Monokryształ SiC to złożony materiał półprzewodnikowy grupy IV-IV składający się z dwóch pierwiastków, Si i C, w stosunku stechiometrycznym 1:1. Jego twardość ustępuje jedynie diamentowi.
Metoda redukcji węgla tlenkiem krzemu w celu przygotowania SiC opiera się głównie na następującym wzorze reakcji chemicznej:
Proces reakcji redukcji tlenku krzemu węglem jest stosunkowo złożony, a temperatura reakcji ma bezpośredni wpływ na produkt końcowy.
W procesie przygotowania węglika krzemu surowce umieszcza się najpierw w piecu oporowym. Piec oporowy składa się ze ścianek końcowych na obu końcach, z elektrodą grafitową pośrodku, a rdzeń pieca łączy obie elektrody. Na obrzeżu rdzenia pieca w pierwszej kolejności umieszczane są surowce biorące udział w reakcji, a następnie na obrzeżu umieszczane są materiały służące do utrwalania cieplnego. Po rozpoczęciu wytapiania włączany jest piec oporowy, a temperatura wzrasta do 2600–2700 stopni Celsjusza. Elektryczna energia cieplna przekazywana jest do wsadu poprzez powierzchnię rdzenia pieca, powodując jego stopniowe nagrzewanie. Kiedy temperatura wsadu przekracza 1450 stopni Celsjusza, zachodzi reakcja chemiczna, w wyniku której powstaje węglik krzemu i gazowy tlenek węgla. W miarę kontynuacji procesu wytapiania obszar wsadu o wysokiej temperaturze będzie się stopniowo rozszerzał, a ilość generowanego węglika krzemu również będzie wzrastać. Węglik krzemu tworzy się w piecu w sposób ciągły, a poprzez parowanie i ruch kryształy stopniowo rosną i ostatecznie łączą się w cylindryczne kryształy.
Część wewnętrznej ściany kryształu zaczyna się rozkładać pod wpływem wysokiej temperatury przekraczającej 2600 stopni Celsjusza. Pierwiastek krzemowy powstały w wyniku rozkładu połączy się ponownie z pierwiastkiem węglowym we wsadzie, tworząc nowy węglik krzemu.
Po zakończeniu reakcji chemicznej węglika krzemu (SiC) i ostygnięciu pieca można rozpocząć kolejny etap. Najpierw demontowane są ściany pieca, a następnie selekcjonowane są surowce w piecu i sortowane warstwa po warstwie. Wybrane surowce są rozdrabniane w celu uzyskania pożądanego przez nas materiału ziarnistego. Następnie usuwa się zanieczyszczenia z surowców poprzez mycie wodą lub czyszczenie roztworami kwasów i zasad, a także separację magnetyczną i innymi metodami. Oczyszczone surowce należy wysuszyć, a następnie ponownie przesiać, w wyniku czego można otrzymać czysty proszek węglika krzemu. Jeśli to konieczne, proszki te można dalej przetwarzać zgodnie z rzeczywistym zastosowaniem, np. kształtując lub drobno mieląc, w celu wytworzenia drobniejszego proszku węglika krzemu.
Konkretne kroki są następujące:
(1) Surowce
Mikroproszek z zielonego węglika krzemu wytwarza się przez kruszenie grubszego zielonego węglika krzemu. Skład chemiczny węglika krzemu powinien być większy niż 99%, a wolny węgiel i tlenek żelaza powinien być mniejszy niż 0,2%.
(2) Złamany
Aby kruszyć piasek węglika krzemu na drobny proszek, obecnie w Chinach stosuje się dwie metody, jedna to przerywane kruszenie w młynie kulowym na mokro, a druga to kruszenie przy użyciu młyna proszkowego z przepływem powietrza.
(3) Separacja magnetyczna
Bez względu na to, jaką metodę stosuje się do kruszenia proszku węglika krzemu na drobny proszek, zwykle stosuje się separację magnetyczną na mokro i mechaniczną separację magnetyczną. Dzieje się tak dlatego, że podczas mokrej separacji magnetycznej nie ma pyłu, materiały magnetyczne są całkowicie oddzielone, produkt po separacji magnetycznej zawiera mniej żelaza, a proszek węglika krzemu wyniesiony przez materiały magnetyczne jest również mniejszy.
(4) Separacja wody
Podstawową zasadą metody separacji wody jest wykorzystanie różnych prędkości osadzania cząstek węglika krzemu o różnych średnicach w wodzie w celu przeprowadzenia sortowania według wielkości cząstek.
(5) Badanie ultradźwiękowe
Wraz z rozwojem technologii ultradźwiękowej jest ona również szeroko stosowana w przesiewaniu ultradźwiękowym technologii mikroproszków, która może zasadniczo rozwiązać problemy z przesiewaniem, takie jak silna adsorpcja, łatwa aglomeracja, wysoka elektryczność statyczna, wysoka rozdrobnienie, wysoka gęstość i lekki ciężar właściwy .
(6) Kontrola jakości
Kontrola jakości mikroproszku obejmuje skład chemiczny, skład wielkości cząstek i inne elementy. Informacje na temat metod kontroli i standardów jakości można znaleźć w „Warunkach technicznych węglika krzemu”.
(7) Produkcja pyłu szlifierskiego
Po zgrupowaniu i przesianiu mikroproszku głowicę materiału można wykorzystać do przygotowania proszku do mielenia. Produkcja proszku do mielenia może zmniejszyć ilość odpadów i wydłużyć łańcuch produktów.
Czas publikacji: 13 maja 2024 r