כיצד מייצרים מיקרו-אבקת SiC?

גביש יחיד SiC הוא חומר מוליך למחצה מורכב מקבוצה IV-IV המורכב משני יסודות, Si ו-C, ביחס סטוכיומטרי של 1:1. קשיותו שנייה רק ליהלום.

שיטת חיזור הפחמן של תחמוצת סיליקון להכנת SiC מבוססת בעיקר על נוסחת התגובה הכימית הבאה:

תהליך התגובה של חיזור פחמן של תחמוצת סיליקון הוא מורכב יחסית, שבו טמפרטורת התגובה משפיעה ישירות על התוצר הסופי.

בתהליך ההכנה של סיליקון קרביד, חומרי הגלם מוכנסים תחילה לתנור התנגדות. תנור ההתנגדות מורכב מדפנות קצה בשני הקצוות, עם אלקטרודת גרפיט במרכז, וליבת התנור מחברת את שתי האלקטרודות. בהיקף ליבת התנור, מוכנסים תחילה חומרי הגלם המשתתפים בתגובה, ולאחר מכן מוכנסים בהיקף החומרים המשמשים לשימור חום. כאשר מתחילה ההתכה, תנור ההתנגדות מופעל והטמפרטורה עולה ל-2,600 עד 2,700 מעלות צלזיוס. אנרגיית חום חשמלית מועברת למטען דרך פני ליבת התנור, מה שגורם לחימום הדרגתי שלו. כאשר טמפרטורת המטען עולה על 1450 מעלות צלזיוס, מתרחשת תגובה כימית ליצירת סיליקון קרביד וגז פחמן חד-חמצני. ככל שתהליך ההתכה נמשך, אזור הטמפרטורה הגבוהה במטען יתרחב בהדרגה, וכמות הסיליקון קרביד הנוצרת גם היא תגדל. סיליקון קרביד נוצר ברציפות בתנור, ובאמצעות אידוי ותנועה, הגבישים גדלים בהדרגה ובסופו של דבר מתאספים לגבישים גליליים.

חלק מהדופן הפנימית של הגביש מתחיל להתפרק עקב הטמפרטורה הגבוהה העולה על 2,600 מעלות צלזיוס. יסוד הסיליקון המיוצר על ידי הפירוק יתחבר מחדש עם יסוד הפחמן במטען ליצירת סיליקון קרביד חדש.

כאשר התגובה הכימית של סיליקון קרביד (SiC) הושלמה והתנור התקרר, ניתן להתחיל בשלב הבא. ראשית, מפרקים את דפנות התנור, ולאחר מכן בוחרים ומדרגים את חומרי הגלם בתנור שכבה אחר שכבה. חומרי הגלם שנבחרו נמעכים כדי לקבל את החומר הגרגירי הרצוי. לאחר מכן, מסירים זיהומים בחומרי הגלם באמצעות שטיפה במים או ניקוי בתמיסות חומצה ובסיס, כמו גם הפרדה מגנטית ושיטות אחרות. יש לייבש את חומרי הגלם המנוקים ולאחר מכן לסנן אותם שוב, ולבסוף ניתן להשיג אבקת סיליקון קרביד טהורה. במידת הצורך, ניתן לעבד את האבקות הללו עוד יותר בהתאם לשימוש בפועל, כגון עיצוב או טחינה דקה, כדי לייצר אבקת סיליקון קרביד דקה יותר.

הצעדים הספציפיים הם כדלקמן:

(1) חומרי גלם

אבקת מיקרו סיליקון קרביד ירוקה מיוצרת על ידי ריסוק סיליקון קרביד ירוק גס יותר. ההרכב הכימי של סיליקון קרביד צריך להיות גדול מ-99%, ופחמן חופשי ותחמוצת ברזל צריכים להיות פחות מ-0.2%.

(2) שבור

כדי לכתוש חול סיליקון קרביד לאבקה דקה, שתי שיטות משמשות כיום בסין, האחת היא ריסוק לסירוגין בטחנת כדורים רטובה, והשנייה היא ריסוק באמצעות טחנת אבקה עם זרימת אוויר.

(3) הפרדה מגנטית

לא משנה באיזו שיטה משתמשים כדי לכתוש אבקת סיליקון קרביד לאבקה דקה, בדרך כלל משתמשים בהפרדה מגנטית רטובה ובהפרדה מגנטית מכנית. הסיבה לכך היא שאין אבק במהלך ההפרדה המגנטית הרטובה, החומרים המגנטיים מופרדים לחלוטין, התוצר לאחר ההפרדה המגנטית מכיל פחות ברזל, וגם פחות אבקת סיליקון קרביד שנאספת על ידי החומרים המגנטיים.

(4) הפרדת מים

העיקרון הבסיסי של שיטת הפרדת המים הוא שימוש במהירויות שיקוע שונות של חלקיקי סיליקון קרביד בקטרים שונים במים כדי לבצע מיון בגודל חלקיקים.

(5) סינון אולטרסאונד

עם התפתחות טכנולוגיית האולטרסאונד, היא נמצאת בשימוש נרחב גם בסינון אולטרסאונד של טכנולוגיית מיקרו-אבקה, שיכולה לפתור בעצם בעיות סינון כמו ספיחה חזקה, צבירה קלה, חשמל סטטי גבוה, דקיקות גבוהה, צפיפות גבוהה וכוח משיכה סגולי קל.