Silikon karbür üretim sürecindeki temel adımlar nelerdir?

İçerik Menüsü

● Silikon karbür üretim yöntemlerine genel bakış

● Acheson süreci: adım adım arıza

>> 1. Hammadde hazırlığı

>> 2. Fırın yükleme ve konfigürasyonu

>> 3. Yüksek sıcaklık reaksiyonu

>> 4. Soğutma ve çıkarma

>> 5. Ezme ve derecelendirme

>> 6. Saflaştırma ve Kalite Kontrolü

● Gelişmiş üretim teknikleri

>> Fiziksel buhar taşıma (PVT)

>> Kimyasal buhar birikimi (CVD)

● İşleme sonrası ve şekillendirme

>> Teknolojiler Oluşturma

>> Sinterleme Gelişmeleri

● Endüstriyel uygulamalar

>> Sektöre özgü gereksinimler

● Çevresel ve ekonomik hususlar

>> Enerji optimizasyonu

>> Geri Dönüşüm Girişimleri

● Sic üretiminde gelecekteki eğilimler

● Çözüm

● SSS

>> 1. Acheson işlemi neden talaş kullanıyor?

>> 2. Acheson-Process sic'in tipik saflığı nedir?

>> 3. Tam bir üretim döngüsü ne kadar sürer?

>> 4. Sic geri dönüştürülebilir mi?

>> 5. CVD neden elektronik için tercih edilir?

● Alıntılar:

Silikon karbür (sic), aşırı sertliği, termal stabilitesi ve kimyasal direnci nedeniyle havacılıktan yarı iletkenlere kadar değişen endüstriler arasında vazgeçilmez hale gelmiştir. Bu makale, Acheson sürecine odaklanan endüstriyel üretim yöntemlerini araştırırken, fiziksel buhar taşıma (PVT) ve kimyasal buhar birikimi (CVD) gibi gelişmiş teknikleri de kapsamaktadır.

Silikon karbür üretim yöntemlerine genel bakış

SIC üretimine hakim iki temel yöntem:

1. Acheson süreci: Aşındırıcı sınıf SIC üretmek için geleneksel, büyük ölçekli yöntem.

2. Fiziksel buhar taşınması (PVT): Elektronikte yüksek saflıkta tek kristaller için kullanılır.

3. Kimyasal buhar birikimi (CVD): İnce film yarı iletken uygulamaları için uzmanlaşmıştır.

Bu makale, endüstriyel SIC üretiminin% 90'ından fazlasını oluşturan Acheson sürecine odaklanmaktadır.

Acheson süreci: adım adım arıza

1. Hammadde hazırlığı

Silikon karbür üretim süreci titiz hammadde seçimi ile başlar:

- Silika Kumu: Kuvars yataklarından kaynaklanmıştır, ≥% 99.5 Sio₂ saflığı gerektirir.

- Karbon Kaynakları: Petrol Kola (düşük Kül Kezli İçerik İçin Tercih Edilir) veya Antrasit Kömür.

- Katkı maddeleri:

- Gaz kaçış kanalları oluşturmak için talaş (ağırlıkça% 5-10).

- Sodyum klorür (%2-3) reaksiyon sıcaklığını 2.600 ° C'den 2.400 ° C'ye düşürür.

Modern tesisler, hammaddelerin gerçek zamanlı kompozisyon analizi için lazer kaynaklı arıza spektroskopisi (LIBS) kullanır.

2. Fırın yükleme ve konfigürasyonu

Silikon karbür üretiminin kalbi elektrik direnci fırında yatmaktadır:

- Tasarım: 500-1.000 mm kalınlığında refrakter astarlı dikdörtgen çelik kabuk.

- Elektrotlar: Grafit çubukları (300-500mm çap) 100-200V DC gücü sağlar.

- Çekirdek düzeneği:% 10 bağlayıcı ile karıştırılmış karbon siyah iletken çekirdeği oluşturur.

Tipik bir üretim parti kullanır:

Bileşen	Miktarı	Amacı
Sio₂/c karışımı	50-100 ton	Reaksiyon kütlesi
Tuz katkı maddesi	1-2 ton	Akı ajanı
Talaş	3-5 ton	Gözeneklilik kontrolü

3. Yüksek sıcaklık reaksiyonu

Karbotermal azaltma üç aşamada meydana gelir:

1. Ön ısıtma (0-1,800 ° C): uçucuları artırmak için 12-18 saat.

2. reaksiyon fazı (2.100-2,500 ° C):

SIO ₂+3C → SIC +2CO ↑

CO gaz emisyonu parti başına 2,5 tonda zirve yapar.

3. Kristal büyümesi (2.500-2.700 ° C): a-sic altıgen trombositler formu.

Gelişmiş termal görüntüleme sistemleri ± 25 ° C içindeki sıcaklık gradyanlarını izler.

4. Soğutma ve çıkarma

Reaksiyon sonrası işleme hassasiyet gerektirir:

- Kontrollü soğutma: Azot temizleme soğutmayı 5-7 güne hızlandırır.

- Bölgesel Ekstraksiyon: Bulak farklı bölgeler içerir:

- İç Çekirdek: Yüksek saflıkta yeşil sic (MOHS 9.5).

- Orta tabaka:% 1-3 serbest karbonlu siyah sic.

- Dış Kabuk: Reaksiyona girmemiş malzeme (toplam kütlenin% 15-25'i).

5. Ezme ve derecelendirme

Modern Silikon Karbür Üretim Hatları:

- HPGR kırıcılar: Yüksek basınç taşlama ruloları enerji kullanımını% 30'a karşı çene kırıcılara düşürür.

- Hava Sınıflandırması: Parçacık boyutu dağılımlarını elde eder:

- Kaba irmik: 12-240 ağ (1.680-53 μm).

- Mikron tozları: D97 ≤ 10 μm.

6. Saflaştırma ve Kalite Kontrolü

İşleme sonrası malzeme tutarlılığı sağlar:

- Asit liçleri:

- Hidrofluorik asit (%5-15) Sio₂'u kaldırır.

- Sülfürik asit (%20) metalik safsızlıkları ortadan kaldırır.

- Lazer kırınımı: Parçacık boyutu dağılımını doğrular.

-XRD Analizi: α-sic ürünlerinde β-SIC içeriğini <% 0,5'i doğrular.

Gelişmiş üretim teknikleri

Fiziksel buhar taşıma (PVT)

Yarı iletken sınıfı SIC, özel büyüme gerektirir:

1. Tohum hazırlama: RA <0.2nm'ye parlatılmış 4H-SIC gofret.

2. Büyüme parametreleri:

- Sıcaklık gradyanı: 15-25 ° C/cm.

- Basınç: 5-50 mbar.

3. Kusur azaltma:

- Bazal düzlem çıkık yoğunluğu: <100 cm².

- Micropipe kusurları: Modern 150mm gofretlerde elenir.

Kimyasal buhar birikimi (CVD)

Power Electronics uygulamaları için:

Öncü gazlar:

- Silikon Kaynak: Sih₄ (H₂'da% 5-10).

- Karbon Kaynağı: C₃h₈ veya Ch₃sicl₃.

Büyüme Oranları:

- Toplu büyüme: 0.3-1.0 mm/saat.

- Epitaksiyal katmanlar: 10-50 μm/saat.

İşleme sonrası ve şekillendirme

Teknolojiler Oluşturma

Yöntemi	Basınç	Yoğunluğu elde edilen	uygulamalar
Kuru presleme	50-200 MPa	% 60-75 TD	Refrakter tuğlalar
Soğuk izostatik	200–400 MPa	% 75-85 TD	Zırh karoları
Enjeksiyon kalıplama	70-150 MPa	% 55-65 TD	Karmaşık geometriler

Sinterleme Gelişmeleri

Silikon karbür üretimindeki yenilikler şunları içerir:

Katı hal sinterleme:

- Katkı maddeleri: B₄c + C (%0.5-2.0).

- Sıcaklık: 2.100–2.200 ° C.

Sıvı fazlı sinterleme:

- Al₂o₃-y₂o₃ akıları 1.850-1,950 ° C'de yoğunlaşmayı mümkün kılar.

Endüstriyel uygulamalar

Sektöre özgü gereksinimler

Vaka çalışması: Tesla'nın Model 3 inverteri 24 SIC MOSFET kullanır ve SI IGBT'lere kıyasla güç kayıplarını% 75 azaltır.

Çevresel ve ekonomik hususlar

Enerji optimizasyonu

Modern Silikon Karbür Üretim Tesisleri Uygulama:

- Atık ısısı geri kazanımı: Fırın ısısının% 40-50'i buhar gücüne dönüştürüldü.

- DC ARC Fırınları: Enerji tüketimini 6-8 kWh/kg'a düşürün.

Geri Dönüşüm Girişimleri

Kapalı döngü sistemleri kurtarılır:

- Hidrokiklon ayırma yoluyla aşındırıcı kumun% 92-95'i.

- Metanol sentezi için% 70 fırın gaz dışı CO.

Sic üretiminde gelecekteki eğilimler

1. Daha büyük kristal büyümesi: 2026 yılına kadar 200mm gofret üretimi.

2. Katkı üretimi:% 99.3 yoğunlukta SIC bileşenlerinin bağlayıcı jeti.

3. AI Entegrasyonu: Makine öğrenimi% 94 doğruluğa sahip optimal fırın parametrelerini öngörür.

Çözüm

Silikon karbür üretim süreci, asırlık ilkeleri en son yeniliklerle birleştirir. Acheson işlemi toplu üretim için baskın kalırken, PVT ve CVD güç elektroniğinde gelişmiş uygulamaları etkinleştirir. Fırın tasarımı, geri dönüşüm ve dijitalleşmedeki gelecekteki gelişmeler, SIC'nin aşırı ortamlar için kritik bir malzeme olarak rolünü daha da sağlamlaştıracak ve küresel SIC pazarının 2028 yılına kadar 10,6 milyar dolara ulaşacağı öngörülecek.

SSS

1. Acheson işlemi neden talaş kullanıyor?

Talaş ısıtma sırasında yanar, basınç birikmesini önleyen ve reaksiyon homojenliğini artıran gaz kaçış kanalları oluşturur.

2. Acheson-Process sic'in tipik saflığı nedir?

Ticari sınıflar% 98-99.5 saflığa ulaşırken, asit yıkanan varyantlar% 99.9'u aşmaktadır.

3. Tam bir üretim döngüsü ne kadar sürer?

Hammaddeden final tozuna: 15-20 gün (7-10 gün soğutma dahil).

4. Sic geri dönüştürülebilir mi?

Evet - taşlama tekerleği atıklarının% 40'ına kadar ezilme ve manyetik ayırma yoluyla geri kazanılır.

5. CVD neden elektronik için tercih edilir?

CVD, <1 cm⊃2 hata yoğunlukları elde eder; 10⊃3; –10⁴ cm² PVT kristallerinde.

Alıntılar:

[1] https://www.linkedin.com/pulse/silicon-carbide-sic-ustündial-production-methods-chrancois-xavier-xqf7e

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

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

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

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

[6] https://www.domill.com/what-is-the-selicon-carbide-pow-making-pocess-fow.html

[7] https://www.xinliabrasive.com/production-pocess-of-blacon-carbide.html

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

[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-silikon-carbide-ggars-l57ic

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

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

[16] https://www.ntnu.no/blogger/teknat/en/2020/12/15/role-filicon-carbide-sic-in-silicon-ferro-silicon-si-fesi-process

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

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

[19] https://www.wolfspeed.com/company/news-events/news/wolfspeed-opens-the-worlds-larg-200mm-silicon-carbide-fab-enfing-highly-entippeed-tevice-production/

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

[21] https://www.sglcarbon.com/en/newsroom/stories/why-silicon-carbide-semiconductors-a-bright-future/