SiC-Einkristall ist ein Verbindungshalbleitermaterial der Gruppe IV-IV, das aus zwei Elementen, Si und C, in einem stöchiometrischen Verhältnis von 1:1 besteht. Seine Härte übertrifft die von Diamant.
Die Methode zur Kohlenstoffreduktion von Siliziumoxid zur Herstellung von SiC basiert hauptsächlich auf der folgenden chemischen Reaktionsformel:
Der Reaktionsprozess der Kohlenstoffreduktion von Siliziumoxid ist relativ komplex, wobei die Reaktionstemperatur direkten Einfluss auf das Endprodukt hat.
Bei der Herstellung von Siliziumkarbid werden die Rohstoffe zunächst in einen Widerstandsofen gegeben. Der Widerstandsofen besteht aus Stirnwänden an beiden Enden, mit einer Graphitelektrode in der Mitte, und der Ofenkern verbindet die beiden Elektroden. An der Peripherie des Ofenkerns werden zunächst die an der Reaktion beteiligten Rohstoffe und dann die zur Wärmekonservierung verwendeten Materialien an der Peripherie platziert. Wenn das Schmelzen beginnt, wird der Widerstandsofen eingeschaltet und die Temperatur steigt auf 2.600 bis 2.700 Grad Celsius. Durch die Oberfläche des Ofenkerns wird elektrische Wärmeenergie auf die Charge übertragen, wodurch diese allmählich erhitzt wird. Wenn die Temperatur der Ladung 1450 Grad Celsius überschreitet, kommt es zu einer chemischen Reaktion, bei der Siliziumkarbid und Kohlenmonoxidgas entstehen. Mit fortschreitendem Schmelzprozess wird sich der Hochtemperaturbereich in der Charge allmählich ausdehnen und auch die Menge an erzeugtem Siliziumkarbid wird zunehmen. Im Ofen entsteht kontinuierlich Siliziumkarbid, und durch Verdampfung und Bewegung wachsen die Kristalle allmählich und sammeln sich schließlich zu zylindrischen Kristallen.
Durch die hohe Temperatur von über 2.600 Grad Celsius beginnt sich ein Teil der Innenwand des Kristalls zu zersetzen. Das durch die Zersetzung entstehende Siliziumelement rekombiniert mit dem Kohlenstoffelement in der Ladung und bildet neues Siliziumkarbid.
Wenn die chemische Reaktion von Siliziumkarbid (SiC) abgeschlossen ist und der Ofen abgekühlt ist, kann der nächste Schritt beginnen. Zuerst werden die Wände des Ofens demontiert, dann werden die Rohstoffe im Ofen ausgewählt und Schicht für Schicht sortiert. Die ausgewählten Rohstoffe werden zerkleinert, um das gewünschte Granulat zu erhalten. Anschließend werden Verunreinigungen in den Rohstoffen durch Waschen mit Wasser oder Reinigen mit Säure- und Alkalilösungen sowie durch magnetische Trennung und andere Methoden entfernt. Die gereinigten Rohstoffe müssen getrocknet und anschließend erneut gesiebt werden, um schließlich reines Siliziumkarbidpulver zu erhalten. Bei Bedarf können diese Pulver entsprechend der tatsächlichen Verwendung weiterverarbeitet werden, beispielsweise durch Formen oder Feinmahlen, um feineres Siliziumkarbidpulver herzustellen.
Konkrete Schritte sind wie folgt:
(1) Rohstoffe
Grünes Siliziumkarbid-Mikropulver wird durch Zerkleinern von gröberem grünem Siliziumkarbid hergestellt. Die chemische Zusammensetzung von Siliziumkarbid sollte mehr als 99 % betragen und der Anteil an freiem Kohlenstoff und Eisenoxid sollte weniger als 0,2 % betragen.
(2)Gebrochen
Um Siliziumkarbidsand zu feinem Pulver zu zerkleinern, werden in China derzeit zwei Methoden verwendet: die intermittierende Nasskugelmühlenzerkleinerung und die Zerkleinerung mithilfe einer Luftstrom-Pulvermühle.
(3) Magnetische Trennung
Unabhängig davon, welche Methode zum Zerkleinern von Siliziumkarbidpulver in feines Pulver verwendet wird, werden üblicherweise nasse magnetische Trennung und mechanische magnetische Trennung verwendet. Dies liegt daran, dass bei der nassen magnetischen Trennung kein Staub entsteht, die magnetischen Materialien vollständig getrennt werden, das Produkt nach der magnetischen Trennung weniger Eisen enthält und auch weniger Siliziumkarbidpulver von den magnetischen Materialien abgetragen wird.
(4)Wasserabscheidung
Das Grundprinzip der Wassertrennungsmethode besteht darin, die unterschiedlichen Absetzgeschwindigkeiten von Siliziumkarbidpartikeln unterschiedlichen Durchmessers in Wasser zu nutzen, um eine Partikelgrößensortierung durchzuführen.
(5) Ultraschalluntersuchung
Mit der Entwicklung der Ultraschalltechnologie wurde sie auch häufig bei der Ultraschallsiebung von Mikropulvertechnologie eingesetzt, mit der Siebprobleme wie starke Adsorption, leichte Agglomeration, hohe statische Elektrizität, hohe Feinheit, hohe Dichte und geringes spezifisches Gewicht grundsätzlich gelöst werden können .
(6) Qualitätsprüfung
Die Qualitätsprüfung von Mikropulver umfasst die chemische Zusammensetzung, die Zusammensetzung der Partikelgröße und andere Punkte. Informationen zu Prüfmethoden und Qualitätsstandards finden Sie unter „Technische Bedingungen für Siliziumkarbid“.
(7) Schleifstaubproduktion
Nachdem das Mikropulver gruppiert und gesiebt wurde, kann der Materialkopf zur Vorbereitung des Mahlpulvers verwendet werden. Durch die Herstellung von Schleifpulver kann Abfall reduziert und die Produktkette verlängert werden.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 13. Mai 2024