ผงไมโคร SiC ผลิตขึ้นมาอย่างไร?

ผลึกเดี่ยว SiC เป็นวัสดุสารกึ่งตัวนำกลุ่ม IV-IV ที่ประกอบด้วยธาตุสองชนิด คือ Si และ C ในอัตราส่วนสโตอิชิโอเมตริก 1:1 ความแข็งเป็นรองเพียงเพชรเท่านั้น

วิธีการลดคาร์บอนของซิลิกอนออกไซด์เพื่อเตรียม SiC นั้นส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับสูตรปฏิกิริยาเคมีต่อไปนี้:

กระบวนการปฏิกิริยาการลดคาร์บอนของซิลิกอนออกไซด์ค่อนข้างซับซ้อน ซึ่งอุณหภูมิของปฏิกิริยาส่งผลโดยตรงต่อผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย

ในกระบวนการเตรียมซิลิกอนคาร์ไบด์ วัตถุดิบจะถูกวางในเตาเผาความต้านทานก่อน เตาเผาความต้านทานประกอบด้วยผนังด้านปลายทั้งสองด้าน โดยมีอิเล็กโทรดกราไฟต์อยู่ตรงกลาง และแกนเตาจะเชื่อมต่ออิเล็กโทรดทั้งสองเข้าด้วยกัน บนขอบของแกนเตา วัตถุดิบที่เข้าร่วมปฏิกิริยาจะถูกวางไว้ก่อน จากนั้นจึงวางวัสดุที่ใช้ในการเก็บความร้อนไว้บนขอบ เมื่อการหลอมเริ่มขึ้น เตาเผาความต้านทานจะได้รับพลังงานและอุณหภูมิจะสูงขึ้นถึง 2,600 ถึง 2,700 องศาเซลเซียส พลังงานความร้อนไฟฟ้าจะถูกถ่ายโอนไปยังประจุผ่านพื้นผิวของแกนเตา ทำให้เกิดความร้อนขึ้นทีละน้อย เมื่ออุณหภูมิของประจุเกิน 1,450 องศาเซลเซียส ปฏิกิริยาเคมีจะเกิดขึ้นเพื่อสร้างซิลิกอนคาร์ไบด์และก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์ เมื่อกระบวนการหลอมดำเนินต่อไป พื้นที่อุณหภูมิสูงในประจุจะค่อยๆ ขยายตัว และปริมาณของซิลิกอนคาร์ไบด์ที่เกิดขึ้นก็จะเพิ่มขึ้นเช่นกัน ซิลิกอนคาร์ไบด์ถูกสร้างขึ้นอย่างต่อเนื่องในเตาเผา และผ่านการระเหยและการเคลื่อนที่ ทำให้ผลึกค่อยๆ เติบโตขึ้นและรวมตัวกันเป็นผลึกทรงกระบอกในที่สุด

ส่วนหนึ่งของผนังด้านในของผลึกเริ่มสลายตัวเนื่องจากอุณหภูมิสูงเกิน 2,600 องศาเซลเซียส ธาตุซิลิกอนที่เกิดจากการสลายตัวจะรวมตัวกับธาตุคาร์บอนในประจุเพื่อสร้างซิลิกอนคาร์ไบด์ใหม่

เมื่อปฏิกิริยาเคมีของซิลิกอนคาร์ไบด์ (SiC) เสร็จสมบูรณ์และเตาเผาเย็นลง ขั้นตอนต่อไปก็สามารถเริ่มต้นได้ ขั้นแรก จะต้องรื้อผนังเตาเผา จากนั้นจึงเลือกวัตถุดิบในเตาเผาและคัดเกรดเป็นชั้นๆ วัตถุดิบที่เลือกจะถูกบดเพื่อให้ได้วัสดุที่เป็นเม็ดตามที่ต้องการ ต่อไป สิ่งสกปรกในวัตถุดิบจะถูกกำจัดออกโดยการล้างด้วยน้ำหรือทำความสะอาดด้วยสารละลายกรดและด่าง รวมถึงการแยกด้วยแม่เหล็กและวิธีการอื่นๆ วัตถุดิบที่ทำความสะอาดแล้วจะต้องทำให้แห้ง จากนั้นจึงคัดกรองอีกครั้ง และในที่สุดก็จะได้ผงซิลิกอนคาร์ไบด์บริสุทธิ์ หากจำเป็น ผงเหล่านี้สามารถนำไปแปรรูปเพิ่มเติมตามการใช้งานจริง เช่น การขึ้นรูปหรือการบดละเอียด เพื่อผลิตผงซิลิกอนคาร์ไบด์ที่ละเอียดยิ่งขึ้น

ขั้นตอนที่เฉพาะเจาะจงมีดังต่อไปนี้:

(1) วัตถุดิบ

ผงไมโครซิลิกอนคาร์ไบด์สีเขียวผลิตขึ้นโดยการบดซิลิกอนคาร์ไบด์สีเขียวที่มีขนาดหยาบกว่า องค์ประกอบทางเคมีของซิลิกอนคาร์ไบด์ควรมากกว่า 99% และคาร์บอนและออกไซด์เหล็กอิสระควรน้อยกว่า 0.2%

(2)พัง

ในการบดทรายซิลิกอนคาร์ไบด์ให้เป็นผงละเอียด มีการใช้อยู่ 2 วิธีในปัจจุบันในประเทศจีน วิธีหนึ่งคือการบดด้วยเครื่องบดลูกบอลเปียกเป็นระยะ และอีกวิธีหนึ่งคือการบดโดยใช้เครื่องบดผงแบบไหลเวียนอากาศ

(3)การแยกแม่เหล็ก

ไม่ว่าจะใช้วิธีใดในการบดผงซิลิกอนคาร์ไบด์ให้เป็นผงละเอียด การแยกด้วยแม่เหล็กแบบเปียกและการแยกด้วยแม่เหล็กแบบกลไกมักจะใช้ เนื่องจากไม่มีฝุ่นในระหว่างการแยกด้วยแม่เหล็กแบบเปียก วัสดุแม่เหล็กจึงถูกแยกออกอย่างสมบูรณ์ ผลิตภัณฑ์หลังการแยกด้วยแม่เหล็กจะมีเหล็กน้อยลง และผงซิลิกอนคาร์ไบด์ที่ถูกวัสดุแม่เหล็กดูดออกไปก็มีน้อยลงเช่นกัน

(4)การแยกน้ำ

หลักการพื้นฐานของวิธีการแยกน้ำคือการใช้ความเร็วในการตกตะกอนที่แตกต่างกันของอนุภาคซิลิกอนคาร์ไบด์ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางต่างกันในน้ำเพื่อดำเนินการคัดแยกขนาดอนุภาค

(5) การคัดกรองด้วยคลื่นเสียงความถี่สูง

ด้วยการพัฒนาของเทคโนโลยีอัลตราโซนิก จึงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการคัดกรองเทคโนโลยีผงไมโครด้วยอัลตราโซนิก ซึ่งสามารถแก้ปัญหาการคัดกรองต่างๆ เช่น การดูดซับที่แข็งแกร่ง การเกาะกลุ่มที่ง่าย ไฟฟ้าสถิตย์สูง ความละเอียดสูง ความหนาแน่นสูง และความถ่วงจำเพาะของแสง

(6)การตรวจสอบคุณภาพ

การตรวจสอบคุณภาพของผงไมโครจะครอบคลุมถึงองค์ประกอบทางเคมี องค์ประกอบขนาดอนุภาค และรายการอื่นๆ สำหรับวิธีการตรวจสอบและมาตรฐานคุณภาพ โปรดดูที่ “เงื่อนไขทางเทคนิคของซิลิกอนคาร์ไบด์”