Piikarbidi (SiC) on IV-IV-ryhmän yhdistepuolijohdemateriaali, joka koostuu kahdesta alkuaineesta, piistä ja hiilestä, stoikiometrisessä suhteessa 1:1. Sen kovuus on toiseksi paras vain timantin jälkeen.
Piikarbidin (SiC) valmistusmenetelmä piioksidin hiilen pelkistämiseksi perustuu pääasiassa seuraavaan kemialliseen reaktiokaavaan:
Piidioksidin hiilen pelkistyksen reaktioprosessi on suhteellisen monimutkainen, ja reaktiolämpötila vaikuttaa suoraan lopputuotteeseen.
Piikarbidin valmistusprosessissa raaka-aineet sijoitetaan ensin vastusuuniin. Vastusuuni koostuu molemmissa päissä olevista päätyseinistä, joiden keskellä on grafiittielektrodi, ja uunin ydin yhdistää nämä kaksi elektrodia. Uunin ytimen reunoille sijoitetaan ensin reaktioon osallistuvat raaka-aineet ja sitten lämmön säilyttämiseen käytettävät materiaalit. Kun sulatus alkaa, vastusuuni käynnistetään ja lämpötila nousee 2 600–2 700 celsiusasteeseen. Sähköinen lämpöenergia siirtyy varaukseen uunin ytimen pinnan kautta, jolloin se kuumenee vähitellen. Kun varauksen lämpötila ylittää 1450 celsiusastetta, tapahtuu kemiallinen reaktio, jossa muodostuu piikarbidia ja hiilimonoksidikaasua. Sulatusprosessin jatkuessa varauksen korkean lämpötilan alue laajenee vähitellen ja myös syntyvän piikarbidin määrä kasvaa. Piikarbidia muodostuu jatkuvasti uunissa, ja haihtumisen ja liikkeen kautta kiteet kasvavat vähitellen ja lopulta kerääntyvät sylinterimäisiksi kiteiksi.
Osa kiteen sisäseinämästä alkaa hajota yli 2 600 celsiusasteen lämpötilan vuoksi. Hajoamisessa syntynyt piialkuaine yhdistyy uudelleen panoksen hiilialkuaineen kanssa muodostaen uutta piikarbidia.
Kun piikarbidin (SiC) kemiallinen reaktio on valmis ja uuni on jäähtynyt, voidaan aloittaa seuraava vaihe. Ensin uunin seinämät puretaan, minkä jälkeen uunissa olevat raaka-aineet valitaan ja lajitellaan kerros kerrokselta. Valitut raaka-aineet murskataan halutun rakeisen materiaalin saamiseksi. Seuraavaksi raaka-aineiden epäpuhtaudet poistetaan vesipesulla tai happo- ja alkaliliuoksilla puhdistamalla sekä magneettierotuksella ja muilla menetelmillä. Puhdistetut raaka-aineet on kuivattava ja seulottava uudelleen, jolloin saadaan lopuksi puhdasta piikarbidijauhetta. Tarvittaessa näitä jauheita voidaan edelleen käsitellä todellisen käyttötarkoituksen mukaan, kuten muotoilulla tai hienonnuksella, hienomman piikarbidijauheen tuottamiseksi.
Tarkat vaiheet ovat seuraavat:
(1) Raaka-aineet
Vihreän piikarbidin mikrojauhe valmistetaan murskaamalla karkeampaa vihreää piikarbidia. Piikarbidin kemiallisen koostumuksen tulisi olla yli 99 % ja vapaan hiilen ja rautaoksidin pitoisuuden alle 0,2 %.
(2) Rikki
Piikarbidihiekan murskaamiseksi hienoksi jauheeksi Kiinassa käytetään tällä hetkellä kahta menetelmää: jaksottainen märkäkuulamyllymurskaus ja ilmavirtausjauhemyllyllä murskaus.
(3) Magneettinen erotus
Riippumatta siitä, mitä menetelmää piikarbidijauheen murskaamiseen hienoksi jauheeksi käytetään, käytetään yleensä märkämagneettista erottelua ja mekaanista magneettista erottelua. Tämä johtuu siitä, että märkämagneettisessa erottelussa ei synny pölyä, magneettiset materiaalit erottuvat kokonaan, magneettisen erottelun jälkeinen tuote sisältää vähemmän rautaa ja magneettisten materiaalien poistama piikarbidijauhe on myös vähäisempää.
(4) Veden erottuminen
Veden erotusmenetelmän perusperiaate on käyttää eri halkaisijaltaan olevien piikarbidihiukkasten erilaisia laskeutumisnopeuksia vedessä hiukkaskokolajittelun suorittamiseksi.
(5) Ultraääniseulonta
Ultraäänitekniikan kehityksen myötä sitä on käytetty laajalti myös mikrojauhetekniikan ultraääniseulonnassa, joka voi pohjimmiltaan ratkaista seulontaongelmia, kuten voimakas adsorptio, helppo agglomeraatio, korkea staattinen sähkö, korkea hienous, korkea tiheys ja kevyt ominaispaino.
(6) Laaduntarkastus
Mikrojauheen laaduntarkastukseen kuuluu kemiallinen koostumus, hiukkaskokokoostumus ja muita seikkoja. Tarkastusmenetelmät ja laatustandardit löytyvät piikarbidin teknisistä ehdoista.
(7) Hiontapölyn muodostuminen
Kun mikrojauhe on ryhmitelty ja seulottu, materiaalipäätä voidaan käyttää jauhatusjauheen valmistukseen. Jauhatusjauheen tuotanto voi vähentää jätettä ja pidentää tuotantoketjua.
Julkaisun aika: 13. toukokuuta 2024