컨텐츠 메뉴
● 실리콘 카바이드 소개
● 실리콘 탄화물 생산 기술의 개요
● Acheson 프로세스
>> 원칙과 역사적 맥락
>> 프로세스 단계
>> 장점과 한계
>> 일반적인 제품
● Lely 프로세스 (물리 증기 운송)
>> 원칙
>> 프로세스 단계
>> 장점과 한계
>> 일반적인 제품
● 화학 기상 증착 (CVD)
>> 원칙
>> 프로세스 단계
>> 장점과 한계
>> 일반적인 제품
● 반응 결합 실리콘 카바이드 (RB-SIC)
>> 원칙
>> 프로세스 단계
>> 장점과 한계
>> 일반적인 제품
● 기타 신흥 및 전문 방법
>> 유동층 또는 회전 반응기의 탄수화물 감소
>> 실리콘과 탄소의 직접 반응
>> 재활용 실리콘 폐기물 사용
● 실리콘 카바이드의 후 처리 및 형성
● 실리콘 카바이드의 응용
● 실리콘 탄화물 생산 기술에 대한 추가 통찰력
>> 환경 고려 사항
>> 품질 관리 및 테스트
>> 나노 구조화 된 실리콘 카바이드의 발전
>> 시장 동향과 미래의 전망
● 결론
● FAQ : 실리콘 카바이드 생산 기술
>> 1. 실리콘 탄화물을 생산하는 데 가장 널리 사용되는 방법은 무엇입니까?
>> 2. 전자 제품에 대해 고순도 실리콘 카바이드 결정은 어떻게 자랍니다.
>> 3. 실리콘 탄화물 생산에서 화학 증기 증착 (CVD)의 역할은 무엇입니까?
>> 4. 실리콘 카바이드를 복잡한 모양으로 생산할 수 있습니까?
>> 5. 실리콘 카바이드 생산을위한 지속 가능한 방법이 있습니까?
실리콘 카바이드 (SIC)는 탁월한 경도, 열전도율, 화학적 안정성 및 전자 특성을 갖는 현저한 재료입니다. 이러한 특성으로 인해 야금, 반도체, 연마제, 군사, 석유 시추 및 건축과 같은 산업에서는 필수 불가결합니다. 고성능 재료에 대한 수요가 증가함에 따라 가장 일반적인 것을 이해합니다. 실리콘 카바이드 생산 기술은 제조업체, 엔지니어 및 최종 사용자 모두에게 중요합니다.
이 포괄적 인 가이드는 실리콘 카바이드를 생성하는 데 사용되는 주요 방법, 기본 원리, 장점 및 일반적인 응용 프로그램을 탐구합니다. 또한 원자재를 완성 된 SIC 제품으로 전환하고, 환경 고려 사항을 해결하고, 품질 관리 및 신흥 트렌드를 전환하고, 자주 묻는 질문에 대한 답변과 관련된 단계를 살펴 보겠습니다.
실리콘 카바이드 소개
실리콘 카바이드는 화학적 공식 Sic과 함께 실리콘과 탄소의 화합물입니다. 특성의 독특한 조합 (예기 경도, 높은 융점, 화학적 불활성 및 우수한 열 및 전기 전도도)은 애플리케이션을 요구하는 재료입니다. SIC는 여러 결정 형태 (폴리 타입)로 존재하며, 가장 흔한 것은 육각형 (α-SIC) 및 입방 (β-SIC)입니다.
실리콘 탄화물 생산 기술의 개요
실리콘 탄화물의 생산은 일반적으로 실리콘 및 탄소 공급원의 고온 반응을 포함한다. 시간이 지남에 따라 여러 가지 방법이 개발되었으며 각각의 특정 제품 형태, 순도 및 응용 분야에 최적화되었습니다. 가장 일반적인 실리콘 카바이드 생산 기술은 다음과 같습니다.
- Acheson 프로세스
- Lely 프로세스 (물리 증기 운송)
- 화학 증기 증착 (CVD)
-반응 결합 실리콘 카바이드 (RB-SIC)
- 다른 전문적이고 새로운 방법
Acheson 프로세스
원칙과 역사적 맥락
1891 년 Edward Goodrich Acheson이 개발 한 Acheson 프로세스는 대량 실리콘 탄화물 생산을위한 지배적 인 산업 방법으로 남아 있습니다. 여기에는 일반적으로 2000 ° C에서 2500 ° C 사이의 매우 높은 온도에서 전기 저항 용광로에서 탄소 공급원 (보통 석유 코크스 또는 안트라이트 석탄)과 실리카 모래 (SIO₂)의 탄수화물 감소가 포함됩니다.
프로세스 단계
1. 원료 준비
- 고순도 실리카 모래와 탄소 공급원이 신중하게 선택되고 혼합됩니다. 제품 속성을 향상시키기 위해 첨가제가 포함될 수 있습니다.
2. 용광로 하중
- 혼합물은 큰 흑연 저항 용광로에 로딩됩니다. 흑연 막대는 가열 요소와 중앙 코어 역할을합니다.
3. 탄수화물 감소
- 전류는 흑연 막대를 통과하여 강렬한 열이 발생합니다. 주요 화학 반응은 다음과 같습니다.
SIO 2+3C → SIC +2CO
- 반응 구역은 최대 2500-3000 ° C에 도달하여 흑연 코어 주위에 SIC 결정이 형성됩니다.
4. 냉각 및 추출
- 24-48 시간의 반응 기간 후에 용광로가 냉각됩니다. SIC 제품은 코어 주위에 원통형 질량을 형성하며, 반응되지 않은 재료로 둘러싸여 있습니다.
5. 분쇄 및 분류
-SIC 질량은 크기와 순도로 추출, 분쇄 및 분류됩니다. 불순물을 제거하기 위해 추가 정제 (예 : 산 세척)가 수행 될 수있다.
장점과 한계
장점 :
- 대량의 SIC를 생산할 수 있습니다
- 대량 생산에 비교적 간단하고 비용 효율적입니다
제한 사항 :
- 에너지 집약적 인 프로세스
- 제품 순도 및 결정 크기는 열원과의 거리에 따라 다를 수 있습니다.
- 결정 구조 및 결함에 대한 제한된 제어
일반적인 제품
- 연마제
- 내화 된 재료
- 야금 첨가제
Lely 프로세스 (물리 증기 운송)
원칙
PVT (Physical Vapor Transport)라고도하는 Lely 프로세스는 고순도, 단축 실리콘 카바이드 볼을 생산하도록 설계되었습니다. 이 방법은 불활성 대기 (보통 아르곤)에서 매우 높은 온도 (약 2500 ° C)에서 SIC 분말의 승화를 포함하고, 더 차가운 시드 결정에서의 응축이 포함됩니다.
프로세스 단계
1. 승화
- 고급 SIC 분말은 흑연 도가니에 넣고 승화 될 때까지 가열됩니다 (고체에서 증기로 직접 변환).
2. 결정 성장
-SIC 증기는 더 차가운 종자 크리스탈로 이동하여 퇴적하여 큰 단결정 (Boule)을 재배합니다.
3. 가공
- Boule은 추출되어 웨이퍼 또는 다른 원하는 모양으로 가공됩니다.
4. 연마
- 웨이퍼는 전자 응용 분야에 필요한 표면 평탄도와 부드러움을 달성하기 위해 연마됩니다.
장점과 한계
장점 :
- 큰 고급 단결정을 생성합니다
- 반도체 등급 SIC 웨이퍼에 필수적입니다
제한 사항 :
- 느리고 에너지 집약적입니다
- 정확한 온도 제어 및 고급 시작 재료가 필요합니다
일반적인 제품
- 전력 전자 장치의 기판
-고주파 및 고전압 반도체 장치
화학 기상 증착 (CVD)
원칙
CVD는 실리콘 카바이드의 박막 또는 코팅을 생산하고 고품질의 단결정을 재배하는 다양한 기술입니다. 이 과정은 높은 온도에서 기체 전구체 (예 : 실란, 메탄 및 수소)의 화학 반응을 포함하여 기질 상에 SIC의 증착을 초래합니다.
프로세스 단계
1. 가스 소개
- 기체 실리콘 및 탄소 공급원은 가열 된 기질을 함유하는 반응 챔버에 도입된다.
2. 화학 반응
- 1000 ° C와 1600 ° C 사이의 온도에서 가스는 반응하고 SIC는 기판에 증착됩니다.
3. 층 성장
- 프로세스는 원하는 두께 또는 결정 구조가 달성 될 때까지 계속됩니다.
장점과 한계
장점 :
-고순도, 결함이없는 SIC 층을 생성합니다
- 두께와 구성을 정확하게 제어 할 수 있습니다
제한 사항 :
- 벌크 방법에 비해 성장률이 느립니다
- 더 비싸고 주로 고 부가가치 응용 프로그램에 적합합니다
일반적인 제품
- 전자 장치의 에피 택셜 층
- 보호 코팅
- MEMS 구성 요소
반응 결합 실리콘 카바이드 (RB-SIC)
원칙
RB-SIC는 용융 실리콘으로 탄소와 탄소의 다공성 프리 폼에 침투하여 생성된다. 실리콘은 탄소와 반응하여 추가 SIC를 형성하여 조밀하고 복잡한 모양의 재료를 초래합니다.
프로세스 단계
1. 전식 준비
- 녹색 몸체는 SIC 분말과 탄소로 형성되며 원하는대로 형성됩니다.
2. 침투
- 프리 폼은 가열되고 용융 실리콘으로 가열되어 탄소와 반응하여 더 많은 SIC를 형성합니다.
3. 최종 제품
- 결과 재료는 조밀하고 강하며 복잡한 형상으로 제조 될 수 있습니다.
장점과 한계
1. advantages :
- 복잡한 모양을 생산할 수 있습니다
- 높은 기계적 강도
2. 제한 사항 :
- 잔류 자유 실리콘은 특성에 영향을 줄 수 있습니다
- 모든 전자 애플리케이션에 적합하지 않습니다
일반적인 제품
- 기계식 씰
- 펌프 구성 요소
- 갑옷
기타 신흥 및 전문 방법
유동층 또는 회전 반응기의 탄수화물 감소
유동층 또는 회전 튜브 반응기와 같은 혁신적인 반응기 설계는 더 나은 혼합 및 열 전달을 가능하게하여 낮은 온도에서보다 효율적인 SIC 합성을 가능하게하고 입자 크기가 더 잘 제어됩니다.
실리콘과 탄소의 직접 반응
일부 공정에는 고온에서 원소 실리콘 및 탄소의 직접적인 반응이 포함되어 특정 특성과 SIC를 생성합니다.
재활용 실리콘 폐기물 사용
최근의 발전에는 재활용 실리콘 폐기물로부터 SIC 합성이 포함되며, 특정 응용 분야에 대한 지속 가능하고 비용 효율적인 대안을 제공합니다.
실리콘 카바이드의 후 처리 및 형성
합성 후, 실리콘 카바이드는 원하는 형태 및 특성을 달성하기위한 몇 가지 사후 처리 단계를 겪습니다.
- 분쇄 및 연삭 : 벌크 sic을 분말 또는 특정 입자 크기로 분해합니다.
- 정제 : 화학 또는 열 처리를 통한 불순물 제거.
- 형성 : 눌림, 압출 또는 주조를 통해 분말을 제품으로 형성합니다.
- 소결 : 가열 된 생성물은 입자를 결합시키고 재료를 밀도하기 위해 생성 된 생성물.
- 가공 및 마무리 : 정확한 치수와 표면 마감 처리로 연삭, 절단 및 연마.
실리콘 카바이드의 응용
실리콘 카바이드의 고유 한 특성은 광범위한 응용 분야에서 사용할 수 있습니다.
- 연마제 : 분쇄 휠, 샌드페이퍼, 절단 도구
- 내화 : 용광로 안감, 가마 가구, 도가니
- 반도체 : 전력 전자 장치, 다이오드, MOSFETS, Schottky Diodes
- 기계 구성 요소 : 씰, 베어링, 펌프 부품
- 갑옷 : 군사 및 법 집행 보호
- 에너지 : 태양열 인버터, 풍력, 전기 자동차 부품
실리콘 탄화물 생산 기술에 대한 추가 통찰력
환경 고려 사항
실리콘 카바이드 생산, 특히 Acheson 공정과 같은 전통적인 방법을 통해 높은 에너지 소비 및 배출이 포함됩니다. 탄소 발자국을 줄이고 에너지 효율을 향상시키는 녹색 기술을 개발하려는 노력이 진행 중입니다. 혁신에는 폐기물을 최소화하기 위해 가열 및 재생산 부산물에 재생 가능한 에너지 원을 사용하는 것이 포함됩니다.
품질 관리 및 테스트
실리콘 카바이드 제품의 품질을 보장하는 것은 까다로운 응용 분야의 성능에 중요합니다. 결정 구조, 순도 및 결함을 분석하기 위해 X- 선 회절 (XRD), 주사 전자 현미경 (SEM) 및 분광법과 같은 기술이 사용됩니다. 이러한 품질 관리 조치는 제조업체가 생산 매개 변수를 최적화하고 제품 신뢰성을 보장하는 데 도움이됩니다.
나노 구조화 된 실리콘 카바이드의 발전
최근의 연구는 표면적 증가, 기계적 강도 향상 및 더 나은 열 안정성과 같은 강화 된 특성을 갖는 나노 구조화 실리콘 카바이드 물질 생산에 중점을두고있다. 이 나노 물질은 촉매, 센서 및 고급 복합재에서 새로운 가능성을 열어줍니다.
시장 동향과 미래의 전망
실리콘 탄화물에 대한 수요는 전기 자동차, 재생 에너지 시스템 및 고전력 전자 제품의 중요한 역할로 인해 크게 성장할 것으로 예상됩니다. 신흥 생산 기술은 비용을 낮추고 확장 성을 향상시키는 것을 목표로하여 광범위한 응용 분야에서 SIC에 더욱 액세스 할 수 있습니다.
결론
실리콘 탄화물 생산 기술은 현대 산업의 다양한 요구를 충족시키기 위해 진화했습니다. Acheson 프로세스는 벌크 SIC의 근무자로 남아 있으며 Lely 프로세스와 CVD는 고급 반도체 등급 재료에 필수적입니다. 반응-결합 SIC 및 기타 신흥 방법은 복잡한 모양과 맞춤형 특성을 생성 할 수 있습니다. 기술이 발전함에 따라 실리콘 카바이드 생산의 효율성, 품질 및 지속 가능성은 계속 향상되어 미래의 중요한 자료로서의 역할을 강화시킬 것입니다.
FAQ : 실리콘 카바이드 생산 기술
1. 실리콘 탄화물을 생산하는 데 가장 널리 사용되는 방법은 무엇입니까?
Acheson 공정은 대량의 실리콘 카바이드를 생산하는 데 가장 널리 사용되는 기술입니다. 전기 저항 용광로에서 실리카 모래 및 탄소 공급원의 고온 반응을 포함하여 연마제, 내화 및 야금 적용에 적합한 SIC 결정의 형성을 초래합니다.
2. 전자 제품에 대해 고순도 실리콘 카바이드 결정은 어떻게 자랍니다.
고순도 단결정은 일반적으로 Lely 공정 (물리 증기 수송)을 사용하여 생산됩니다. 이 방법에서, SiC 분말은 고온에서 승화되고 증기는 종자 결정에 응축되어 크고 결함이없는 불길을 키우고 나중에 반도체 장치를 위해 웨이퍼로 썰어진다.
3. 실리콘 탄화물 생산에서 화학 증기 증착 (CVD)의 역할은 무엇입니까?
CVD는 순도, 두께 및 결정 구조에 대한 정확한 제어와 함께 박막을 퇴적하거나 실리콘 탄화물의 에피 택셜 층을 성장시키는 데 사용됩니다. 이 기술은 고성능 전자 장치 및 보호 코팅을 제조하는 데 필수적입니다.
4. 실리콘 카바이드를 복잡한 모양으로 생산할 수 있습니까?
예, 반응 결합 실리콘 카바이드 (RB-SIC)는 복잡한 모양을 생산할 수 있습니다. 다공성 프리 폼은 용융 실리콘으로 침투하여 탄소와 반응하여 밀도가 높은 SIC를 형성하여 기계적 및 구조적 응용을위한 복잡한 구성 요소의 생성을 가능하게합니다.
5. 실리콘 카바이드 생산을위한 지속 가능한 방법이 있습니까?
최근의 발전에는 재활용 실리콘 폐기물의 사용과 효율성을 향상시키고 에너지 소비를 줄이는 혁신적인 원자로 설계가 포함됩니다. 이러한 접근법은보다 지속 가능하고 비용 효율적인 실리콘 카바이드 생산에 기여합니다.
