ผงไมโครซิลิกาซิลิคอนไดออกไซด์ (SiC) ผลิตได้อย่างไร?

ผลึกเดี่ยว SiC เป็นวัสดุเซมิคอนดักเตอร์แบบผสมกลุ่ม IV-IV ที่ประกอบด้วยธาตุสองชนิด คือ Si และ C ในอัตราส่วนทางเคมี 1:1 ความแข็งของมันเป็นรองเพียงเพชรเท่านั้น

วิธีการลดคาร์บอนของซิลิคอนออกไซด์เพื่อเตรียม SiC นั้นอาศัยสูตรปฏิกิริยาเคมีต่อไปนี้เป็นหลัก:

กระบวนการปฏิกิริยาลดคาร์บอนของซิลิคอนออกไซด์ค่อนข้างซับซ้อน โดยอุณหภูมิของปฏิกิริยามีผลโดยตรงต่อผลิตภัณฑ์สุดท้าย

ในกระบวนการเตรียมซิลิคอนคาร์ไบด์ ขั้นแรกจะนำวัตถุดิบไปใส่ในเตาเผาแบบต้านทานความร้อน เตาเผาแบบต้านทานความร้อนประกอบด้วยผนังปิดทั้งสองด้าน มีขั้วไฟฟ้ากราไฟต์อยู่ตรงกลาง และแกนเตาเชื่อมต่อขั้วไฟฟ้าทั้งสองเข้าด้วยกัน วัตถุดิบที่เข้าร่วมปฏิกิริยาจะถูกวางไว้ที่ขอบของแกนเตาก่อน จากนั้นจึงวางวัสดุที่ใช้ในการรักษาความร้อนไว้ที่ขอบ เมื่อเริ่มการหลอม เตาเผาแบบต้านทานความร้อนจะได้รับพลังงานและอุณหภูมิจะสูงขึ้นถึง 2,600 ถึง 2,700 องศาเซลเซียส พลังงานความร้อนจากไฟฟ้าจะถูกถ่ายเทไปยังวัตถุดิบผ่านพื้นผิวของแกนเตา ทำให้วัตถุดิบร้อนขึ้นเรื่อยๆ เมื่ออุณหภูมิของวัตถุดิบสูงเกิน 1,450 องศาเซลเซียส จะเกิดปฏิกิริยาเคมีขึ้น ทำให้เกิดซิลิคอนคาร์ไบด์และก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์ เมื่อกระบวนการหลอมดำเนินต่อไป บริเวณที่มีอุณหภูมิสูงในวัตถุดิบจะค่อยๆ ขยายตัว และปริมาณซิลิคอนคาร์ไบด์ที่เกิดขึ้นก็จะเพิ่มขึ้นด้วย ซิลิคอนคาร์ไบด์จะถูกสร้างขึ้นอย่างต่อเนื่องในเตาเผา และด้วยกระบวนการระเหยและการเคลื่อนที่ ผลึกจะค่อยๆ เจริญเติบโตและรวมตัวกันในที่สุดเป็นผลึกทรงกระบอก

ส่วนหนึ่งของผนังด้านในของผลึกเริ่มสลายตัวเนื่องจากอุณหภูมิสูงเกิน 2,600 องศาเซลเซียส ธาตุซิลิคอนที่เกิดขึ้นจากการสลายตัวจะรวมตัวกับธาตุคาร์บอนในสารตั้งต้นเพื่อสร้างซิลิคอนคาร์ไบด์ใหม่

เมื่อปฏิกิริยาเคมีของซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) เสร็จสมบูรณ์และเตาหลอมเย็นลงแล้ว ขั้นตอนต่อไปก็สามารถเริ่มต้นได้ ขั้นแรก จะทำการรื้อผนังเตาหลอมออก จากนั้นจึงคัดเลือกและคัดแยกวัตถุดิบในเตาหลอมทีละชั้น วัตถุดิบที่คัดเลือกแล้วจะถูกบดเพื่อให้ได้วัสดุที่เป็นเม็ดตามที่เราต้องการ ต่อไป จะกำจัดสิ่งเจือปนในวัตถุดิบออกโดยการล้างด้วยน้ำหรือการทำความสะอาดด้วยสารละลายกรดและด่าง รวมถึงการแยกด้วยแม่เหล็กและวิธีการอื่นๆ วัตถุดิบที่ทำความสะอาดแล้วจะต้องนำไปอบแห้งแล้วคัดกรองอีกครั้ง และในที่สุดจะได้ผงซิลิคอนคาร์ไบด์บริสุทธิ์ หากจำเป็น ผงเหล่านี้สามารถนำไปแปรรูปเพิ่มเติมตามการใช้งานจริง เช่น การขึ้นรูปหรือการบดละเอียด เพื่อผลิตผงซิลิคอนคาร์ไบด์ที่ละเอียดขึ้น

ขั้นตอนเฉพาะมีดังต่อไปนี้:

(1) วัตถุดิบ

ผงไมโครซิลิคอนคาร์ไบด์สีเขียวผลิตได้จากการบดซิลิคอนคาร์ไบด์สีเขียวที่มีขนาดใหญ่กว่า โดยองค์ประกอบทางเคมีของซิลิคอนคาร์ไบด์ควรมากกว่า 99% และปริมาณคาร์บอนอิสระและเหล็กออกไซด์ควรน้อยกว่า 0.2%

(2) แตกหัก

ปัจจุบันในประเทศจีนมีการใช้สองวิธีในการบดทรายซิลิคอนคาร์ไบด์ให้เป็นผงละเอียด วิธีแรกคือการบดด้วยเครื่องบดลูกบอลเปียกแบบไม่ต่อเนื่อง และวิธีที่สองคือการบดโดยใช้เครื่องบดผงแบบใช้ลมเป่า

(3)การแยกด้วยแม่เหล็ก

ไม่ว่าจะใช้วิธีใดในการบดผงซิลิคอนคาร์ไบด์ให้เป็นผงละเอียด โดยทั่วไปแล้วมักใช้การแยกด้วยแม่เหล็กแบบเปียกและการแยกด้วยแม่เหล็กเชิงกล เนื่องจากในการแยกด้วยแม่เหล็กแบบเปียกนั้นไม่มีฝุ่นละออง วัสดุแม่เหล็กจะแยกออกจากกันได้อย่างสมบูรณ์ ผลิตภัณฑ์หลังการแยกด้วยแม่เหล็กจะมีธาตุเหล็กน้อย และปริมาณผงซิลิคอนคาร์ไบด์ที่ถูกดึงออกไปโดยวัสดุแม่เหล็กก็มีน้อยเช่นกัน

(4)การแยกน้ำ

หลักการพื้นฐานของวิธีการแยกอนุภาคด้วยน้ำคือการใช้ความเร็วในการตกตะกอนที่แตกต่างกันของอนุภาคซิลิคอนคาร์ไบด์ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางต่างกันในน้ำ เพื่อทำการคัดแยกขนาดอนุภาค

(5) การตรวจคัดกรองด้วยคลื่นเสียงอัลตราโซนิก

ด้วยการพัฒนาของเทคโนโลยีอัลตราโซนิก ทำให้มีการนำไปใช้กันอย่างแพร่หลายในการคัดกรองด้วยอัลตราโซนิกในเทคโนโลยีผงละเอียด ซึ่งสามารถแก้ปัญหาการคัดกรองต่างๆ ได้ เช่น การดูดซับสูง การจับตัวเป็นก้อนง่าย ไฟฟ้าสถิตสูง ความละเอียดสูง ความหนาแน่นสูง และค่าความถ่วงจำเพาะต่ำ

(6) การตรวจสอบคุณภาพ

การตรวจสอบคุณภาพผงละเอียดประกอบด้วยองค์ประกอบทางเคมี องค์ประกอบขนาดอนุภาค และรายการอื่นๆ สำหรับวิธีการตรวจสอบและมาตรฐานคุณภาพ โปรดดูที่ “เงื่อนไขทางเทคนิคของซิลิคอนคาร์ไบด์”