Кремний карбиді ұнтақтары жоғары температурадағы өндіріс процестерін түбегейлі өзгертеді

Кремний карбиді (SiC) абразивтері әртүрлі дәнділік өлшемдерінде шығарылады және жиі байланыстырылған да, қапталған да абразивтерде кездеседі. SiC табиғи түрде моисант тастарынан табылса да, оны өндірудің басым бөлігінде Ачесон процесі немесе химиялық буды шөгіндеу технологиясы қолданылады.

Қатты қызуға төзімділігі, жоғары жылу өткізгіштігі және коррозияға төзімділігі оны пешке қаптау, тигельдер және болат өндірудің басқа да компоненттері үшін мінсіз материалға айналдырады.

Жетілдірілген синтез әдістері

Кремний карбиді өзінің жоғары қаттылығымен (алмаз бен текше бор нитридінен кейінгі екінші орында), беріктігімен, химиялық тұрақтылығымен және температураға төзімділігімен кеңінен танымал – осы қасиеттері оны керамика және отқа төзімді материалдар өндірісінде негізгі материалға айналдырады. Сонымен қатар, кремний карбиді жоғары өнімді электрондық құрылғыларда – атап айтқанда қуатты жартылай өткізгіштерде, металл оксидті жартылай өткізгіштік өріс-эффектті транзисторларда (MOSFET) және оқшауланған торапты екіполюсті транзисторларда (IGBT) кеңінен қолданылады.

Өндірушілер кремний диоксиді құм мен кокс қоспасын өте жоғары температурада қыздырып, SiC синтезі деп аталатын химиялық реакция арқылы оның тазалық деңгейіне байланысты Жасыл немесе Қара SiC деп аталатын кристалданған формаларын алады. Өндірілгеннен кейін SiC-ті Acheson схемасы, көміртекті термиялық редукция және сұйық полимердің термиялық ыдырауы сияқты әртүрлі синтез әдістері арқылы нақты қолданбаларға бейімделген бөлшек өлшемдеріне дейін одан әрі тазартып өңдеуге болады. Бұл әдістердің әрқайсысы реакция температурасына дейін қыздыруды талап ететін энергияны көп тұтынатын үдерістерді қолданады, олар кристалданған SiC кристалдарын қалыптастыру үшін қажет, ал өндіріс аяқталмас бұрын қышқылмен жуу және кептіру қажет.

Автоматтандыру

Кремний карбидін өндіру ұнтақталған кокс пен кварцты араластырудан басталып, графит ядросы арқылы электр тогын өткізіп, оны қыздырып, тазарған кремний карбиді (SiC) алынады – бұл процесс Ачесон процесі деп аталады.

Шикізат дайындалғаннан кейін ұнтақты саггарларға айналдыру үшін әртүрлі әдістер қолданылады. Қалыптасқаннан кейін бұл саггарлар механикалық өңдеу мен бетін қаптау сияқты кейінгі өңдеу кезеңдерінен өтіп, жоғары температурада химиялық коррозияға және беріктілікке төзімді болуын қамтамасыз етеді.

Қара кремний карбиді ұнтағы өзіндік ерекше қаттылығы мен жоғары жылу өткізгіштігінің арқасында шлифтеу доңғалақтары мен кесу құралдары сияқты абразивті өнімдерді өндіруде барған сайын танымал болып келе жатқан материал. Сонымен қатар, бұл материал жартылай өткізгіштер мен диодтарды өндіруге арналған электроника саласының өндірістік үдерістерінде қолданылады, сондай-ақ жоғары температураға төзімділігі оны құрылыс немесе металлургия саласындағы пештерде, күйдіргіш пеште және тигельдерде пайдаланылатын отқа төзімді материалдарды өндіруге лайықтайды.

Жоғары температурада өңдеу

Кремний карбиді ұнтағы жоғары температуралы қолданбаларға жарамды тамаша механикалық қасиеттерге ие. Оның қаттылығы мен тозуға төзімділігі оны өте тозуға төзімді етеді, ал жылу тұрақтылығы, химиялық төзімділігі және электр өткізгіштігі оны жоғары сұранысқа ие етеді.

Бұл материалды өндіру үшін кремний диоксиді мен кокс қоспасын арнайы пеште өте жоғары температурада қыздырады, бұл олардың реакцияларының нәтижесінде кремний карбидінің ірі кристалдарының түзілуіне әкеледі.

Кремний карбиді түзілгеннен кейін оны әртүрлі әдістермен, мысалы ыстық ауада кептіру, вакуумдық немесе микротолқынды кептіру арқылы кептірмес бұрын кірден тазарту үшін жуу қажет.

Құрғатылғаннан кейін кремний карбиді ұсақталып, сұрыпталып, қайтадан ұнтақталып, арнайы қолдану салаларына өңделеді. Соңғы нәтиже – ингот, оны кейін жеке талаптарға сәйкес пішіндеуге болады. Мысалы, өндірушілер осы инготты жанушы соплаларын жасау үшін пайдаланады – бұл отынды максималды деңгейде атомизациялау тиімділігін қамтамасыз етудегі маңызды құрамдас бөлік.

Тұрақтылық

Кремний карбиді ұнтағы күрделі өндірістік ортада өзін керемет қасиеттерімен – ерекше қаттылық, тамаша жылу өткізгіштік және коррозияға төзімділік – ерекше көрсетеді. Сондықтан бұл материал ұзақ уақыт бойы абразивтік материалдар мен электроника өндірісінде, соның ішінде металдар мен керамикалық плиткаларды кесу және жылтыратуда қолданылып келеді.

Алмас тастың ерекше беріктігі мен өткірлігіне байланысты оны абразивтік өнеркәсіпте ұнтақтау доңғалақтары мен кесу дискілерін өндіруде кеңінен қолданады. Электроника өндірушілері де оның тамаша жылу өткізгіштік қасиеттері мен тозуға төзімділігіне байланысты оған зор сенім артады.

Кремний карбидін өндіруді экологиялық жауапты түрде жүзеге асыруға болады: жаңартылатын энергия көздерін пайдаланып, қалдықтарды қайта өңдеу жүйелерін енгізу арқылы парниктік газдардың шығарындыларын азайтуға болады. Мұндай тәсілдерді қолдану өндірушілерге энергия тұтынуды төмендетіп, операциялық шығындарды қысқартуға мүмкіндік береді – бұл бүгінгі күні энергия бағасының өсуі жағдайында аса өзекті.