كيف يتم تصنيع مسحوق كربيد السيليكون الدقيق؟

بلورة SiC الأحادية هي مادة شبه موصلة مركبة من المجموعة الرابعة تتكون من عنصرين، السيليكون والكربون، بنسبة قياسية 1:1. صلابتها تأتي في المرتبة الثانية بعد الماس.

تعتمد طريقة اختزال أكسيد السيليكون بالكربون لتحضير كربيد السيليكون بشكل أساسي على صيغة التفاعل الكيميائي التالية:

تُعد عملية تفاعل اختزال أكسيد السيليكون بالكربون عملية معقدة نسبياً، حيث تؤثر درجة حرارة التفاعل بشكل مباشر على المنتج النهائي.

في عملية تحضير كربيد السيليكون، تُوضع المواد الخام أولًا في فرن مقاومة. يتكون فرن المقاومة من جدران طرفية، مع قطب كهربائي من الجرافيت في المنتصف، ويربط قلب الفرن بين القطبين. تُوضع المواد الخام المشاركة في التفاعل أولًا على محيط قلب الفرن، ثم تُوضع المواد المستخدمة لحفظ الحرارة على المحيط. عند بدء عملية الصهر، يُشغّل فرن المقاومة وترتفع درجة حرارته إلى ما بين 2600 و2700 درجة مئوية. تنتقل الطاقة الحرارية الكهربائية إلى الشحنة عبر سطح قلب الفرن، مما يؤدي إلى تسخينها تدريجيًا. عندما تتجاوز درجة حرارة الشحنة 1450 درجة مئوية، يحدث تفاعل كيميائي ينتج عنه كربيد السيليكون وغاز أول أكسيد الكربون. مع استمرار عملية الصهر، تتوسع منطقة الحرارة العالية في الشحنة تدريجيًا، وتزداد كمية كربيد السيليكون المتولدة. يتشكل كربيد السيليكون باستمرار في الفرن، ومن خلال التبخر والحركة، تنمو البلورات تدريجياً وتتجمع في النهاية لتشكل بلورات أسطوانية.

يبدأ جزء من الجدار الداخلي للبلورة بالتحلل نتيجةً لارتفاع درجة الحرارة إلى أكثر من 2600 درجة مئوية. ويتحد عنصر السيليكون الناتج عن التحلل مع عنصر الكربون الموجود في الشحنة لتكوين كربيد السيليكون الجديد.

بعد اكتمال التفاعل الكيميائي لكربيد السيليكون (SiC) وتبريد الفرن، تبدأ المرحلة التالية. أولًا، تُفكك جدران الفرن، ثم تُنتقى المواد الخام الموجودة فيه وتُصنف طبقةً تلو الأخرى. تُسحق المواد الخام المنتقاة للحصول على المادة الحبيبية المطلوبة. بعد ذلك، تُزال الشوائب من المواد الخام عن طريق الغسل بالماء أو التنظيف بمحاليل حمضية وقلوية، بالإضافة إلى الفصل المغناطيسي وطرق أخرى. تُجفف المواد الخام النظيفة ثم تُغربل مرة أخرى، وأخيرًا يُحصل على مسحوق كربيد السيليكون النقي. عند الضرورة، يمكن معالجة هذه المساحيق بشكل إضافي وفقًا للاستخدام الفعلي، مثل التشكيل أو الطحن الدقيق، لإنتاج مسحوق كربيد سيليكون أنعم.

الخطوات المحددة هي كالتالي:

(1) المواد الخام

يُنتج مسحوق كربيد السيليكون الأخضر الدقيق عن طريق طحن كربيد السيليكون الأخضر الخشن. يجب أن تتجاوز نسبة التركيب الكيميائي لكربيد السيليكون 99%، وأن تقل نسبة الكربون الحر وأكسيد الحديد عن 0.2%.

(2) مكسور

لسحق رمل كربيد السيليكون إلى مسحوق ناعم، يتم استخدام طريقتين حاليًا في الصين، إحداهما هي السحق المتقطع باستخدام مطحنة الكرات الرطبة، والأخرى هي السحق باستخدام مطحنة مسحوق تدفق الهواء.

(3) الفصل المغناطيسي

بغض النظر عن الطريقة المستخدمة لطحن مسحوق كربيد السيليكون إلى مسحوق ناعم، فإن الفصل المغناطيسي الرطب والفصل المغناطيسي الميكانيكي هما الأكثر شيوعًا. ويعود ذلك إلى عدم وجود غبار أثناء الفصل المغناطيسي الرطب، وفصل المواد المغناطيسية بشكل كامل، وانخفاض نسبة الحديد في المنتج النهائي، وانخفاض كمية مسحوق كربيد السيليكون التي تزيلها المواد المغناطيسية.

(4) فصل الماء

المبدأ الأساسي لطريقة فصل الماء هو استخدام سرعات الترسيب المختلفة لجزيئات كربيد السيليكون ذات الأقطار المختلفة في الماء لإجراء فرز حجم الجسيمات.

(5) الفحص بالموجات فوق الصوتية

مع تطور تكنولوجيا الموجات فوق الصوتية، تم استخدامها على نطاق واسع في الفرز بالموجات فوق الصوتية لتكنولوجيا المساحيق الدقيقة، والتي يمكنها بشكل أساسي حل مشاكل الفرز مثل الامتصاص القوي، والتكتل السهل، والكهرباء الساكنة العالية، والنعومة العالية، والكثافة العالية، والوزن النوعي الخفيف.

(6) فحص الجودة

يشمل فحص جودة المساحيق الدقيقة التركيب الكيميائي، وحجم الجسيمات، وعناصر أخرى. للاطلاع على طرق الفحص ومعايير الجودة، يُرجى الرجوع إلى "الشروط الفنية لكربيد السيليكون".