Սիլիցիումի կարբիդ (SiC) փոշի. հատկություններ, արդյունաբերական կիրառություններ

Միջազգային գնորդների և գնումների մենեջերների համար սիլիցիումի կարբիդի փոշու նրբությունները հասկանալը զուտ տեխնիկական պահանջ չէ, այլ մրցակցային անհրաժեշտություն: Անկախ նրանից, թե այն օգտագործվում է որպես պողպատի արտադրության մեջ որպես դեօքսիդիչ, բարձր արդյունավետության հղկող նյութ կամ էլեկտրական մեքենաների (EV) ուժային էլեկտրոնիկայի կարևոր բաղադրիչ, SiC-ն առաջարկում է կարծրության, ջերմային հաղորդունակության և քիմիական կայունության եզակի համադրություն:

Ի՞նչ է սիլիցիումի կարբիդը (SiC):

Սիլիցիումի կարբիդը բարդ կիսահաղորդիչ է, որը կազմված է սիլիցիումից և ածխածնից: Բնության մեջ այն բացառապես հազվադեպ է, հայտնաբերվել է միայն հետքերով որոշակի տեսակի երկնաքարերի և կորունդի հանքավայրերում: Հետևաբար, արդյունաբերության մեջ օգտագործվող գրեթե ողջ սիլիցիումի կարբիդը արտադրվում է սինթետիկ եղանակով:

Բյուրեղյա կառուցվածքը

SiC-ը եզակի է, քանի որ այն ցուցադրում է պոլիմորֆիզմ, ինչը նշանակում է, որ այն կարող է գոյություն ունենալ ավելի քան 250 բյուրեղային ձևերով: Ամենատարածված կառույցները ներառում են.

Ալֆա սիլիցիումի կարբիդ (α-SiC): Ամենատարածված պոլիմորֆը, որը բնութագրվում է վեցանկյուն բյուրեղային կառուցվածքով: Կայուն է 1700°C-ից բարձր ջերմաստիճանում։

Բետա սիլիցիումի կարբիդ (β-SiC): Այս ձևն ունի խորանարդ բյուրեղային կառուցվածք (նման ադամանդի) և ձևավորվում է 1700°C-ից ցածր ջերմաստիճանում:

Հիմնական ֆիզիկական և քիմիական հատկությունները

Ինչու՞ է SiC փոշին այդքան պահանջված: Նրա կատարողականի ցուցանիշները անզուգական են.

Ծայրահեղ կարծրություն. 9,0-ից 9,5 Mohs կարծրությամբ, այն զիջում է միայն ադամանդի և բորի կարբիդին:

Բարձր ջերմային հաղորդունակություն. SiC-ն ավելի արագ է ցրում ջերմությունը, քան շատ մետաղներ, ինչը այն դարձնում է իդեալական բարձր ջերմաստիճանի միջավայրերի համար:

Ցածր ջերմային ընդլայնում. այն դիմադրում է ճեղքմանը կամ ճաքերին ջերմաստիճանի հանկարծակի փոփոխությունների դեպքում (ջերմային ցնցումների գերազանց դիմադրություն):

Քիմիական իներտություն. այն բարձր դիմացկուն է թթուների, ալկալիների և հալած աղերի կոռոզիայի նկատմամբ, նույնիսկ բարձր ջերմաստիճանի դեպքում:

Կիսահաղորդիչ հատկություններ. Ի տարբերություն շատ այլ հղկող նյութերի, SiC-ը լայն բացվածքով կիսահաղորդիչ է, որը հեղափոխություն է անում ուժային էլեկտրոնիկայի արդյունաբերության մեջ:

Արտադրական գործընթացը. Աչեսոնի մեթոդը և դրանից դուրս

Բարձր մաքրության արտադրությունսիլիցիումի կարբիդի փոշիկապիտալ ինտենսիվ և էներգիա պահանջող գործընթաց է։

Աչեսոնի գործընթացը

Էդվարդ Գուդրիխ Աչեսոնի կողմից 1891 թվականին հայտնագործված այս մեթոդը մնում է լայնածավալ արտադրության հիմնական մեթոդը:

Հումք՝ բարձր մաքրության սիլիցիումի ավազը (SiO2) և նավթային կոքսը (C) խառնվում են: Որոշ դեպքերում թեփ և աղ են ավելացնում ծակոտկենությունը վերահսկելու և կեղտերը հեռացնելու համար:

Էլեկտրական վառարան. խառնուրդը տեղադրվում է դիմադրողական վառարանում: Էլեկտրական հոսանք անցնում է գրաֆիտի միջուկով՝ շրջակա խառնուրդը տաքացնելով մինչև 1700°C-ից մինչև 2500°C ջերմաստիճան:

Քիմիական ռեակցիա. տեղի է ունենում SiO2 + 3C → SiC + 2CO ռեակցիա:

Բերքահավաք. Երբ վառարանը սառչում է, ձևավորվում է SiC բյուրեղների մեծ «գլանաձև» զանգված: Միջուկը պարունակում է ամենաբարձր մաքրությունը (Կանաչ SiC), մինչդեռ արտաքին շերտերը տալիս են սև SiC:

Վերամշակում փոշու մեջ

Հում բյուրեղները հավաքելուց հետո դրանք անցնում են մշակման մի քանի փուլ.

Ջարդում և ֆրեզեր. Օգտագործելով ծնոտի ջարդիչները, մուրճաղացները կամ գնդային ջրաղացները՝ բյուրեղները վերածելու փոշի:

Գնահատում (չափում). Օգտագործելով թրթռացող էկրաններ կամ օդի դասակարգիչներ՝ համոզվելու համար, որ փոշին համապատասխանում է հատուկ մանրաթելերի չափերին (օրինակ՝ FEPA, JIS կամ ANSI ստանդարտներին):

Թթվային լվացում և մաքրում. մնացորդային երկաթը, ազատ սիլիցիումը կամ ածխածինը հեռացնելու համար փոշին հաճախ մշակվում է քիմիական նյութերով, որպեսզի հասնի 98%-ից 99,9% մաքրության մակարդակի:

Սև ընդդեմ կանաչ սիլիցիումի կարբիդ. Հասկանալով տարբերությունը

Համաշխարհային շուկայում SiC փոշին ընդհանուր առմամբ դասակարգվում է իր գույնով, որն արտացոլում է դրա մաքրությունը և նախատեսված օգտագործումը:

Սև սիլիցիումի կարբիդ (սև SiC)

Սև SiC-ը պարունակում է մոտավորապես 95%-98% SiC: Նրա մուգ գույնը պայմանավորված է երկաթի և ածխածնի կեղտերի հետքով:

Բնութագրերը. Մի փոքր ավելի կոշտ, բայց ավելի քիչ փխրուն, քան կանաչ SiC-ը:

Լավագույնը՝ բարձր առաձգական ուժով նյութեր հղկելու համար, ինչպիսիք են թուջը, գունավոր մետաղները (պղինձ, ալյումին) և ոչ մետաղական նյութեր (քար, ռետին, փայտ): Այն նաև մետալուրգիական դեօքսիդացման առաջնային ընտրությունն է:

Կանաչ սիլիցիումի կարբիդ (կանաչ SiC)

Կանաչ SiC-ը ավելի բարձր մաքրության տարբերակն է, որը սովորաբար գերազանցում է 99% SiC պարունակությունը:

Բնութագրերը. Ավելի բարձր կարծրություն և գերազանց կտրող ուժ՝ համեմատած սև SiC-ի հետ:

Լավագույնը. կոշտ և փխրուն նյութերի, ինչպիսիք են վոլֆրամի կարբիդը, օպտիկական ապակիները, կերամիկաները և կիսահաղորդչային վաֆլիները, ճշգրիտ հղկելը:

Առաջնային արդյունաբերական ծրագրեր

Մետաղագործություն և պողպատագործություն

Մետաղագործական արդյունաբերության մեջ SiC փոշին ծառայում է որպես հզոր դեօքսիդիչ և վառելիքի աղբյուր գմբեթներում և էլեկտրական աղեղային վառարաններում:

Առավելությունները. Այն բարելավում է հալած մետաղի հեղուկությունը, մեծացնում է սիլիցիումի և ածխածնի վերականգնման արագությունը և նվազեցնում հալման գործընթացի ընդհանուր էներգիայի սպառումը:

Չուգունի արտադրություն: Այն նպաստում է գրաֆիտի փաթիլների ձևավորմանը, ինչը հանգեցնում է ավելի բարձր որակի մոխրագույն և ճկուն երկաթի ձուլման:

Հղկող նյութեր և մակերեսների հարդարում

Սա, թերեւս, SiC փոշի ամենաավանդական օգտագործումն է:

Խճճված հղկող նյութեր: Օգտագործվում է հղկման անիվների և կտրող սկավառակների արտադրության համար:

Ծածկված հղկանյութեր: Օգտագործվում է հղկաթուղթերի և փայլեցնող գոտիների մեջ:

Շերտավորում և փայլեցում: Նուրբ SiC փոշիները օգտագործվում են փականների, շարժակների և կիսահաղորդչային ենթաշերտերի ճշգրիտ փաթաթման համար:

Հրակայուն նյութեր և կերամիկա

Իր բարձր հալման կետի (այն բարձրանում է մոտ 2700°C) և ցածր ջերմային ընդլայնման շնորհիվ, SiC-ն առաջնակարգ հրակայուն նյութ է:

Վառարանների կահույք. SiC թիթեղները և ճառագայթները օգտագործվում են կերամիկական վառարաններում, քանի որ դրանք չեն դեֆորմացվում ծանր բեռների տակ ծայրահեղ ջերմաստիճաններում:

Տեխնիկական կերամիկա. Օգտագործվում է զրահաբաճկոնների, պոմպերի կնիքի օղակների և ավտոմեքենայի արգելակային սկավառակների մեջ:

Ընդլայնված էլեկտրոնիկա (SIC հեղափոխություն)

21-րդ դարում նկատվել է կիսահաղորդչային արդյունաբերության SiC պահանջարկի աճ:

Սնուցման սարքեր. SiC-ի վրա հիմնված MOSFET-ներն ու դիոդներն ավելի արդյունավետ են, քան ավանդական սիլիկոնային բաղադրիչները: Դրանք կարևոր են էլեկտրական մեքենաների արագ լիցքավորման համակարգերի և ինվերտորների համար:

5G ենթակառուցվածք. SiC-ը ծառայում է որպես սուբստրատ Gallium Nitride(GaN) SiC սարքերի համար, որոնք ապահովում են բարձր հաճախականության 5G բազային կայաններ:

SiC փոշիի համաշխարհային որակի ստանդարտներ

Աղբյուր ստանալու ժամանակSiC փոշիմիջազգային մակարդակով գնորդները պետք է նավարկեն տարբեր գնահատման համակարգեր.

FEPA (Եվրոպական հղկող նյութեր արտադրողների դաշնություն): Օգտագործում է «F» (կապակցված հղկող նյութերի համար) և «P» (ծածկված հղկող նյութերի համար) նախածանցները (օրինակ, F240, P1200):

JIS (ճապոնական արդյունաբերական ստանդարտ): Ընդհանուր ասիական շուկաներում (օրինակ՝ #3000):

ANSI (Ամերիկյան ազգային ստանդարտների ինստիտուտ): Ստանդարտացված է Հյուսիսային Ամերիկայի շուկայի համար:

Մաքրության մակարդակները կարևոր են.

Մետաղագործական աստիճան՝ 88%-95%SiC:

Հղկող աստիճան՝ 96%-98,5%SiC:

Բարձր մաքրություն/Կերամիկական աստիճան՝ 99%SiC:

Սիլիցիումի կարբիդի փոշին շատ ավելին է, քան պարզ հղկող նյութը: Այն բարձր տեխնոլոգիական նյութ է, որը կամրջում է ավանդական ծանր արդյունաբերության և մաքուր էներգիայի ապագայի միջև առկա բացը: Հասկանալով դրա դասակարգերը, արտադրության մեթոդները և կիրառությունները, մետալուրգիայի մասնագետները և գնումների մասնագետները կարող են ապահովել, որ իրենք ընտրել են ճիշտ արտադրանքը` օպտիմալացնելու իրենց գործառնությունները և արտադրանքի որակը: