Кремний карбиді ұнтақтарын қалай өндіру

Кремний карбиді, көбінесе карборундум деп аталатын, алмаз сияқты қатты және тозуға өте төзімді. Сонымен қатар, оның керамикалық қасиеттері оны жоғары температура мен кернеу жағдайларына қолайлы етеді.

Lely процесінің өндіріс нәтижесі ұнтақ түрінде алынады, оны моисанрит асыл тастарына айналдырып асыл тастар ретінде қолдануға болады, ал өндірушілер оны абразивті бұйымдар мен қаттылықты талап ететін өнімдерді өндіруде де пайдаланады.

Дереккөздер

Кремний карбиді (SiC), сондай-ақ карборунд деп аталады, кремний мен көміртектің өте қатты қосылысы болып табылады, ол табиғи түрде моissanite минералы ретінде кездеседі және XIX ғасырдың соңынан бері абразивтік материал ретінде жаппай өндіріледі. SiC-ті қатты керамикаға айналдыру немесе оны азот, фосфор, берилий немесе алюминиймен легірлеу n- немесе p-типті жартылай өткізгіштерді алуға мүмкіндік береді.

Өнеркәсіптік SiC әдетте Ачесон процесі арқылы өндіріледі: кремнийлі құмды мұнай кокі сияқты көміртек көздерімен бірге ашық пеште жоғары температурада қыздырып, оның тазалық деңгейіне байланысты жасыл немесе қара түсті түйіршіктер алады.

SiC өзінің жоғары жылу өткізгіштігі мен коррозияға төзімділігімен танымал. Төмен жылулық кеңею коэффициенті, жоғары беріктік/қаттылық қатынасы, химиялық тұрақтылығы және оңай өңделуі арқасында ол жоғары сапалы отқа төзімді материалдарда, абразивтерде және керамикада сияқты көптеген өнеркәсіптік қолданбаларда негізгі шикізат ретінде пайдаланылады [16].

Өңдеу

Кремний карбиді (SiC) – барлық температурада химиялық бейтараптылыққа, термиялық соққыға төзімділікке және жоғары синтерлену қабілетіне ие техникалық керамикалық материал. SiC оттық құрал-жабдықтары мен сұйықтықпен жұмыс істейтін құрылғыларды, сондай-ақ подшипниктер мен тозуға төзімді бөлшектерді өндіруде қолданылады. SiC-тің қосымша қолданылу салаларына дизель бөлшекше сүзгілері мен баллистикалық қорғаныс жатады. Washington Mills шикізатты ANSI, FEPA және JIS стандарттарына сәйкес өндіруге қабілетті ұнтақтау, майдалау және сұрыптау жабдықтарын ұсынады.

SiC ұнтақтары бастапқы күйі мен көміртек көзіне байланысты дән өлшемдері бойынша әртүрлі болуы мүмкін. SiC синтезінің кеңінен таралған дайындау процесі – көміртекті термиялық редукция; ол 200 мекке тең немесе одан аз бір моль SiO₂ мен 1,5–3 моль көміртек көзінен тұратын қоспаны реакцияға келтіруді, одан кейін қышқылмен шаю, қыздыру және алынған ерітіндіде реакция жүргізуді қамтиды, бұл шыны көміртектің түзілуін болдырмайды.

Рентгендік сәулелі (XRD) сандық талдау арқылы алынған SiC ұнтақтары бөлшек пішіні, гранулометриялық құрамы және спецификалық беттік талдау әдістерімен әрі қарай зерттеледі. Маңызды сипаттамаларға бөлшек пішіні, гранулометриялық құрамы және спецификалық беті жатады. SiC бөлшектері әдетте жазық, сынық тәрізді құрылымдар көрсетеді, ал шекаралары бойындағы бұзылған кіші құрылымдар дислокациялық торлармен сипатталады – бұл сінтерлеу процестеріне теріс әсер етуі мүмкін қолайсыз қасиет.

Сипаттамалары

Кремний карбиді көптеген бірегей қасиеттерге ие, олар оны әртүрлі өнеркәсіп салаларында қолдануға мүмкіндік береді. Атап айтқанда, ол Моос бойынша қаттылық көрсеткіші 9-ға тең, сондықтан өте қатты. Сонымен қатар, бұл материал химиялық тұрғыдан бейтарап, тозуға жоғары төзімділікке, жоғары температураға дейінгі жылуға төзімділікке, жақсы созылу беріктігіне және төмен жылулық кеңею коэффициентіне ие – бұл қасиеттердің барлығы кремний карбидін көптеген өнеркәсіптік қолдану салаларына лайықты етеді.

Кремний карбид өндіру процестері оның қасиеттері мен қолданылу салаларына зор әсер етеді. Эдвард Гудрич Ачесон кварц құмы, мұнай кокі мен ағаш үгінділерінің қоспасын өте жоғары температурада қыздыру арқылы химиялық реакциялар тудырып, кремний карбид кристалдарын өндіру процесін әзірледі. Бұл кристалдарды кейін ұнтаққа ұнтақтап немесе сатуға арналған слитоктарға құюға болады.

Бұл абразивті ұнтақ әуе-ғарыш және автомобиль өнеркәсіптерінде бөлшектерді өңдеп, лаптеу арқылы дәл өлшемдер мен тегіс беттерді алу үшін кеңінен қолданылады, сондай-ақ ол керамикада, шыны өндірісінде және болат пен басқа металдарды өндіруде де пайдаланылады. Alter Technology осы материалды пайдаланып ғарыштың экстремалды жағдайларына төтеп бере алатын радио схемасын жасады.

Қолданулар

Кремний карбиді керамикасы – Моос бойынша қаттылығы 9-дан асатын, химиялық бейтарап, жылуға және соққыға төзімді, төмен жылулық кеңею коэффициенті бар ерекше тотықтырмайтын материал. Кремний карбиді жылу өткізгіштік қасиеттеріне байланысты абразивтерде, тоздырғышқа төзімді бөлшектерде, отқа төзімді керамикада, сондай-ақ жартылай өткізгіш және электр техникасында қолданылады.

SiC өндіру үшін өндірушілер алдымен амморфты кремний диоксиді мен көмірді (көмір көзі ретінде көбінесе көмір кокі) жоғары температурада біріктіріп, кейін оны ұнтақтап, аз мөлшерде бокситпен араластырып преформ жасайды. Содан кейін олар қажетті қолдану саласына қарай азотпен допинг (n-типті SiC) немесе бор, алюминий және галлиймен допинг (p-типті SiC) жүргізеді.

Өндірушілер кейін осы преформды реакциялық байланыстыру немесе химиялық бумен шөгу әдістері арқылы кубтық кремний карбидін өндіру үшін пайдаланады. Реакциялық байланыстыру кеңінен қолданылатын тәсіл болып табылады; ол преформды 1410 °C-қа дейін қыздырып, n-типті SiC алу үшін азотпен немесе бормен допинг жасауды қамтиды. Химиялық бумен шөгу процесі әлдеқайда көп энергия мен жабдықты талап етеді; ал реакциялық байланыстыру әлдеқайда аз энергия мен жабдықты қажетсінеді.

Өткізгіштік қасиеті бар жартылай өткізгіш сапалы SiC ұнтағы үшінші буын n-типті өткізгіш кремний карбидінің біркристалды кристалдарын өсірудің әртүрлі әдістерінің ерекше өсу қажеттіліктерін қанағаттандыруға арналған. Бұл ұнтақ аз ғана қуыспен оңтайлы бөлшектер өлшемдерінің таралуына ие және өнімнің тазалық деңгейі 6N-нан асады.