاویوں کی پیمائش کے بارے میں رپورٹ کرتے ہیں۔ ہم نے Mo, W اور MoW25 مرکب (75 wt.% molybdenum, 25 wt.% tungsten) پر پگھلنے کے تجربات کیے اور مختلف ماحولیاتی حالات پر انحصار کا مطالعہ کیا۔ ہماری تحقیقات کے نتیجے میں ہم MoW کو نیلم کی ترقی کی ٹیکنالوجیز میں ایک دلچسپ مواد کے طور پر اور خالص molybdenum اور tungsten کے ممکنہ متبادل کے طور پر تجویز کرتے ہیں۔
اعلی درجہ حرارت مکینیکل اور تھرمو فزیکل خصوصیات
سیفائر کرسٹل گروتھ کے طریقے KY اور EFG آسانی سے دنیا کے %85 سے زیادہ نیلم کی مقدار میں حصہ لیتے ہیں۔ دونوں طریقوں میں، مائع ایلومینا کو دبائے ہوئے سنٹرڈ کروسیبلز میں رکھا جاتا ہے، عام طور پر KY عمل کے لیے ٹنگسٹن سے بنا ہوتا ہے اور EFG عمل کے لیے مولیبڈینم سے بنا ہوتا ہے۔ کروسیبلز ان بڑھتے ہوئے عمل کے لیے نظام کے اہم حصے ہیں۔ KY کے عمل میں ٹنگسٹن کروسیبلز کی لاگت کو ممکنہ طور پر کم کرنے کے ساتھ ساتھ EFG کے عمل میں مولیبڈینم کروسیبلز کے لائف ٹائم کو بڑھانے کے خیال کا مقصد، ہم نے اضافی طور پر دو MoW الائے تیار کیے اور ان کا تجربہ کیا، یعنی MoW30 جس میں 70 wt.% Mo اور 30 ​​wt شامل ہیں۔ % W اور MoW50 جس میں 50 wt. % Mo اور W ہر ایک پر مشتمل ہے۔
تمام مادی خصوصیات کے مطالعہ کے لیے ہم نے Mo, MoW30, MoW50 اور W کے دبائے ہوئے sintered ingots تیار کیے ہیں۔

جدول I: مکینیکل اور تھرمو فزیکل خصوصیات کی پیمائش کے لیے استعمال ہونے والے دبائے ہوئے سینٹرڈ مواد کا خلاصہ۔ جدول مواد کی ابتدائی حالتوں کی کثافت اور اوسط اناج کا سائز دکھاتا ہے۔

چونکہ کروسیبلز طویل عرصے سے زیادہ درجہ حرارت کے سامنے رہتے ہیں، اس لیے ہم نے خاص طور پر 1000 ° C اور 2100 ° C کے درمیان اعلی درجہ حرارت کی حد میں وسیع ٹینسائل ٹیسٹ کئے۔ شکل 1 Mo, MoW30، اور MoW50 کے لیے ان نتائج کا خلاصہ کرتا ہے جہاں 0.2% پیداوار کی طاقت (Rp0.2) اور فریکچر کی لمبائی (A) کو دکھایا گیا ہے۔ موازنے کے لیے، پریسڈ-سینٹرڈ ڈبلیو کا ڈیٹا پوائنٹ 2100 °C پر ظاہر کیا گیا ہے۔
مولبڈینم میں مثالی ٹھوس حل شدہ ٹنگسٹن کے لیے خالص Mo مواد کے مقابلے Rp0.2 میں اضافہ متوقع ہے۔ 1800 °C تک درجہ حرارت کے لیے دونوں MoW مرکب کم از کم 2 گنا زیادہ Rp0.2 Mo کے مقابلے میں دکھاتے ہیں، شکل 1(a) دیکھیں۔ زیادہ درجہ حرارت کے لیے صرف MoW50 نمایاں طور پر بہتر Rp0.2 دکھاتا ہے۔ دبایا ہوا سینٹرڈ ڈبلیو 2100 °C پر سب سے زیادہ Rp0.2 دکھاتا ہے۔ ٹینسائل ٹیسٹ A کو بھی ظاہر کرتے ہیں جیسا کہ شکل 1(b) میں دکھایا گیا ہے۔ دونوں MoW مرکب فریکچر کی قدروں سے بہت ملتی جلتی لمبائی دکھاتے ہیں جو عام طور پر Mo کی نصف اقدار ہیں۔ 2100 °C پر ٹنگسٹن کا نسبتاً زیادہ A، Mo کے مقابلے میں اس کی زیادہ باریک ساخت کی وجہ سے ہونا چاہیے۔
دبائے ہوئے سنٹرڈ مولیبڈینم ٹنگسٹن الائے کے ڈکٹائل ٹو برٹل ٹرانزیشن ٹمپریچر (DBTT) کا تعین کرنے کے لیے، مختلف ٹیسٹنگ درجہ حرارت پر موڑنے والے زاویہ پر بھی پیمائش کی گئی۔ نتائج شکل 2 میں دکھائے گئے ہیں۔ DBTT بڑھتے ہوئے ٹنگسٹن مواد کے ساتھ بڑھتا ہے۔ جبکہ Mo کا DBTT تقریباً 250 °C پر نسبتاً کم ہے، الائے MoW30 اور MoW50 بالترتیب تقریباً 450 °C اور 550 °C کا DBTT دکھاتے ہیں۔

مکینیکل خصوصیات کے لیے ہم نے تھرمو فزیکل خصوصیات کا بھی مطالعہ کیا۔ تھرمل ایکسپینشن (CTE) کا گتانک پش راڈ ڈائیلاٹو میٹر [3] میں Ø5 ملی میٹر اور 25 ملی میٹر لمبائی والے نمونے کا استعمال کرتے ہوئے 1600 ° C تک درجہ حرارت کی حد میں ماپا گیا۔ سی ٹی ای کی پیمائش کو شکل 3 میں دکھایا گیا ہے۔ تمام مواد بڑھتے ہوئے درجہ حرارت کے ساتھ سی ٹی ای کی بہت یکساں انحصار کو ظاہر کرتے ہیں۔ مرکب مرکبات MoW30 اور MoW50 کے لیے CTE کی قدریں Mo اور W کی قدروں کے درمیان ہیں۔ کیونکہ دبائے ہوئے-sintered مواد کی بقایا پورسٹی متضاد ہے اور چھوٹے انفرادی چھیدوں کے ساتھ، حاصل کردہ CTE اعلی کثافت والے مواد جیسا کہ شیٹس اور سلاخوں [4].
لیزر فلیش طریقہ [5, 6] کا استعمال کرتے ہوئے Ø12.7 mm اور 3.5 mm موٹائی کے ساتھ دبائے ہوئے-sintered مواد کی تھرمل چالکتا تھرمل diffusivity اور نمونے کی مخصوص حرارت دونوں کی پیمائش کرکے حاصل کی گئی تھی۔ آئسوٹروپک مواد کے لیے، جیسے کہ دبائے ہوئے سینٹرڈ مواد، مخصوص حرارت کو اسی طریقے سے ماپا جا سکتا ہے۔ پیمائش 25 ° C اور 1000 ° C کے درمیان درجہ حرارت کی حد میں لی گئی ہے۔ تھرمل چالکتا کا حساب لگانے کے لیے ہم نے مادی کثافتوں کے علاوہ استعمال کیا جیسا کہ جدول I میں دکھایا گیا ہے اور درجہ حرارت سے آزاد کثافت فرض کرتے ہیں۔ شکل 4 دبائے ہوئے sintered Mo، MoW30، MoW50 اور W کے لیے نتیجے میں تھرمل چالکتا دکھاتا ہے۔ تھرمل چالکتا

MoW مرکبات کی جانچ کی گئی تمام درجہ حرارت کے لیے 100 W/mK سے کم ہے اور خالص مولیبڈینم اور ٹنگسٹن کے مقابلے میں بہت چھوٹا ہے۔ اس کے علاوہ، Mo اور W کی چالکتا بڑھتے ہوئے درجہ حرارت کے ساتھ کم ہوتی ہے جبکہ MoW مرکب کی چالکتا بڑھتے ہوئے درجہ حرارت کے ساتھ بڑھتی ہوئی قدروں کی نشاندہی کرتی ہے۔
اس کام میں اس فرق کی وجہ کی چھان بین نہیں کی گئی ہے اور آئندہ کی تحقیقات کا حصہ ہوگی۔ یہ معلوم ہے کہ دھاتوں کے لیے کم درجہ حرارت پر تھرمل چالکتا کا غالب حصہ فونون کا حصہ ہوتا ہے جبکہ زیادہ درجہ حرارت پر الیکٹران گیس تھرمل چالکتا پر حاوی ہوتی ہے [7]۔ فونون مادی خامیوں اور نقائص سے متاثر ہوتے ہیں۔ تاہم، کم درجہ حرارت کی حد میں تھرمل چالکتا میں اضافہ نہ صرف MoW مرکبات کے لیے بلکہ دیگر ٹھوس حل والے مواد جیسے کہ ٹنگسٹن-رینیم [8] کے لیے بھی دیکھا جاتا ہے، جہاں الیکٹران کا حصہ ایک اہم کردار ادا کرتا ہے۔
مکینیکل اور تھرمو فزیکل خصوصیات کا موازنہ ظاہر کرتا ہے کہ MoW نیلم ایپلی کیشنز کے لیے ایک دلچسپ مواد ہے۔ اعلی درجہ حرارت> 2000 ° C کے لئے پیداوار کی طاقت مولیبڈینم کے مقابلے میں زیادہ ہے اور کروسیبلز کی طویل زندگی ممکن ہونی چاہئے۔ تاہم، مواد زیادہ ٹوٹنے والا ہو جاتا ہے اور مشینی اور ہینڈلنگ کو ایڈجسٹ کیا جانا چاہئے. جیسا کہ شکل 4 میں دکھایا گیا ہے پریسڈ-سینٹرڈ MoW کی تھرمل چالکتا میں نمایاں طور پر کمی اس بات کی نشاندہی کرتی ہے کہ بڑھتی ہوئی بھٹی کے موافقت پذیر ہیٹ اپ اور کولڈ ڈاؤن پیرامیٹرز ضروری ہو سکتے ہیں۔ خاص طور پر ہیٹ اپ مرحلے میں، جہاں ایلومینا کو کروسیبل میں پگھلانے کی ضرورت ہوتی ہے، گرمی کو صرف کروسیبل کے ذریعے اس کے خام بھرنے والے مواد تک پہنچایا جاتا ہے۔ کروسیبل میں زیادہ تھرمل تناؤ سے بچنے کے لیے MoW کی کم تھرمل چالکتا پر غور کیا جانا چاہیے۔ HEM کرسٹل اگانے کے طریقہ کار کے تناظر میں MoW مرکب کی CTE اقدار کی حد دلچسپ ہے۔ جیسا کہ حوالہ [9] میں زیر بحث آیا ہے Mo کی CTE کولڈ ڈاؤن مرحلے میں نیلم کی کلیمپنگ کا سبب بن رہی ہے۔ لہذا، MoW الائے کا کم کیا ہوا CTE HEM عمل کے لیے دوبارہ استعمال کے قابل اسپن کروسیبلز کو محسوس کرنے کی کلید ہو سکتا ہے۔
دبائے ہوئے سینٹرڈ ریفریکٹری دھاتوں کی سطح کی کنڈیشنگ
جیسا کہ تعارف میں بحث کی گئی ہے، دبائے ہوئے سینٹرڈ کروسیبلز اکثر نیلم کرسٹل کے بڑھنے کے عمل میں استعمال ہوتے ہیں تاکہ ایلومینا کو 2050 °C سے تھوڑا سا اوپر پگھلایا جا سکے۔ حتمی نیلم کرسٹل کے معیار کے لیے ایک اہم ضرورت یہ ہے کہ پگھلنے میں نجاست اور گیس کے بلبلوں کو ہر ممکن حد تک کم رکھا جائے۔ دبائے ہوئے sintered حصوں میں ایک بقایا porosity ہے اور ایک باریک دانے دار ساخت دکھاتا ہے. بند پوروسیٹی کے ساتھ یہ باریک دانے دار ڈھانچہ خاص طور پر آکسیڈک پگھلنے سے دھات کے بہتر سنکنرن کے لیے نازک ہے۔ نیلم کرسٹل کے لیے ایک اور مسئلہ پگھلنے کے اندر چھوٹے گیس کے بلبلے ہیں۔ گیس کے بلبلوں کی تشکیل ریفریکٹری حصے کی سطح کی کھردری بڑھی ہوئی ہے جو پگھلنے کے ساتھ رابطے میں ہے۔

دبائے ہوئے مواد کے ان مسائل پر قابو پانے کے لیے ہم مکینیکل سطح کے علاج سے فائدہ اٹھاتے ہیں۔ ہم نے اس طریقہ کو ایک دبانے والے آلے کے ساتھ آزمایا جہاں ایک سیرامک ​​ڈیوائس دبائے ہوئے sintered حصے [10] کے متعین دباؤ کے تحت سطح پر کام کر رہی ہے۔ اس سطح کی کنڈیشنگ کے دوران سیرامک ​​ٹول کے رابطے کی سطح پر سطح پر مؤثر دباؤ کا انحصار الٹا ہوتا ہے۔ اس علاج کے ساتھ ایک اعلی دباؤ کا دباؤ مقامی طور پر دبائے ہوئے مواد کی سطح پر لگایا جاسکتا ہے اور مواد کی سطح پلاسٹک کی شکل میں خراب ہوجاتی ہے۔ شکل 5 دبائے ہوئے sintered molybdenum نمونے کی ایک مثال دکھاتی ہے جس پر اس تکنیک کے ساتھ کام کیا گیا ہے۔
شکل 6 ٹول پریشر پر موثر دبانے والے دباؤ کا انحصار کو معیار کے ساتھ ظاہر کرتا ہے۔ ڈیٹا دبائے ہوئے سنٹرڈ مولیبڈینم میں آلے کے جامد نقوش کی پیمائش سے اخذ کیا گیا تھا۔ لائن ہمارے ماڈل کے مطابق ڈیٹا کے فٹ ہونے کی نمائندگی کرتی ہے۔

شکل 7 تجزیہ کے نتائج کو ظاہر کرتا ہے جس کا خلاصہ سطح کی کھردری اور سطح کی سختی کی پیمائش کے لیے ڈسک کے طور پر تیار کیے گئے مختلف دبائے ہوئے سینٹرڈ مواد کے آلے کے دباؤ کے ایک فنکشن کے طور پر کیا گیا ہے۔ جیسا کہ شکل 7(a) میں دکھایا گیا ہے علاج کے نتیجے میں سطح سخت ہو جاتی ہے۔ دونوں آزمائشی مواد Mo اور MoW30 کی سختی میں تقریباً 150 فیصد اضافہ ہوا ہے۔ اعلی آلے کے دباؤ کے لئے سختی مزید نہیں بڑھ رہی ہے۔ شکل 7(b) سے پتہ چلتا ہے کہ Mo کے لیے Ra کے ساتھ انتہائی ہموار سطحیں 0.1 μm تک ممکن ہیں۔ بڑھتے ہوئے ٹول پریشر کے لیے Mo کی کھردری پن دوبارہ بڑھ جاتی ہے۔ چونکہ MoW30 (اور W) Mo سے زیادہ سخت مواد ہیں، اس لیے MoW30 اور W کی حاصل کردہ Ra اقدار عام طور پر Mo کے مقابلے میں 2-3 گنا زیادہ ہیں۔ Mo کے برعکس، W کی سطح کا کھردرا پن زیادہ ٹول پریشر کو لاگو کرنے سے کم ہو جاتا ہے۔ ٹیسٹ شدہ پیرامیٹر رینج
کنڈیشنڈ سطحوں کی ہماری اسکیننگ الیکٹران مائکروسکوپی (SEM) اسٹڈیز سطح کی کھردری کے اعداد و شمار کی تصدیق کرتی ہے، شکل 7(b) دیکھیں۔ جیسا کہ شکل 8(a) میں دکھایا گیا ہے، خاص طور پر زیادہ ٹول پریشر اناج کی سطح کو نقصان پہنچانے اور مائیکرو کریکس کا باعث بن سکتا ہے۔ بہت زیادہ سطح کے دباؤ پر کنڈیشننگ سطح سے دانے کو ہٹانے کا سبب بن سکتی ہے، شکل 8(b) دیکھیں۔ اسی طرح کے اثرات MoW اور W کے لیے بھی مخصوص مشینی پیرامیٹرز پر دیکھے جا سکتے ہیں۔
سطح کے اناج کی ساخت اور اس کے درجہ حرارت کے رویے کے حوالے سے سطح کی کنڈیشنگ تکنیک کے اثر کا مطالعہ کرنے کے لیے، ہم نے Mo، MoW30 اور W کی تین ٹیسٹ ڈسکوں سے اینیلنگ کے نمونے تیار کیے ہیں۔

نمونوں کو 800 ° C سے 2000 ° C کے درمیان مختلف جانچ کے درجہ حرارت پر 2 گھنٹے تک علاج کیا گیا اور ہلکے مائکروسکوپی تجزیہ کے لئے مائکرو سیکشن تیار کیے گئے۔
شکل 9 پریسڈ سینٹرڈ مولیبڈینم کی مائیکرو سیکشن مثالیں دکھاتی ہے۔ علاج شدہ سطح کی ابتدائی حالت کو شکل 9(a) میں پیش کیا گیا ہے۔ سطح تقریباً 200 μm کی حد میں تقریباً گھنی تہہ دکھاتی ہے۔ اس تہہ کے نیچے sintering pores کے ساتھ ایک عام مادی ڈھانچہ نظر آتا ہے، بقایا porosity تقریباً 5% ہے۔ سطح کی تہہ کے اندر ماپا جانے والا بقایا پورسٹی %1 سے کم ہے۔ شکل 9(b) 1700 ° C پر 2 گھنٹے کے لیے اینیل کرنے کے بعد اناج کی ساخت کو ظاہر کرتی ہے۔ گھنی سطح کی تہہ کی موٹائی میں اضافہ ہوا ہے اور دانے حجم میں ان دانوں سے کافی بڑے ہیں جنہیں سطح کی کنڈیشنگ کے ذریعے تبدیل نہیں کیا گیا ہے۔ یہ موٹے دانے والی انتہائی گھنی تہہ مواد کی رینگنے کی مزاحمت کو بہتر بنانے کے لیے کارگر ثابت ہوگی۔
ہم نے مختلف آلے کے دباؤ کے لیے موٹائی اور اناج کے سائز کے حوالے سے سطح کی تہہ کے درجہ حرارت پر انحصار کا مطالعہ کیا ہے۔ شکل 10 Mo اور MoW30 کے لیے سطح کی پرت کی موٹائی کے لیے نمائندہ مثالیں دکھاتا ہے۔ جیسا کہ شکل 10(a) میں دکھایا گیا ہے ابتدائی سطح کی تہہ کی موٹائی مشینی ٹول سیٹ اپ پر منحصر ہے۔ 800 ° C سے زیادہ اینیلنگ درجہ حرارت پر Mo کی سطح کی تہہ کی موٹائی بڑھنا شروع ہو جاتی ہے۔ 2000 °C پر پرت کی موٹائی 0.3 سے 0.7 ملی میٹر تک پہنچ جاتی ہے۔ MoW30 کے لیے سطح کی تہہ کی موٹائی میں اضافہ صرف 1500 °C سے زیادہ درجہ حرارت کے لیے دیکھا جا سکتا ہے جیسا کہ شکل 10(b) میں دکھایا گیا ہے۔ اس کے باوجود 2000 ° C پر MoW30 کی پرت کی موٹائی Mo سے بہت ملتی جلتی ہے۔

سطح کی تہہ کی موٹائی کے تجزیے کی طرح، شکل 11 Mo اور MoW30 کے لیے اوسط اناج کے سائز کا ڈیٹا دکھاتا ہے جو سطح کی تہہ میں اینیلنگ درجہ حرارت کے کام کے طور پر ماپا جاتا ہے۔ جیسا کہ اعداد و شمار سے اندازہ لگایا جا سکتا ہے، اناج کا سائز - پیمائش کی غیر یقینی صورتحال کے اندر - لاگو پیرامیٹر سیٹ اپ سے آزاد ہے۔ اناج کے سائز میں اضافہ سطح کی تہہ کی غیر معمولی اناج کی نشوونما کی طرف اشارہ کرتا ہے جو سطح کے رقبے کی خرابی کی وجہ سے ہوتا ہے۔ Molybdenum کے دانے 1100 ° C سے زیادہ آزمائشی درجہ حرارت پر اگتے ہیں اور ابتدائی اناج کے سائز کے مقابلے 2000 ° C پر اناج کا سائز تقریباً 3 گنا بڑا ہوتا ہے۔ سطح کنڈیشنڈ پرت کے MoW30 دانے 1500 ° C کے درجہ حرارت سے اوپر بڑھنے لگتے ہیں۔ 2000 °C کے ٹیسٹ درجہ حرارت پر اناج کا اوسط سائز ابتدائی اناج کے سائز سے تقریباً 2 گنا ہوتا ہے۔
خلاصہ طور پر، سطح کی کنڈیشنگ تکنیک کے بارے میں ہماری تحقیقات سے پتہ چلتا ہے کہ یہ پریسڈ-سینٹرڈ مولیبڈینم ٹنگسٹن مرکبات پر اچھی طرح سے لاگو ہوتا ہے۔ اس طریقہ کو استعمال کرتے ہوئے، بڑھتی ہوئی سختی والی سطحوں کے ساتھ ساتھ 0.5 μm سے کم Ra کے ساتھ ہموار سطحیں حاصل کی جا سکتی ہیں۔ مؤخر الذکر خاصیت گیس کے بلبلے میں کمی کے لیے خاص طور پر فائدہ مند ہے۔ سطح کی تہہ میں بقایا پوروسیٹی صفر کے قریب ہے۔ اینیلنگ اور مائیکرو سیکشن مطالعات سے پتہ چلتا ہے کہ 500 μm کی عام موٹائی کے ساتھ ایک انتہائی گھنی سطح کی پرت حاصل کی جاسکتی ہے۔ اس طرح مشینی پیرامیٹر پرت کی موٹائی کو کنٹرول کر سکتا ہے۔ جب کنڈیشنڈ مواد کو اعلی درجہ حرارت پر ظاہر کرتے ہیں جیسا کہ عام طور پر نیلم اگانے کے طریقوں میں استعمال کیا جاتا ہے، سطح کی پرت بغیر سطح کی مشینی کے مقابلے میں 2-3 گنا زیادہ دانے کے سائز کے ساتھ موٹے دانے دار ہو جاتی ہے۔ سطح کی پرت میں اناج کا سائز مشینی پیرامیٹرز سے آزاد ہے۔ سطح پر اناج کی حدود کی تعداد کو مؤثر طریقے سے کم کیا جاتا ہے۔ یہ اناج کی حدود کے ساتھ عناصر کے پھیلاؤ کے خلاف زیادہ مزاحمت کا باعث بنتا ہے اور پگھلنے کا حملہ کم ہوتا ہے۔ مزید برآں، دبائے ہوئے سنٹرڈ مولیبڈینم ٹنگسٹن مرکبات کی اعلی درجہ حرارت کی کریپ مزاحمت کو بہتر بنایا گیا ہے۔

ریفریکٹری دھاتوں پر مائع ایلومینا کا گیلا مطالعہ
مولیبڈینم یا ٹنگسٹن پر مائع ایلومینا کو گیلا کرنا نیلم کی صنعت میں بنیادی دلچسپی ہے۔ خاص طور پر EFG عمل کے لیے ڈائی پیک کیپلیریوں میں ایلومینا گیلا کرنے کا رویہ نیلم کی سلاخوں یا ربنوں کی شرح نمو کا تعین کرتا ہے۔ منتخب مواد، سطح کی کھردری یا عمل کے ماحول کے اثرات کو سمجھنے کے لیے ہم نے گیلے زاویہ کی تفصیلی پیمائش کی [11]۔
گیلا کرنے کی پیمائش کے لیے 1 x 5 x 40 mm³ کے سائز کے ٹیسٹ سبسٹریٹس Mo، MoW25 اور W شیٹ مواد سے تیار کیے گئے تھے۔ میٹل شیٹ سبسٹریٹ کے ذریعے ہائی برقی کرنٹ بھیج کر ایلومینا کا پگھلنے والا درجہ حرارت 2050 °C آدھے منٹ میں حاصل کیا جا سکتا ہے۔ زاویہ کی پیمائش کے لیے چھوٹے ایلومینا کے ذرات شیٹ کے نمونوں کے اوپر رکھے گئے تھے اور بعد میں

قطروں میں پگھل گیا. ایک خودکار امیجنگ سسٹم نے پگھلنے والے قطرے کو ریکارڈ کیا جیسا کہ تصویر 12 میں مثال کے طور پر دکھایا گیا ہے۔ ہر پگھلنے والا تجربہ قطرہ کے سموچ کا تجزیہ کرکے گیلے ہونے والے زاویے کی پیمائش کرنے کی اجازت دیتا ہے، شکل 12(a) دیکھیں، اور سبسٹریٹ بیس لائن عام طور پر بند کرنے کے فوراً بعد۔ حرارتی کرنٹ، دیکھیں شکل 12(b)۔
ہم نے دو مختلف ماحول کے حالات کے لیے گیلے زاویہ کی پیمائش کی، 10-5mbar پر ویکیوم اور 900mbar دباؤ پر آرگن۔ اس کے علاوہ، سطح کی دو اقسام کا تجربہ کیا گیا، یعنی Ra ~ 1 μm والی کھردری سطحیں اور Ra ~ 0.1 μm والی ہموار سطحیں۔
ٹیبل II ہموار سطحوں کے لیے Mo, MoW25 اور W کے گیلے زاویوں پر تمام پیمائشوں کے نتائج کا خلاصہ کرتا ہے۔ عام طور پر، Mo کا گیلا کرنے والا زاویہ دیگر مواد کے مقابلے میں سب سے چھوٹا ہوتا ہے۔ اس کا مطلب یہ ہے کہ ایلومینا پگھل Mo بہترین گیلا کر رہا ہے جو EFG اگانے کی تکنیک میں فائدہ مند ہے۔ ارگون کے لیے حاصل کیے گئے گیلے زاویے ویکیوم کے زاویوں سے نمایاں طور پر کم ہیں۔ کھردری سبسٹریٹ سطحوں کے لیے ہمیں منظم طریقے سے کچھ کم گیلے زاویے ملتے ہیں۔ یہ قدریں عام طور پر جدول II میں دیے گئے زاویوں سے تقریباً 2° کم ہیں۔ تاہم، پیمائش کی غیر یقینی صورتحال کی وجہ سے، ہموار اور کھردری سطحوں کے درمیان کوئی اہم زاویہ فرق نہیں بتایا جا سکتا۔

ہم نے ماحول کے دیگر دباؤ کے لیے بھی گیلے زاویوں کی پیمائش کی، یعنی 10-5 mbar اور 900 mbar کے درمیان کی قدریں۔ ابتدائی تجزیہ سے پتہ چلتا ہے کہ 10-5 mbar اور 1 mbar کے درمیان دباؤ میں گیلا فرشتہ تبدیل نہیں ہوتا ہے۔ صرف 1 mbar سے اوپر گیلا کرنے کا زاویہ 900 mbar argon (ٹیبل II) پر مشاہدہ سے کم ہو جاتا ہے۔ ماحول کی حالت کے علاوہ، ایلومینا پگھلنے کے رویے کے لیے ایک اور اہم عنصر آکسیجن کا جزوی دباؤ ہے۔ ہمارے ٹیسٹ بتاتے ہیں کہ پگھلنے اور دھات کے ذیلی ذخائر کے درمیان کیمیائی تعامل مکمل پیمائش کے دورانیے (عام طور پر 1 منٹ) کے اندر ہوتے ہیں۔ ہمیں شک ہے کہ Al2O3 مالیکیولز کے دیگر آکسیجن اجزاء میں تحلیل ہونے کے عمل جو پگھلنے والے قطرے کے قریب سبسٹریٹ مواد کے ساتھ تعامل کرتے ہیں۔ گیلے زاویہ کے دباؤ پر انحصار اور ریفریکٹری دھاتوں کے ساتھ پگھلنے کے کیمیائی تعامل دونوں کی مزید تفصیل سے تحقیقات کے لیے فی الحال مزید مطالعات جاری ہیں۔