SiC-Einkristall ist ein Verbindungshalbleitermaterial der Gruppe IV-IV, das aus den beiden Elementen Si und C im stöchiometrischen Verhältnis 1:1 besteht. Seine Härte wird nur von Diamant übertroffen.
Die Kohlenstoffreduktionsmethode 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 das Endprodukt direkt beeinflusst.
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. Der Ofenkern verbindet die beiden Elektroden. Am Rand des Ofenkerns werden zunächst die an der Reaktion beteiligten Rohstoffe und anschließend die zur Wärmespeicherung verwendeten Materialien platziert. Zu Beginn des Schmelzvorgangs wird der Widerstandsofen eingeschaltet und die Temperatur steigt auf 2.600 bis 2.700 Grad Celsius. Elektrische Wärmeenergie wird über die Oberfläche des Ofenkerns auf die Charge übertragen, wodurch diese allmählich erhitzt wird. Übersteigt die Temperatur der Charge 1.450 Grad Celsius, findet eine chemische Reaktion statt, bei der Siliziumkarbid und Kohlenmonoxidgas entstehen. Im weiteren Verlauf des Schmelzprozesses dehnt sich der Hochtemperaturbereich in der Charge allmählich aus, und die Menge des erzeugten Siliziumkarbids nimmt ebenfalls zu. Im Ofen wird kontinuierlich Siliziumkarbid gebildet und durch Verdampfung und Bewegung wachsen die Kristalle allmählich und sammeln sich schließlich zu zylindrischen Kristallen.
Aufgrund der hohen Temperaturen von über 2.600 Grad Celsius beginnt ein Teil der Innenwand des Kristalls zu zerfallen. Das durch die Zersetzung entstandene Siliziumelement verbindet sich mit dem Kohlenstoffelement in der Ladung und bildet neues Siliziumkarbid.
Sobald die chemische Reaktion des Siliziumkarbids (SiC) abgeschlossen und der Ofen abgekühlt ist, kann der nächste Schritt beginnen. Zunächst werden die Ofenwände demontiert und die Rohstoffe im Ofen schichtweise sortiert. Die ausgewählten Rohstoffe werden zerkleinert, um das gewünschte Granulat zu erhalten. Anschließend werden Verunreinigungen durch Wasserwäsche, Reinigung mit Säure- und Laugenlösungen sowie durch Magnetscheidung und andere Verfahren entfernt. Die gereinigten Rohstoffe werden getrocknet und erneut gesiebt, um schließlich reines Siliziumkarbidpulver zu erhalten. Bei Bedarf können diese Pulver je nach Verwendungszweck weiterverarbeitet werden, beispielsweise durch Formen oder Feinmahlen, um feineres Siliziumkarbidpulver zu erhalten.
Die konkreten Schritte sind wie folgt:
(1) Rohstoffe
Grünes Siliziumkarbid-Mikropulver wird durch Zerkleinern von gröberem grünem Siliziumkarbid hergestellt. Die chemische Zusammensetzung von Siliziumkarbid sollte über 99 % liegen, der Anteil an freiem Kohlenstoff und Eisenoxid sollte unter 0,2 % liegen.
(2)Gebrochen
Um Siliziumkarbidsand zu feinem Pulver zu zerkleinern, werden in China derzeit zwei Methoden verwendet: eine ist das intermittierende Nasszerkleinern in einer Kugelmühle und die andere das Zerkleinern mithilfe einer Luftstrom-Pulvermühle.
(3) Magnetische Trennung
Unabhängig davon, welches Verfahren zum Zerkleinern von Siliziumkarbidpulver zu feinem Pulver verwendet wird, werden üblicherweise die Nassmagnettrennung und die mechanische Magnettrennung verwendet. Dies liegt daran, dass bei der Nassmagnettrennung kein Staub entsteht, die magnetischen Materialien vollständig getrennt werden, das Produkt nach der Magnettrennung weniger Eisen enthält und auch weniger Siliziumkarbidpulver von den magnetischen Materialien mitgenommen wird.
(4)Wasserabscheidung
Das Grundprinzip der Wassertrennmethode besteht darin, die unterschiedlichen Sinkgeschwindigkeiten von Siliziumkarbidpartikeln mit unterschiedlichen Durchmessern im Wasser zu nutzen, um eine Partikelgrößensortierung durchzuführen.
(5) Ultraschallprüfung
Mit der Entwicklung der Ultraschalltechnologie wird sie auch häufig bei der Ultraschallsiebung von Mikropulvern eingesetzt, wodurch 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 Mikropulvern umfasst die chemische Zusammensetzung, die Partikelgrößenzusammensetzung und weitere Punkte. Informationen zu Prüfmethoden und Qualitätsstandards finden Sie in den „Technischen Bedingungen für Siliziumkarbid“.
(7) Schleifstaubentwicklung
Nachdem das Mikropulver gruppiert und gesiebt wurde, kann der Materialkopf zur Herstellung von Schleifpulver verwendet werden. Die Herstellung von Schleifpulver kann Abfall reduzieren und die Produktkette verlängern.
Veröffentlichungszeit: 13. Mai 2024