Le monocristal de SiC est un matériau semi-conducteur composé du groupe IV-IV, composé de deux éléments, le Si et le C, dans un rapport stœchiométrique de 1:1. Sa dureté n'est surpassée que par celle du diamant.
La méthode de réduction du carbone de l'oxyde de silicium pour préparer du SiC repose principalement sur la formule de réaction chimique suivante :
Le processus de réaction de la réduction du carbone par l'oxyde de silicium est relativement complexe, dans lequel la température de réaction influe directement sur le produit final.
Lors de la fabrication du carbure de silicium, les matières premières sont d'abord placées dans un four à résistance. Ce four est constitué de parois latérales à chaque extrémité, d'une électrode en graphite en son centre et d'un noyau reliant ces deux électrodes. Les matières premières participant à la réaction sont disposées en premier lieu sur la périphérie du noyau, suivies des matériaux servant à l'isolation thermique. Au début de la fusion, le four est mis sous tension et la température atteint 2 600 à 2 700 °C. L'énergie thermique électrique est transférée à la charge à travers la surface du noyau, provoquant son chauffage progressif. Lorsque la température de la charge dépasse 1 450 °C, une réaction chimique se produit, générant du carbure de silicium et du monoxyde de carbone. Au fur et à mesure que la fusion se poursuit, la zone de haute température au sein de la charge s'étend progressivement, et la quantité de carbure de silicium produite augmente également. Le carbure de silicium se forme en continu dans le four, et par évaporation et mouvement, les cristaux croissent progressivement et finissent par s'assembler en cristaux cylindriques.
Une partie de la paroi interne du cristal commence à se décomposer sous l'effet de la température élevée, supérieure à 2 600 degrés Celsius. Le silicium produit par cette décomposition se recombine avec le carbone présent dans la charge pour former du carbure de silicium.
Une fois la réaction chimique du carbure de silicium (SiC) terminée et le four refroidi, l'étape suivante peut commencer. On commence par démonter les parois du four, puis on sélectionne et trie les matières premières, couche par couche. Ces matières premières sont ensuite broyées pour obtenir le matériau granulaire souhaité. Les impuretés sont ensuite éliminées par lavage à l'eau, nettoyage avec des solutions acides et alcalines, séparation magnétique et autres méthodes. Après séchage et tamisage, on obtient une poudre de carbure de silicium pure. Au besoin, cette poudre peut être transformée selon l'utilisation prévue, par exemple par mise en forme ou broyage fin, afin d'obtenir une poudre de carbure de silicium encore plus fine.
Les étapes spécifiques sont les suivantes :
(1) Matières premières
La poudre microcristalline de carbure de silicium vert est obtenue par broyage de carbure de silicium vert plus grossier. Sa composition chimique doit être supérieure à 99 %, et sa teneur en carbone libre et en oxyde de fer inférieure à 0,2 %.
(2) Cassé
Pour broyer le sable de carbure de silicium en poudre fine, deux méthodes sont actuellement utilisées en Chine : le broyage intermittent par broyeur à boulets humide et le broyage par broyeur à poudre à flux d'air.
(3) Séparation magnétique
Quelle que soit la méthode utilisée pour broyer la poudre de carbure de silicium en poudre fine, on recourt généralement à la séparation magnétique humide et à la séparation magnétique mécanique. En effet, la séparation magnétique humide ne génère pas de poussière, les particules magnétiques sont complètement séparées, le produit obtenu contient moins de fer et la quantité de carbure de silicium entraînée par les particules magnétiques est également réduite.
(4) Séparation de l'eau
Le principe de base de la méthode de séparation par eau consiste à utiliser les différentes vitesses de sédimentation des particules de carbure de silicium de différents diamètres dans l'eau pour effectuer un tri granulométrique.
(5) Contrôle par ultrasons
Avec le développement de la technologie ultrasonique, celle-ci a également été largement utilisée dans le criblage ultrasonique des micropoudres, ce qui permet de résoudre des problèmes de criblage tels que la forte adsorption, l'agglomération facile, l'électricité statique élevée, la finesse élevée, la densité élevée et la faible densité.
(6) Contrôle de la qualité
Le contrôle qualité des micropoudres comprend l'analyse de la composition chimique, de la granulométrie et d'autres paramètres. Pour connaître les méthodes de contrôle et les normes de qualité, veuillez vous référer aux « Conditions techniques du carbure de silicium ».
(7) Production de poussières de broyage
Après le regroupement et le tamisage des micropoudres, la tête de traitement peut être utilisée pour préparer une poudre de broyage. La production de cette poudre permet de réduire les déchets et d'optimiser la chaîne de valeur.
Date de publication : 13 mai 2024