Монокристалл SiC — это полупроводниковый материал группы IV-IV, состоящий из двух элементов, Si и C, в стехиометрическом соотношении 1:1. По твердости он уступает только алмазу.
Метод восстановления оксида кремния углеродом для получения SiC в основном основан на следующей формуле химической реакции:
Процесс восстановления оксида кремния углеродом является относительно сложным, и температура реакции напрямую влияет на конечный продукт.
В процессе получения карбида кремния сырье сначала помещают в резистивную печь. Резистивная печь состоит из торцевых стенок с графитовым электродом в центре, а сердечник печи соединяет эти два электрода. По периферии сердечника печи сначала помещают сырье, участвующее в реакции, а затем материалы, используемые для поддержания температуры. Когда начинается плавка, резистивная печь включается, и температура повышается до 2600–2700 градусов Цельсия. Электрическая тепловая энергия передается шихте через поверхность сердечника печи, вызывая ее постепенный нагрев. Когда температура шихты превышает 1450 градусов Цельсия, происходит химическая реакция с образованием карбида кремния и оксида углерода. По мере продолжения процесса плавки высокотемпературная зона в шихте постепенно расширяется, и количество образующегося карбида кремния также увеличивается. В печи непрерывно образуется карбид кремния, и за счет испарения и движения кристаллы постепенно растут и в конечном итоге собираются в цилиндрические кристаллы.
Часть внутренней стенки кристалла начинает разлагаться из-за высокой температуры, превышающей 2600 градусов Цельсия. Образовавшийся в результате разложения кремний рекомбинирует с углеродом в исходном материале, образуя новый карбид кремния.
После завершения химической реакции карбида кремния (SiC) и охлаждения печи можно приступать к следующему этапу. Сначала демонтируют стенки печи, затем отбирают и сортируют послойно сырье. Отобранное сырье измельчают для получения необходимого гранулированного материала. Далее из сырья удаляют примеси путем промывки водой или очистки кислотными и щелочными растворами, а также магнитной сепарации и другими методами. Очищенное сырье необходимо высушить, а затем снова просеять, и, наконец, можно получить чистый порошок карбида кремния. При необходимости эти порошки могут быть дополнительно обработаны в соответствии с их фактическим применением, например, путем формования или тонкого измельчения, для получения более мелкого порошка карбида кремния.
Конкретные шаги следующие:
(1) Сырье
Микропорошок зеленого карбида кремния получают путем измельчения более крупного зеленого карбида кремния. Химический состав карбида кремния должен быть более 99%, а содержание свободного углерода и оксида железа должно быть менее 0,2%.
(2)Сломанный
Для измельчения песка из карбида кремния в мелкий порошок в Китае в настоящее время используются два метода: периодическое измельчение в шаровой мельнице с мокрым наполнением и измельчение с помощью пневматической порошковой мельницы.
(3) Магнитная сепарация
Независимо от метода измельчения порошка карбида кремния в мелкий порошок, обычно используются влажная магнитная сепарация и механическая магнитная сепарация. Это объясняется тем, что при влажной магнитной сепарации отсутствует пыль, магнитные материалы полностью отделяются, продукт после магнитной сепарации содержит меньше железа, а количество порошка карбида кремния, удаляемого магнитными материалами, также меньше.
(4) Разделение воды
Основной принцип метода разделения воды заключается в использовании различной скорости осаждения частиц карбида кремния разного диаметра в воде для осуществления сортировки частиц по размеру.
(5) Ультразвуковой скрининг
С развитием ультразвуковой технологии она также получила широкое применение в ультразвуковом просеивании микропорошков, что позволяет в основном решить такие проблемы просеивания, как сильная адсорбция, склонность к агломерации, высокое статическое электричество, высокая тонкость помола, высокая плотность и низкая удельная плотность.
(6) Контроль качества
Контроль качества микропорошков включает проверку химического состава, гранулометрического состава и других параметров. Методы контроля и стандарты качества см. в документе «Технические условия для карбида кремния».
(7) Образование пыли при шлифовании
После группировки и просеивания микропорошка, насадка для обработки материала может быть использована для приготовления порошка для измельчения. Производство порошка для измельчения позволяет сократить количество отходов и продлить производственную цепочку.
Дата публикации: 13 мая 2024 г.