Ano ang mga pangunahing hakbang sa proseso ng paggawa ng carbide ng silikon?

Menu ng nilalaman

● Pangkalahatang -ideya ng mga pamamaraan ng paggawa ng karbida ng silikon

● Ang proseso ng acheson: sunud-sunod na pagkasira

>> 1. Paghahanda ng hilaw na materyal

>> 2. Paglo -load at pagsasaayos ng pugon

>> 3. Reaksyon ng mataas na temperatura

>> 4. Paglamig at pagkuha

>> 5. Pagdurog at grading

>> 6. Paglilinis at kontrol ng kalidad

● Mga Advanced na Diskarte sa Paggawa

>> Physical Vapor Transport (PVT)

>> Chemical Vapor Deposition (CVD)

● Pag-post-processing at paghuhubog

>> Bumubuo ng mga teknolohiya

>> Pagsulong ng Sintering

● Mga Application sa Pang -industriya

>> Mga kinakailangan sa tiyak na sektor

● Mga pagsasaalang -alang sa kapaligiran at pang -ekonomiya

>> Pag -optimize ng enerhiya

>> Mga inisyatibo sa pag -recycle

● Hinaharap na mga uso sa paggawa ng SIC

● Konklusyon

● FAQS

>> 1. Bakit ginagamit ng proseso ng acheson ang sawdust?

>> 2. Ano ang karaniwang kadalisayan ng acheson-process sic?

>> 3. Gaano katagal ang isang buong cycle ng produksyon?

>> 4. Maaari bang ma -recycle ang sic?

>> 5. Bakit ginusto ng CVD para sa electronics?

● Mga pagsipi:

Ang Silicon Carbide (SIC) ay naging kailangang -kailangan sa buong industriya na nagmula sa aerospace hanggang sa mga semiconductors dahil sa matinding tigas, thermal stability, at paglaban sa kemikal. Ang artikulong ito ay galugarin ang mga pamamaraan ng produksiyon ng industriya, na nakatuon sa proseso ng acheson, habang sumasaklaw din sa mga advanced na pamamaraan tulad ng Physical Vapor Transport (PVT) at Chemical Vapor Deposition (CVD).

Pangkalahatang -ideya ng mga pamamaraan ng paggawa ng karbida ng silikon

Dalawang pangunahing pamamaraan ang nangingibabaw sa paggawa ng sic:

1. Proseso ng Acheson: Ang tradisyonal, malakihang pamamaraan para sa paggawa ng nakasasakit na grade sic.

2. Physical Vapor Transport (PVT): Ginamit para sa mataas na kadalisayan na solong kristal sa electronics.

3. Chemical Vapor Deposition (CVD): Dalubhasa para sa manipis na film na semiconductor application.

Ang artikulong ito ay nakatuon sa proseso ng acheson, na nagkakahalaga ng higit sa 90% ng produksiyon ng pang -industriya na SIC.

Ang proseso ng acheson: sunud-sunod na pagkasira

1. Paghahanda ng hilaw na materyal

Ang proseso ng paggawa ng karbida ng silikon ay nagsisimula sa masalimuot na pagpili ng hilaw na materyal:

- Silica buhangin: sourced mula sa quartz deposit, na nangangailangan ng ≥99.5% sio₂ kadalisayan.

- Mga Pinagmumulan ng Carbon: Petroleum Coke (ginustong para sa mababang nilalaman ng abo) o karbon ng anthracite.

- Mga Additives:

- Sawdust (5-10% ng timbang) upang lumikha ng mga channel ng pagtakas sa gas.

- Ang sodium chloride (2-3%) ay nagpapababa ng temperatura ng reaksyon mula sa 2,600 ° C hanggang 2,400 ° C.

Ang mga modernong pasilidad ay gumagamit ng laser-sapilitan breakdown spectroscopy (LIB) para sa real-time na pagsusuri ng komposisyon ng mga hilaw na materyales.

2. Paglo -load at pagsasaayos ng pugon

Ang puso ng produksiyon ng silikon na karbida ay namamalagi sa pugon ng electric resist:

- Disenyo: hugis -parihaba na bakal na shell na may 500-1,000mm makapal na refractory lining.

- Mga Electrodes: Ang mga grapayt na rod (300-500mm diameter) ay naghahatid ng lakas ng 100-200V DC.

- Core Assembly: Carbon Black na halo -halong may 10% binder ang bumubuo ng conductive core.

Ang isang karaniwang batch ng produksyon ay gumagamit:

ng sangkap	ng dami	layunin
Pinaghalong sio₂/c	50-100 tonelada	Reaksyon ng masa
Additive ng asin	1-2 tonelada	Ahente ng flux
Sawdust	3-5 tonelada	Kontrol ng porosity

3. Reaksyon ng mataas na temperatura

Ang pagbawas ng carbothermal ay nangyayari sa tatlong yugto:

1. Preheating (0-1,800 ° C): 12-18 na oras upang magmaneho ng mga volatile.

2. Phase ng reaksyon (2,100–2,500 ° C):

SIO ₂+3C → SIC +2CO ↑

Ang mga paglabas ng gas ng gas sa 2.5 tonelada bawat batch.

3. Paglago ng Crystal (2,500–2,700 ° C): form ng α-SiC hexagonal platelets.

Ang mga advanced na thermal imaging system ay sinusubaybayan ang mga gradients ng temperatura sa loob ng ± 25 ° C.

4. Paglamig at pagkuha

Ang paghawak sa post-reaksyon ay nangangailangan ng katumpakan:

- Kinokontrol na Paglamig: Ang Nitrogen Purging ay nagpapabilis ng paglamig sa 5-7 araw.

- Zonal Extraction: Ang Boule ay naglalaman ng mga natatanging rehiyon:

- Panloob na Core: Mataas na Purity Green SIC (MOHS 9.5).

- Gitnang Layer: Itim na sic na may 1-3% libreng carbon.

- Outer crust: hindi nabuong materyal (15-25% ng kabuuang masa).

5. Pagdurog at grading

Ang mga modernong linya ng produksyon ng karbida ng silikon ay nagtatrabaho:

- HPGR Crushers: Ang mga high-pressure na paggiling roll ay nagbabawas ng paggamit ng enerhiya sa pamamagitan ng 30% kumpara sa mga crushers ng panga.

- Pag -uuri ng hangin: Nakakamit ang mga pamamahagi ng laki ng butil ng:

- magaspang na grits: 12–240 mesh (1,680-53 μm).

- Micron Powder: D97 ≤ 10 μm.

6. Paglilinis at kontrol ng kalidad

Tinitiyak ng pagproseso ng post ang pagiging pare-pareho ng materyal:

- acid leaching:

- Ang hydrofluoric acid (5-15%) ay nag -aalis ng SIO₂.

- Ang sulfuric acid (20%) ay nag -aalis ng mga impurities ng metal.

- Laser diffraction: Pinatunayan ang pamamahagi ng laki ng butil.

-Pagsusuri ng XRD: Kinukumpirma ang nilalaman ng β-SIC <0.5% sa mga produktong α-SiC.

Mga Advanced na Diskarte sa Paggawa

Physical Vapor Transport (PVT)

Ang Semiconductor-grade SIC ay nangangailangan ng dalubhasang paglago:

1. Paghahanda ng Binhi: 4H-SiC wafers na pinakintab sa Ra <0.2nm.

2. Mga Parameter ng Paglago:

- temperatura gradient: 15-25 ° C/cm.

- Pressure: 5-50 mbar.

3. Defect Mitigation:

- Density ng Basal Plane Dislocation: <100 cm⊃2 ;.

- Mga depekto sa Micropipe: tinanggal sa modernong 150mm wafers.

Chemical Vapor Deposition (CVD)

Para sa mga aplikasyon ng electronics ng kuryente:

Mga gas ng precursor:

- Pinagmulan ng Silicon: SIH₄ (5-10% sa H₂).

- Pinagmulan ng Carbon: C₃h₈ o Ch₃sicl₃.

Mga rate ng paglago:

- Paglago ng bulk: 0.3-1.0 mm/oras.

- Mga epitaxial layer: 10-50 μm/oras.

Pag-post-processing at paghuhubog

Bumubuo ng Mga Teknolohiya

Paraan ng	Presyon ng Presyon	na Nakamit ang Mga Application	ng Mga Application
Dry pagpindot	50-200 MPa	60-75% TD	Refractory bricks
Malamig na isostatic	200–400 MPa	75–85% TD	Armor tile
Paghuhulma ng iniksyon	70-150 MPa	55-65% TD	Kumplikadong mga geometry

Pagsulong ng Sintering

Ang mga Innovations sa Silicon Carbide Production ay kinabibilangan ng:

Solid-state sintering:

- Mga Additives: B₄C + C (0.5-2.0%).

- temperatura: 2,100–2,200 ° C.

Liquid-phase sintering:

- Ang al₂o₃-y₂o₃ flux ay nagbibigay-daan sa pagpapagaan sa 1,850-1,950 ° C.

Mga Application sa Pang -industriya

Mga kinakailangan sa tiyak na sektor

Pag -aaral ng Kaso: Ang Modelong 3 Inverter ng Tesla ay gumagamit ng 24 sic mosfets, binabawasan ang mga pagkalugi ng kuryente sa pamamagitan ng 75% kumpara sa SI IGBTS.

Mga pagsasaalang -alang sa kapaligiran at pang -ekonomiya

Pag -optimize ng enerhiya

Ang mga modernong pasilidad sa paggawa ng karbida ng silikon ay nagpapatupad:

- Basura ng Pag -init ng Basura: 40-50% ng init ng hurno na na -convert sa lakas ng singaw.

- DC arc furnaces: bawasan ang pagkonsumo ng enerhiya sa 6-8 kWh/kg.

Mga inisyatibo sa pag -recycle

Bumawi ang mga closed-loop system:

- 92-95% ng nakasasakit na grit sa pamamagitan ng paghihiwalay ng hydrocyclone.

- 70% hurno off-gas co para sa synthesis ng methanol.

Hinaharap na mga uso sa paggawa ng SIC

1. Mas Malaking Crystal Growth: 200mm Wafer Production sa pamamagitan ng 2026.

2. Additive Manufacturing: Binder jetting ng mga sangkap ng sic na may 99.3% density.

3. Pagsasama ng AI: Ang pag -aaral ng machine ay hinuhulaan ang pinakamainam na mga parameter ng hurno na may katumpakan na 94%.

Konklusyon

Ang proseso ng paggawa ng karbida ng silikon ay pinagsasama ang mga prinsipyo ng siglo na may mga makabagong pagputol. Habang ang proseso ng acheson ay nananatiling nangingibabaw para sa bulk na paggawa, pinapagana ng PVT at CVD ang mga advanced na aplikasyon sa mga electronics ng kuryente. Ang mga pagsulong sa hinaharap sa disenyo ng hurno, pag -recycle, at digitalization ay higit na palakasin ang papel ng SIC bilang isang kritikal na materyal para sa matinding mga kapaligiran, kasama ang pandaigdigang merkado ng SIC na inaasahang umabot sa $ 10.6 bilyon sa pamamagitan ng 2028.

FAQS

1. Bakit ginagamit ng proseso ng acheson ang sawdust?

Ang mga sawdust burn sa panahon ng pag -init, na lumilikha ng mga channel ng pagtakas ng gas na pumipigil sa pagbuo ng presyon at pagbutihin ang pagkakapareho ng reaksyon.

2. Ano ang karaniwang kadalisayan ng acheson-process sic?

Ang mga komersyal na marka ay umaabot sa 98-99.5% kadalisayan, habang ang mga variant na hugasan ng acid ay lumampas sa 99.9%.

3. Gaano katagal ang isang buong cycle ng produksyon?

Mula sa mga hilaw na materyales hanggang sa panghuling pulbos: 15-20 araw (kabilang ang 7-10 araw na paglamig).

4. Maaari bang ma -recycle ang sic?

Oo - hanggang sa 40% ng paggiling ng basura ng gulong ay na -reclaim sa pamamagitan ng pagdurog at magnetic na paghihiwalay.

5. Bakit ginusto ng CVD para sa electronics?

Nakakamit ng CVD ang mga depekto ng depekto <1 cm² kumpara sa 10⊃3; –10⁴ cm² sa mga kristal na PVT.

Mga pagsipi:

[1] https://www

[2] https://www.ipsceramics.com/how-is-silicon-carbide-made/

[3] https://materials.iisc.ac.in/~govindg/silicon_carbide_manufacture.htm

[4] https://www.linkedin.com/pulse/comprehensive-guide-silicon-carbide-from

[5] https://www.linkedin.com/pulse/production-process-silicon-carbide--wrstc

[6] https://www.domill.com/What-is-the-Silicon-Carbide-Powder-Making-Process-Flow.html

[7] https://www.xinliabrasive.com/production-process-of-black-silicon-carbide.html

[8] https://www.semi-cera.com/news/silicon-carbide-wafer-production-process/

[9] https://kindle-tech.com/faqs/how-do-you-process-silicon-carbide

[10] https://www.washingtonmills.com/silicon-carbide/sic-production-process

[11] https://www.azom.com/article.aspx?articleid=3271

[12] https://patents.google.com/patent/us20140315373a1/en

[13] https://www.linkedin.com/pulse/manufacturing-process-production-flow-silicon-carbide-saggars-l57ic

[14] https://www.crystec.com/crysice.htm

[15] https://en.wikipedia.org/wiki/acheson_process

.

[17] https://newsroom.st.com/media-center/press-item.html/c3262.html

[18] https://www.matk.com/en-global/tech_article/detail/all/all/202205-iar

.

[20] https://wiredspace.wits.ac.za/bitstreams/09da15cb-8cc1-4573-b55e-b4ed15050145/download

[21] https://www.