فرآیند تولید کاربید سیلیکون

کاربید سیلیکون (SiC) یک ماده نیمه هادی با کارایی بالا است که به طور گسترده در الکترونیک قدرت، اپتوالکترونیک و دستگاه های فرکانس رادیویی مورد استفاده قرار می گیرد، زیرا به دلیل مقاومت در برابر حرارت بالا، مقاومت در برابر ولتاژ بالا و ویژگی های فرکانس بالا{1}}. فرآیند تولید کاربید سیلیکون عمدتاً شامل مراحل زیر است:

تهیه مواد خام: مواد خام اصلی برای تولید کاربید سیلیکون، پودر سیلیکون با خلوص بالا و پودر کربن- است. خلوص پودر سیلیکون معمولاً باید بالاتر از 99.999٪ باشد، در حالی که برای پودر کربن باید از گرافیت یا کک نفتی با خلوص{{3} بالا استفاده شود. خلوص مواد اولیه به طور مستقیم بر عملکرد محصول نهایی تأثیر می گذارد.

اختلاط و قالب‌گیری: پودر سیلیکون و پودر کربن به نسبت معینی مخلوط می‌شوند، معمولاً با نسبت مولی کربن به-سیلیسیم که تقریباً 1:1 کنترل می‌شود. پودر مخلوط سپس به بدن سبز رنگ فشرده می شود. بسته به نیاز فرآیندهای بعدی، قالب گیری را می توان با پرس سرد یا پرس گرم انجام داد.

سنتز واکنش در دمای بالا: بدنه سبز رنگ قالب‌گیری شده در کوره‌ای با دمای بالا، با دمایی که معمولاً بین 1600-2500 درجه کنترل می‌شود، تحت سنتز واکنش قرار می‌گیرد. در طی این فرآیند، سیلیکون و کربن به صورت شیمیایی واکنش داده و کاربید سیلیکون را تشکیل می دهند. زمان واکنش بسته به نوع کوره و پارامترهای فرآیند از چند ساعت تا ده ها ساعت متغیر است.

خرد کردن و درجه بندی: بلوک های کاربید سیلیکون سنتز شده باید خرد و درجه بندی شوند تا پودر کاربید سیلیکون با اندازه ذرات مورد نیاز بدست آید. تجهیزات سنگ شکن معمولاً شامل سنگ شکن های فکی یا آسیاب های گلوله ای هستند، در حالی که درجه بندی از طریق الک یا طبقه بندی هوا به دست می آید.

تصفیه تصفیه: برای حذف ناخالصی‌های وارد شده در طول سنتز، پودر کاربید سیلیکون نیاز به شستشوی اسیدی یا تصفیه با دمای{0} بالا دارد. اسیدشویی معمولاً از اسید کلریدریک یا اسید هیدروفلوئوریک استفاده می‌کند، در حالی که تصفیه در دمای بالا در یک اتمسفر بی‌اثر در دمای بیش از 2000 درجه انجام می‌شود.

تف جوشی و چگالش: برای کاربردهایی که به کاربید سیلیکون با چگالی بالا{0}}نیاز دارند، پودر باید زینترینگ شود. روش های زینترینگ شامل زینترینگ بدون فشار، پرس گرم و پرس ایزواستاتیک گرم می باشد. دمای تف جوشی معمولاً بین 1800-2200 درجه است و افزودن مواد کمکی تف جوشی مانند بور یا آلومینیوم می تواند تراکم را افزایش دهد.

پردازش و آزمایش: برای دستیابی به الزامات دقت ابعادی و سطحی، بلنک کاربید سیلیکون متخلخل به ماشین کاری (مانند برش، سنگ زنی و پرداخت) نیاز دارد. پس از پردازش، آزمایش عملکرد دقیق از جمله چگالی، سختی، هدایت حرارتی و خواص الکتریکی ضروری است.