كيفية صنع مساحيق كربيد السيليكون

كربيد السيليكون، الذي يُشار إليه عادةً باسم الكاربوروندوم، صلب مثل الماس ومقاوم للتآكل بدرجة كبيرة. وعلاوة على ذلك، فإن خواصه الخزفية تجعله مناسبًا لبيئات درجات الحرارة العالية وبيئات الجهد الكهربائي.

ينتج عن عملية ليلي إنتاج مسحوق في شكل مسحوق يمكن تقطيعه إلى أحجار مويسانيت كريمة لاستخدامها كأحجار كريمة، بينما يستخدمه المصنعون أيضًا لاستخدامه في تصنيع المواد الكاشطة والمنتجات التي تتطلب صلابة.

المصادر

كربيد السيليكون (SiC)، المعروف أيضًا باسم الكربوروندوم /krbnm/، هو مركب شديد الصلابة من السيليكون والكربون الذي يتشكل بشكل طبيعي كمعدن المويسانيت ويتم إنتاجه بكميات كبيرة كمادة كاشطة منذ أواخر القرن التاسع عشر. يمكن أن يؤدي ربط سيليكون السيليكون معًا في سيراميك صلب أو تطعيمه بالنيتروجين أو الفوسفور أو البريليوم أو الألومنيوم إلى تكوين أشباه موصلات من النوع n أو p.

وعادةً ما يتم إنتاج سيكلور السيليكا الصناعي من خلال عملية أتشيسون لتسخين رمل السيليكا مع مصادر الكربون مثل فحم الكوك البترولي إلى درجات حرارة عالية في فرن مفتوح، مما ينتج عنه حبيبات خضراء أو سوداء اللون حسب مستوى نقاوتها.

تشتهر SiC بموصلية حرارية فائقة ومقاومة للتآكل. وبفضل معامل التمدد الحراري المنخفض، ونسبة القوة/الصلابة العالية، والثبات الكيميائي وسهولة الاستخدام الآلي، فإنه يستخدم كمادة خام رئيسية في العديد من التطبيقات الصناعية مثل الحراريات/المواد البراسوفية/الخزف عالية الجودة [16].

المعالجة

كربيد السيليكون (SiC) هو مادة خزفية تقنية ذات خصائص فريدة من نوعها بما في ذلك الخمول الكيميائي في جميع درجات الحرارة، ومقاومة الصدمات الحرارية، وقابلية التلبيد العالية. يُستخدم كربيد السيليكون في العديد من التطبيقات الخزفية التقنية بما في ذلك تصنيع أثاث الأفران ومعدات مناولة السوائل بالإضافة إلى المحامل وأجزاء التآكل. وتشمل الاستخدامات الإضافية لـ SiC مرشحات جسيمات الديزل والحماية من المقذوفات. تقدم شركة مطاحن واشنطن معدات تكسير وطحن وتصنيف قادرة على إنتاج مواد خام تفي بمعايير ANSI و FEPA و JIS.

قد تختلف مساحيق SiC في حجم الحبيبات اعتمادًا على حالتها الأولية ومصدر الكربون. ومن عمليات التحضير الشائعة لتخليق كلوريد السيليكون من خلال الاختزال الحراري الكربوني؛ ويتضمن ذلك تفاعل خليط يحتوي على مول واحد من SiO2 أقل من 200 ميجا مع 1.5-3 مولات من مصدر الكربون؛ ومن شأن النض الحمضي والتسخين وتفاعل المحلول الناتج أن يزيل الكربون الزجاجي من الإنتاج.

يتم تحليل مساحيق كلوريد السيليكون المنتجة من خلال التحليل الكمي بالأشعة السينية XRD بمزيد من التحليل باستخدام شكل الجسيمات والتركيب الحبيبي والتحليل السطحي النوعي. تشمل الخصائص المهمة شكل الجسيمات والتركيب الحبيبي والسطح النوعي. تُظهر جسيمات كلوريد السيليكون عادةً هياكل مسطحة متشظية ذات هياكل فرعية مشوهة تتميز بشبكات خلع على حدودها - وهي خاصية غير مرغوب فيها يمكن أن تؤثر سلبًا على عمليات التلبيد.

الخصائص

يوفر كربيد السيليكون العديد من الخصائص الفريدة التي تسمح باستخدامه في مختلف المجالات الصناعية. والجدير بالذكر أنه شديد الصلابة حيث يبلغ معدل صلابة موس 9. بالإضافة إلى ذلك، فإن هذه المادة خاملة كيميائيًا وتوفر مقاومة كبيرة للتآكل ومقاومة كبيرة للتآكل ومقاومة للحرارة حتى درجات الحرارة العالية ولها قوة شد جيدة ومعامل منخفض لخصائص التمدد الحراري - وهي صفات تضاف جميعها لجعل كربيد السيليكون مناسبًا للعديد من الاستخدامات الصناعية.

عمليات إنتاج كربيد السيليكون لها تأثير هائل على خصائصه واستخداماته. وقد طور إدوارد جودريتش أتشيسون عملية أتشيسون التي تتضمن تسخين خليط من رمل الكوارتز وفحم الكوك البترولي ورقائق الخشب إلى درجات حرارة عالية للغاية من أجل إحداث تفاعلات كيميائية تنتج بلورات كربيد السيليكون - ويمكن بعد ذلك سحق هذه البلورات إلى مسحوق أو صبها في سبائك للبيع.

ويُستخدم هذا المسحوق الكاشط عادةً في صناعات الطيران والسيارات لشحذ الأجزاء وصقلها لتحقيق أبعاد دقيقة وتشطيبات ناعمة، كما يُستخدم في صناعة السيراميك وإنتاج الزجاج وإنتاج الفولاذ والمعادن الأخرى. ابتكرت Alter Technology دائرة راديو باستخدام هذه المادة التي يمكنها تحمل ظروف الفضاء القاسية.

التطبيقات

يُعد سيراميك كربيد السيليكون مادة غير أكسدة متميزة ذات تطبيقات مختلفة بسبب صلابته (صلابة موس > 9)، وخموله الكيميائي، ومعامل التمدد الحراري المنخفض ومقاومته لكل من الحرارة والصدمات. ويستخدم كربيد السيليكون كأجزاء مقاومة للتآكل في المواد الكاشطة أو الأجزاء المقاومة للتآكل في سيراميك الأجزاء المقاومة للتآكل وكذلك في أشباه الموصلات والتطبيقات الكهربائية بسبب خصائص التوصيل الحراري.

لإنتاج SiC، يقوم المصنعون أولاً بدمج السيليكا غير المتبلورة مع الكربون في درجات حرارة عالية - عادةً ما يكون فحم الكوك كمصدر للكربون - قبل الطحن الدقيق والخلط مع كميات صغيرة من البوكسيت لتشكيل التشكيل. وبعد ذلك تتم عملية التطعيم إما بتطعيم النيتروجين (سيليكون السيليكون من النوع n) أو التطعيم بالبورون والألومنيوم والغاليوم (سيليكون السيليكون من النوع p)، وذلك حسب التطبيق المطلوب.

ثم يستخدم المصنعون هذا التشكيل لإنتاج كربيد السيليكون المكعب من خلال الربط بالتفاعل أو الترسيب الكيميائي للبخار. الربط بالتفاعل هو النهج الأكثر شيوعًا؛ ويتضمن ذلك تسخينه إلى 1410 درجة مئوية وتطعيمه بالنيتروجين أو البورون لإنتاج كربيد السيليكون من النوع n. ويتطلب الترسيب الكيميائي للبخار طاقة ومعدات أكثر بكثير من أجل عمليته؛ بينما يتطلب الربط بالتفاعل طاقة ومعدات أقل بكثير.

صُمم مسحوق أشباه الموصلات الموصلة من فئة أشباه الموصلات SiC لتلبية احتياجات النمو الفريدة للطرق المختلفة لزراعة بلورات كربيد السيليكون المفردة الموصلة من الجيل الثالث من النوع n. ويتميز هذا النوع من المسحوق بتوزيع مثالي لحجم الجسيمات مع وجود عدد قليل من الفراغات، مما يوفر مستويات نقاء منتج تتجاوز 6N.