सामग्री मेनू
● सिलिकॉन कार्बाइड उत्पादन विधियों का अवलोकन
● Acheson प्रक्रिया: चरण-दर-चरण ब्रेकडाउन
>> 1। कच्चे माल की तैयारी
>> 2। भट्ठी लोडिंग और कॉन्फ़िगरेशन
>> 3। उच्च तापमान प्रतिक्रिया
>> 4। शीतलन और निष्कर्षण
>> 5। कुचल और ग्रेडिंग
>> 6। शुद्धि और गुणवत्ता नियंत्रण
● उन्नत विनिर्माण तकनीक
>> भौतिक वाष्प परिवहन
>> रासायनिक वाष्प जमाव (सीवीडी)
● प्रसंस्करण और आकार देना
>> गठन प्रौद्योगिकियां
>> सिन्टरिंग एडवांसमेंट्स
● औद्योगिक अनुप्रयोग
>> क्षेत्र-विशिष्ट आवश्यकताएँ
● पर्यावरणीय और आर्थिक विचार
>> ऊर्जा अनुकूलन
>> पुनरावर्तन पहल
● SIC विनिर्माण में भविष्य के रुझान
● निष्कर्ष
● पूछे जाने वाले प्रश्न
>> 1। Acheson प्रक्रिया चूरा का उपयोग क्यों करती है?
>> 2। Acheson-process sic की विशिष्ट शुद्धता क्या है?
>> 3। एक पूर्ण उत्पादन चक्र कितना समय लगता है?
>> 4। क्या sic को पुनर्नवीनीकरण किया जा सकता है?
>> 5। सीवीडी को इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए क्यों पसंद किया जाता है?
● उद्धरण:
सिलिकॉन कार्बाइड (एसआईसी) अपनी चरम कठोरता, थर्मल स्थिरता और रासायनिक प्रतिरोध के कारण एयरोस्पेस से अर्धचालक तक के उद्योगों में अपरिहार्य हो गया है। यह लेख औद्योगिक उत्पादन विधियों की पड़ताल करता है, जो एसेसन प्रक्रिया पर ध्यान केंद्रित करता है, जबकि भौतिक वाष्प परिवहन (पीवीटी) और रासायनिक वाष्प जमाव (सीवीडी) जैसी उन्नत तकनीकों को भी कवर करता है।
सिलिकॉन कार्बाइड उत्पादन विधियों का अवलोकन
दो प्राथमिक विधियां SIC विनिर्माण पर हावी हैं:
1। Acheson प्रक्रिया: अपघर्षक-ग्रेड sic के उत्पादन के लिए पारंपरिक, बड़े पैमाने पर विधि।
2। भौतिक वाष्प परिवहन (PVT): इलेक्ट्रॉनिक्स में उच्च शुद्धता वाले एकल क्रिस्टल के लिए उपयोग किया जाता है।
3। रासायनिक वाष्प जमाव (सीवीडी): पतली-फिल्म सेमीकंडक्टर अनुप्रयोगों के लिए विशेष।
यह लेख Acheson प्रक्रिया पर केंद्रित है, जो 90% से अधिक औद्योगिक SIC उत्पादन के लिए जिम्मेदार है।
Acheson प्रक्रिया: चरण-दर-चरण ब्रेकडाउन
1। कच्चे माल की तैयारी
सिलिकॉन कार्बाइड उत्पादन प्रक्रिया सावधानीपूर्वक कच्चे माल के चयन के साथ शुरू होती है:
- सिलिका सैंड: क्वार्ट्ज डिपॉजिट से खट्टा, .99.5% sio₂ शुद्धता की आवश्यकता होती है।
- कार्बन स्रोत: पेट्रोलियम कोक (कम राख सामग्री के लिए पसंद किया गया) या एन्थ्रेसाइट कोयला।
- additives:
- गैस से बचने के चैनल बनाने के लिए चूरा (वजन से 5-10%)।
- सोडियम क्लोराइड (2-3%) 2,600 डिग्री सेल्सियस से 2,400 डिग्री सेल्सियस से प्रतिक्रिया तापमान को कम करता है।
आधुनिक सुविधाएं कच्चे माल के वास्तविक समय संरचना विश्लेषण के लिए लेजर-प्रेरित ब्रेकडाउन स्पेक्ट्रोस्कोपी (LIBS) का उपयोग करती हैं।
2। भट्ठी लोडिंग और कॉन्फ़िगरेशन
सिलिकॉन कार्बाइड उत्पादन का दिल विद्युत प्रतिरोध भट्ठी में निहित है:
- डिजाइन: 500-1,000 मिमी मोटी दुर्दम्य अस्तर के साथ आयताकार स्टील शेल।
- इलेक्ट्रोड: ग्रेफाइट रॉड्स (300-500 मिमी व्यास) 100-200V डीसी पावर वितरित करें।
- कोर असेंबली: कार्बन ब्लैक ने 10% बाइंडर के साथ मिश्रित कंडक्टिव कोर बनाया।
एक विशिष्ट उत्पादन बैच उपयोग करता है:
| घटक |
मात्रा |
उद्देश्य |
| Sio₂/c मिश्रण |
50-100 टन |
प्रतिक्रिया द्रव्यमान |
| नमक का |
1-2 टन |
प्रवाह एजेंट |
| बुरादा |
3-5 टन |
पोरसिटी नियंत्रण |
3। उच्च तापमान प्रतिक्रिया
कार्बोथर्मल में कमी तीन चरणों में होती है:
1। प्रीहीटिंग (0–1,800 ° C): 12-18 घंटे वाष्पशील ड्राइव करने के लिए।
2। प्रतिक्रिया चरण (2,100–2,500 ° C):
SiO 2+3C → SIC +2CO ↑
सीओ गैस उत्सर्जन 2.5 टन प्रति बैच पर चोटियों।
3। क्रिस्टल ग्रोथ (2,500–2,700 ° C): α-sic हेक्सागोनल प्लेटलेट्स फॉर्म।
उन्नत थर्मल इमेजिंग सिस्टम। 25 डिग्री सेल्सियस के भीतर तापमान ग्रेडिएंट की निगरानी करते हैं।
4। शीतलन और निष्कर्षण
प्रतिक्रिया से निपटने के लिए सटीकता की आवश्यकता होती है:
- नियंत्रित शीतलन: नाइट्रोजन पर्सिंग 5-7 दिनों तक ठंडा होता है।
- जोनल निष्कर्षण: बुले में अलग -अलग क्षेत्र शामिल हैं:
- इनर कोर: हाई-प्यूरिटी ग्रीन सिस (मोह 9.5)।
- मध्य परत: 1-3% मुक्त कार्बन के साथ काला sic।
- बाहरी क्रस्ट: अप्राप्य सामग्री (कुल द्रव्यमान का 15-25%)।
5। कुचल और ग्रेडिंग
आधुनिक सिलिकॉन कार्बाइड उत्पादन लाइनें रोजगार:
- एचपीजीआर क्रशर: उच्च दबाव वाली पीस रोल 30% बनाम जबड़े क्रशर द्वारा ऊर्जा उपयोग को कम करते हैं।
- वायु वर्गीकरण: कण आकार के वितरण को प्राप्त करता है:
- मोटे ग्रिट्स: 12-240 मेष (1,680–53 माइक्रोन)।
- माइक्रोन पाउडर: D97 μ 10 माइक्रोन।
6। शुद्धि और गुणवत्ता नियंत्रण
पोस्ट-प्रोसेसिंग सामग्री स्थिरता सुनिश्चित करता है:
- एसिड लीचिंग:
- हाइड्रोफ्लोरिक एसिड (5-15%) Sio₂ को हटा देता है।
- सल्फ्यूरिक एसिड (20%) धातु की अशुद्धियों को समाप्त करता है।
- लेजर विवर्तन: कण आकार वितरण को सत्यापित करता है।
-XRD विश्लेषण: α-SIC उत्पादों में β-SIC सामग्री <0.5% की पुष्टि करता है।
उन्नत विनिर्माण तकनीक
भौतिक वाष्प परिवहन
अर्धचालक-ग्रेड SIC को विशेष विकास की आवश्यकता होती है:
1। बीज की तैयारी: 4H-SIC वेफर्स ने RA <0.2nm को पॉलिश किया।
2। विकास पैरामीटर:
- तापमान ढाल: 15-25 डिग्री सेल्सियस/सेमी।
- दबाव: 5-50 mbar।
3। दोष शमन:
- बेसल विमान अव्यवस्था घनत्व: <100 सेमी 22 ;;
- माइक्रोप्रिप दोष: आधुनिक 150 मिमी वेफर्स में समाप्त हो गया।
रासायनिक वाष्प जमाव (सीवीडी)
पावर इलेक्ट्रॉनिक्स अनुप्रयोगों के लिए:
Precursor गैसें:
- सिलिकॉन स्रोत: SIH₄ (H₂ में 5-10%)।
- कार्बन स्रोत: c₃h₈ या ch₃sicl₃।
वृद्धि दर:
- थोक वृद्धि: 0.3–1.0 मिमी/घंटा।
- एपिटैक्सियल लेयर्स: 10-50 माइक्रोन/घंटा।
प्रसंस्करण और आकार देना
प्रौद्योगिकियों के निर्माण
| के |
दबाव |
घनत्व प्राप्त |
अनुप्रयोग |
| सूखी दबाव |
50-200 एमपीए |
60-75% टीडी |
दुर्दम्य ईंटें |
| कोल्ड आइसोस्टैटिक |
200-400 एमपीए |
75-85% टीडी |
कवच टाइल्स |
| अंतः क्षेपण ढलाई |
70-150 एमपीए |
55-65% टीडी |
जटिल ज्यामिति |
सिन्टरिंग एडवांसमेंट्स
सिलिकॉन कार्बाइड उत्पादन में नवाचारों में शामिल हैं:
ठोस-राज्य sintering:
- additives: B₄C + C (0.5–2.0%)।
- तापमान: 2,100–2,200 डिग्री सेल्सियस।
तरल-चरण sintering:
- al₂o₃-y₂o₃ fluxes 1,850–1,950 ° C पर घनत्व को सक्षम करते हैं।
औद्योगिक अनुप्रयोग
क्षेत्र-विशिष्ट आवश्यकताएँ
| उद्योग |
प्रमुख गुण |
sic ग्रेड |
| इलेक्ट्रिक वाहन |
थर्मल चालकता g200 w/mk |
4H-SIC वेफर्स |
| अंतरिक्ष यान |
विकिरण कठोरता |
उच्च शुद्धता सीवीडी |
| धातु को काटना |
फ्रैक्चर क्रूरता ≥4 एमपीए · mmm |
Sintered α-sic |
केस स्टडी: टेस्ला का मॉडल 3 इन्वर्टर 24 SIC MOSFET का उपयोग करता है, जिससे Si IGBTS की तुलना में बिजली के नुकसान को 75% कम करता है।
पर्यावरणीय और आर्थिक विचार
ऊर्जा अनुकूलन
आधुनिक सिलिकॉन कार्बाइड उत्पादन सुविधाएं लागू होती हैं:
- अपशिष्ट गर्मी की वसूली: 40-50% भट्ठी गर्मी भाप शक्ति में परिवर्तित हो गई।
- डीसी आर्क भट्टियां: ऊर्जा की खपत को 6-8 kWh/किग्रा तक कम करें।
पुनरावर्तन पहल
बंद-लूप सिस्टम ठीक हो गए:
- 92-95% हाइड्रोकार्बन पृथक्करण के माध्यम से अपघर्षक धैर्य।
- मेथनॉल संश्लेषण के लिए 70% भट्ठी ऑफ-गैस सह।
SIC विनिर्माण में भविष्य के रुझान
1। बड़ा क्रिस्टल विकास: 2026 तक 200 मिमी वेफर उत्पादन।
2। एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग: 99.3% घनत्व के साथ एसआईसी घटकों की बाइंडर जेटिंग।
3। एआई एकीकरण: मशीन लर्निंग 94% सटीकता के साथ इष्टतम भट्ठी मापदंडों की भविष्यवाणी करती है।
निष्कर्ष
सिलिकॉन कार्बाइड उत्पादन प्रक्रिया अत्याधुनिक नवाचारों के साथ शताब्दी पुराने सिद्धांतों को जोड़ती है। जबकि Acheson प्रक्रिया थोक उत्पादन के लिए प्रमुख बनी हुई है, PVT और CVD पावर इलेक्ट्रॉनिक्स में उन्नत अनुप्रयोगों को सक्षम करते हैं। फर्नेस डिज़ाइन, रीसाइक्लिंग और डिजिटलाइजेशन में भविष्य की प्रगति, चरम वातावरण के लिए एक महत्वपूर्ण सामग्री के रूप में SIC की भूमिका को और मजबूत करेगी, वैश्विक SIC बाजार के साथ 2028 तक $ 10.6 बिलियन तक पहुंचने का अनुमान है।
पूछे जाने वाले प्रश्न
1। Acheson प्रक्रिया चूरा का उपयोग क्यों करती है?
हीटिंग के दौरान चूरा जलता है, गैस से बचने वाले चैनल बनाते हैं जो दबाव बिल्डअप को रोकते हैं और प्रतिक्रिया एकरूपता में सुधार करते हैं।
2। Acheson-process sic की विशिष्ट शुद्धता क्या है?
वाणिज्यिक ग्रेड 98-99.5% शुद्धता तक पहुंचते हैं, जबकि एसिड-धोए गए वेरिएंट 99.9% से अधिक हैं।
3। एक पूर्ण उत्पादन चक्र कितना समय लगता है?
कच्चे माल से लेकर अंतिम पाउडर तक: 15-20 दिन (7-10 दिनों को ठंडा करने सहित)।
4। क्या sic को पुनर्नवीनीकरण किया जा सकता है?
हां - ग्राइंडिंग व्हील कचरे का 40% तक क्रशिंग और चुंबकीय पृथक्करण के माध्यम से पुनः प्राप्त किया जाता है।
5। सीवीडी को इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए क्यों पसंद किया जाता है?
CVD दोष घनत्व को प्राप्त करता है <1 cm² बनाम 10⊃3; –10⁴ cm² पीवीटी क्रिस्टल में।
उद्धरण:
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[११] https://www.azom.com/article.aspx?articleid=3271
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[१४] https://www.crystec.com/crysice.htm
[१५] https://en.wikipedia.org/wiki/acheson_process
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