சிலிக்கான் கார்பைடு (SiC) தூள் : பண்புகள், தொழில்துறை பயன்பாடுகள்

சர்வதேச வாங்குவோர் மற்றும் கொள்முதல் மேலாளர்களுக்கு, சிலிக்கான் கார்பைடு தூளின் நுணுக்கங்களைப் புரிந்துகொள்வது ஒரு தொழில்நுட்பத் தேவை மட்டுமல்ல - இது ஒரு போட்டித் தேவை. எஃகு தயாரிப்பில் டீஆக்ஸைடராகப் பயன்படுத்தப்பட்டாலும், உயர்-செயல்திறன் சிராய்ப்பாக இருந்தாலும் அல்லது மின்சார வாகன (EV) பவர் எலக்ட்ரானிக்ஸில் முக்கியமான அங்கமாக இருந்தாலும், SiC ஆனது கடினத்தன்மை, வெப்ப கடத்துத்திறன் மற்றும் இரசாயன நிலைத்தன்மை ஆகியவற்றின் தனித்துவமான கலவையை வழங்குகிறது.

சிலிக்கான் கார்பைடு (SiC) என்றால் என்ன?

சிலிக்கான் கார்பைடு என்பது சிலிக்கான் மற்றும் கார்பனால் ஆன ஒரு கலவை குறைக்கடத்தி ஆகும். இயற்கையில், இது விதிவிலக்காக அரிதானது, சில வகையான விண்கற்கள் மற்றும் கொருண்டம் படிவுகளில் சுவடு அளவுகளில் மட்டுமே காணப்படுகிறது. இதன் விளைவாக, தொழில்துறையில் பயன்படுத்தப்படும் அனைத்து சிலிக்கான் கார்பைடுகளும் செயற்கையாக உற்பத்தி செய்யப்படுகின்றன.

படிக அமைப்பு

SiC தனித்துவமானது, ஏனெனில் இது பாலிமார்பிஸத்தை வெளிப்படுத்துகிறது, அதாவது இது 250க்கும் மேற்பட்ட படிக வடிவங்களில் இருக்கலாம். மிகவும் பொதுவான கட்டமைப்புகள் பின்வருமாறு:

ஆல்பா சிலிக்கான் கார்பைடு (α-SiC): மிகவும் பொதுவான பாலிமார்ஃப், அறுகோண படிக அமைப்பால் வகைப்படுத்தப்படுகிறது. இது 1700 டிகிரி செல்சியஸ் வெப்பநிலையில் நிலையானது.

பீட்டா சிலிக்கான் கார்பைடு (β-SiC): இந்த வடிவம் ஒரு கன படிக அமைப்பைக் கொண்டுள்ளது (வைரத்தைப் போன்றது) மற்றும் 1700°C க்கும் குறைவான வெப்பநிலையில் உருவாகிறது.

முக்கிய இயற்பியல் மற்றும் வேதியியல் பண்புகள்

SiC தூள் ஏன் மிகவும் தேடப்படுகிறது? அதன் செயல்திறன் அளவீடுகள் இணையற்றவை:

தீவிர கடினத்தன்மை: 9.0 முதல் 9.5 வரை மோஸ் கடினத்தன்மையுடன், இது வைரம் மற்றும் போரான் கார்பைடுக்கு அடுத்தபடியாக உள்ளது.

உயர் வெப்ப கடத்துத்திறன்: SiC பெரும்பாலான உலோகங்களை விட வேகமாக வெப்பத்தை சிதறடிக்கிறது, இது அதிக வெப்பநிலை சூழல்களுக்கு ஏற்றதாக அமைகிறது.

குறைந்த வெப்ப விரிவாக்கம்: இது திடீர் வெப்பநிலை மாற்றங்களின் கீழ் (சிறந்த வெப்ப அதிர்ச்சி எதிர்ப்பு) சிதைவு அல்லது விரிசல்களை எதிர்க்கிறது.

இரசாயன செயலற்ற தன்மை: அதிக வெப்பநிலையில் கூட அமிலங்கள், காரங்கள் மற்றும் உருகிய உப்புகள் ஆகியவற்றிலிருந்து அரிப்பை மிகவும் எதிர்க்கும்.

செமிகண்டக்டிங் பண்புகள்: பல உராய்வைப் போலல்லாமல், SiC ஒரு பரந்த-பேண்ட்கேப் குறைக்கடத்தி ஆகும், இது மின் மின்னணுவியல் துறையில் புரட்சியை ஏற்படுத்துகிறது.

உற்பத்தி செயல்முறை: அச்செசன் முறை மற்றும் அதற்கு அப்பால்

உயர் தூய்மையின் உற்பத்திசிலிக்கான் கார்பைடு தூள்ஒரு மூலதன-தீவிர மற்றும் ஆற்றல் மிகுந்த செயல்முறை ஆகும்.

அச்செசன் செயல்முறை

1891 இல் எட்வர்ட் குட்ரிச் அச்செசன் கண்டுபிடித்தார், இது பெரிய அளவிலான உற்பத்திக்கான முதன்மை முறையாக உள்ளது.

மூலப் பொருட்கள்: உயர் தூய்மையான சிலிக்கா மணல் (SiO2) மற்றும் பெட்ரோலியம் கோக் (C) ஆகியவை கலக்கப்படுகின்றன. சில சந்தர்ப்பங்களில், மரத்தூள் மற்றும் உப்பு ஆகியவை போரோசிட்டியைக் கட்டுப்படுத்தவும் அசுத்தங்களை அகற்றவும் சேர்க்கப்படுகின்றன.

மின்சார உலை: கலவை ஒரு எதிர்ப்பு உலையில் வைக்கப்படுகிறது. ஒரு மின்னோட்டம் ஒரு கிராஃபைட் கோர் வழியாக அனுப்பப்படுகிறது, சுற்றியுள்ள கலவையை 1,700 ° C மற்றும் 2,500 ° C வெப்பநிலைக்கு வெப்பப்படுத்துகிறது.

இரசாயன எதிர்வினை: SiO2 + 3C → SiC + 2CO வினை ஏற்படுகிறது.

அறுவடை: உலை குளிர்ந்தவுடன், SiC படிகங்களின் ஒரு பெரிய "உருளை" உருவாகிறது. மையமானது மிக உயர்ந்த தூய்மையைக் கொண்டுள்ளது (பச்சை SiC), வெளிப்புற அடுக்குகள் கருப்பு SiC ஐக் கொடுக்கும்.

தூள் செயலாக்கம்

கச்சா படிகங்கள் அறுவடை செய்யப்பட்டவுடன், அவை செயலாக்கத்தின் பல நிலைகளுக்கு உட்படுகின்றன:

நசுக்குதல் மற்றும் அரைத்தல்: தாடை நொறுக்கிகள், சுத்தியல் ஆலைகள் அல்லது பந்து ஆலைகளைப் பயன்படுத்தி படிகங்களைத் தூளாகக் குறைக்கவும்.

கிரேடிங் (அளவு): அதிர்வுறும் திரைகள் அல்லது காற்று வகைப்படுத்திகளைப் பயன்படுத்தி தூள் குறிப்பிட்ட கிரிட் அளவுகளை (எ.கா., FEPA, JIS, அல்லது ANSI தரநிலைகள்) பூர்த்தி செய்கிறது.

அமிலம் கழுவுதல் மற்றும் சுத்திகரிப்பு: எஞ்சியிருக்கும் இரும்பு, இலவச சிலிக்கான் அல்லது கார்பனை அகற்ற, தூள் பெரும்பாலும் 98% முதல் 99.9% வரை தூய்மை நிலைகளை அடைய ரசாயனங்களுடன் சிகிச்சையளிக்கப்படுகிறது.

கருப்பு மற்றும் பச்சை சிலிக்கான் கார்பைடு: வித்தியாசத்தைப் புரிந்துகொள்வது

உலகளாவிய சந்தையில், SiC தூள் பொதுவாக அதன் நிறத்தால் வகைப்படுத்தப்படுகிறது, இது அதன் தூய்மை மற்றும் நோக்கம் கொண்ட பயன்பாட்டை பிரதிபலிக்கிறது.

கருப்பு சிலிக்கான் கார்பைடு (கருப்பு SiC)

கருப்பு SiC தோராயமாக 95% முதல் 98% SiC ஐக் கொண்டுள்ளது. அதன் இருண்ட நிறம் இரும்பு மற்றும் கார்பன் அசுத்தங்களின் சுவடு அளவு காரணமாக உள்ளது.

சிறப்பியல்புகள்: பச்சை SiC ஐ விட சற்று கடினமான ஆனால் குறைவான உடையக்கூடியது.

இதற்கு சிறந்தது: வார்ப்பிரும்பு, இரும்பு அல்லாத உலோகங்கள் (தாமிரம், அலுமினியம்) மற்றும் உலோகம் அல்லாத பொருட்கள் (கல், ரப்பர், மரம்) போன்ற உயர் இழுவிசை வலிமை பொருட்களை அரைத்தல். உலோகவியல் ஆக்ஸிஜனேற்றத்திற்கான முதன்மை தேர்வாகவும் இது உள்ளது.

பச்சை சிலிக்கான் கார்பைடு (பச்சை SiC)

பச்சை SiC என்பது உயர்-தூய்மை மாறுபாடு, பொதுவாக 99% SiC உள்ளடக்கத்தை மீறுகிறது.

சிறப்பியல்புகள்: கருப்பு SiC உடன் ஒப்பிடும்போது அதிக கடினத்தன்மை மற்றும் சிறந்த வெட்டு சக்தி.

இதற்கு சிறந்தது: டங்ஸ்டன் கார்பைடு, ஆப்டிகல் கிளாஸ், மட்பாண்டங்கள் மற்றும் குறைக்கடத்தி செதில்கள் போன்ற கடினமான மற்றும் உடையக்கூடிய பொருட்களை துல்லியமாக அரைப்பது.

முதன்மை தொழில்துறை பயன்பாடுகள்

உலோகம் மற்றும் எஃகு தயாரித்தல்

உலோகவியல் துறையில், SiC தூள் குபோலாக்கள் மற்றும் மின்சார வில் உலைகளில் ஒரு சக்திவாய்ந்த டிஆக்ஸைடைசர் மற்றும் எரிபொருள் மூலமாக செயல்படுகிறது.

பலன்கள்: இது உருகிய உலோகத்தின் திரவத்தன்மையை மேம்படுத்துகிறது, சிலிக்கான் மற்றும் கார்பன் மீட்பு விகிதங்களை அதிகரிக்கிறது மற்றும் உருகும் செயல்முறையின் ஒட்டுமொத்த ஆற்றல் நுகர்வு குறைக்கிறது.

வார்ப்பிரும்பு உற்பத்தி: இது கிராஃபைட் செதில்களின் உருவாக்கத்தை ஊக்குவிக்கிறது, இது உயர்தர சாம்பல் மற்றும் நீர்த்துப்போகக்கூடிய இரும்பு வார்ப்புகளுக்கு வழிவகுக்கிறது.

சிராய்ப்புகள் மற்றும் மேற்பரப்பு முடித்தல்

இது SiC தூளின் மிகவும் பாரம்பரியமான பயன்பாடாகும்.

பிணைக்கப்பட்ட உராய்வுகள்: அரைக்கும் சக்கரங்கள் மற்றும் வெட்டு வட்டுகள் தயாரிக்கப் பயன்படுகிறது.

பூசப்பட்ட உராய்வுகள்: மணர்த்துகள்கள் கொண்ட காகிதம் மற்றும் பாலிஷ் பெல்ட்களில் பயன்படுத்தப்படுகிறது.

லேப்பிங் மற்றும் பாலிஷிங்: வால்வுகள், கியர்கள் மற்றும் செமிகண்டக்டர் அடி மூலக்கூறுகளை துல்லியமாக லேப்பிங் செய்வதற்கு "ஸ்லரிகளில்" நுண்ணிய SiC பொடிகள் பயன்படுத்தப்படுகின்றன.

ரிஃப்ராக்டரிகள் மற்றும் மட்பாண்டங்கள்

அதன் உயர் உருகும் புள்ளி (சுமார் 2,700 ° C இல் உயர்கிறது) மற்றும் குறைந்த வெப்ப விரிவாக்கம் காரணமாக, SiC ஒரு முதன்மையான பயனற்ற பொருளாகும்.

சூளை மரச்சாமான்கள்:SiC தட்டுகள் மற்றும் பீம்கள் பீங்கான் சூளைகளில் பயன்படுத்தப்படுகின்றன, ஏனெனில் அவை தீவிர வெப்பநிலையில் அதிக சுமைகளின் கீழ் சிதைவதில்லை.

தொழில்நுட்ப மட்பாண்டங்கள்: குண்டு துளைக்காத உள்ளாடைகள், பம்புகளுக்கான சீல் மோதிரங்கள் மற்றும் வாகன பிரேக் டிஸ்க்குகளில் பயன்படுத்தப்படுகிறது.

மேம்பட்ட மின்னணுவியல் (SIC புரட்சி)

21 ஆம் நூற்றாண்டில் குறைக்கடத்தி தொழில்துறைக்கான SiC தேவை அதிகரித்தது.

சக்தி சாதனங்கள்:SiC-அடிப்படையிலான MOSFETகள் மற்றும் டையோட்கள் பாரம்பரிய சிலிக்கான் கூறுகளை விட திறமையானவை. மின்சார வாகனங்களில் (EVகள்) வேகமாக சார்ஜ் செய்யும் அமைப்புகள் மற்றும் இன்வெர்ட்டர்களுக்கு அவை அவசியம்.

5G உள்கட்டமைப்பு: SiC சாதனங்களில் Gallium Nitride(GaN)க்கான அடி மூலக்கூறாக SiC செயல்படுகிறது, இது அதிக அதிர்வெண் கொண்ட 5G அடிப்படை நிலையங்களை இயக்குகிறது.

SiC பவுடருக்கான உலகளாவிய தர தரநிலைகள்

ஆதாரம் போதுSiC தூள்சர்வதேச அளவில், வாங்குபவர்கள் பல்வேறு தர நிர்ணய அமைப்புகளுக்கு செல்ல வேண்டும்:

FEPA(உராய்வுப் பொருட்களின் ஐரோப்பிய உற்பத்தியாளர்களின் கூட்டமைப்பு):"F"(பிணைக்கப்பட்ட உராய்வுப் பொருட்களுக்கு) மற்றும் "P"(பூசிய உராய்வுகளுக்கு) முன்னொட்டுகளைப் பயன்படுத்துகிறது(எ.கா.,F240,P1200).

JIS(ஜப்பானிய தொழில்துறை தரநிலை): ஆசிய சந்தைகளில் பொதுவானது(எ.கா.,#3000).

ANSI(அமெரிக்கன் நேஷனல் ஸ்டாண்டர்ட்ஸ் இன்ஸ்டிடியூட்):வட அமெரிக்க சந்தைக்கு தரப்படுத்தப்பட்டது.

தூய்மை நிலைகள் முக்கியம்:

உலோகவியல் தரம்:88%-95%SiC.

சிராய்ப்பு தரம்:96%-98.5%SiC.

உயர் தூய்மை/செராமிக் கிரேடு:99%SiC.

சிலிக்கான் கார்பைடு தூள் ஒரு எளிய உராய்வை விட அதிகம். பாரம்பரிய கனரக தொழில்துறைக்கும் சுத்தமான ஆற்றலின் எதிர்காலத்திற்கும் இடையே உள்ள இடைவெளியைக் குறைக்கும் உயர் தொழில்நுட்பப் பொருள். அதன் தரங்கள், உற்பத்தி முறைகள், பயன்பாடுகள், உலோகவியல் வல்லுநர்கள் மற்றும் கொள்முதல் நிபுணர்கள் தங்கள் செயல்பாடுகள் மற்றும் தயாரிப்பு தரத்தை மேம்படுத்த சரியான தயாரிப்பைத் தேர்ந்தெடுப்பதை உறுதிசெய்ய முடியும்.