بوته های سیلیکون کاربید: فعال کردن بوته سرامیکی پردازش مواد با دمای بالا

1. اقامتگاه های مادی و یکپارچگی ساختاری

1.1 ویژگی های ذاتی سیلیکون کاربید

(بوته های سیلیکون کاربید)

کاربید سیلیکون (SiC) یک ماده سرامیکی کووالانسی است که از اتم های سیلیکون و کربن تشکیل شده است که در یک چارچوب شبکه چهار وجهی قرار گرفته اند., عمدتا موجود در بیش از 250 انواع چند تایپی, با 6H, 4اچ, و 3C یکی از بسیار مناسب ترین است.

اتصال جهتی جامد آن سختی استثنایی ایجاد می کند (موهس ~ 9.5), هدایت حرارتی بالا (80– 120 W/(m · K )برای کریستال های منفرد خالص), و بی اثری شیمیایی چشمگیر, آن را به یکی از قوی ترین مواد برای اتمسفرهای شدید تبدیل می کند.

شکاف بزرگ (2.9– 3.3 eV) عایق الکتریکی استثنایی در سطح دمای اتاق و مقاومت بالا در برابر آسیب های تشعشع را تضمین می کند, در حالی که ضریب رشد حرارتی آن کاهش یافته است (~ 4.0 × 10 6/ ک) به مقاومت استثنایی در برابر شوک حرارتی کمک می کند.

این ویژگی‌های ذاتی در دماهای فراتر نیز حفظ می‌شوند 1600 درجه سانتیگراد, اجازه دادن به SiC برای حفظ یکپارچگی معماری تحت مواجهه مستقیم طولانی مدت با فولادهای ذوب شده, مهربان, و گازهای راکتیو.

برخلاف چینی های اکسیدی مانند آلومینا, SiC به آسانی با کربن یا یوتکتیک های نوع کم ذوب در به حداقل رساندن محیط ها پاسخ نمی دهد., یک مزیت مهم در حمل و نقل متالورژیکی و نیمه هادی.

هنگامی که در بوته ها ساخته می شود– ظروف ساخته شده برای شامل و مواد گرما– SiC از مواد سنتی مانند کوارتز فراتر می رود, گرافیت, و آلومینا هم در طول عمر و هم در یکپارچگی فرآیند.

1.2 ریزساختار و امنیت مکانیکی

عملکرد بوته های SiC به دقت به ریزساختار آنها گره خورده است, که متکی بر روش تولید و مواد پخت مورد استفاده است.

بوته های درجه نسوز معمولاً با استفاده از پیوند پاسخ تولید می شوند, که در آن پریفرم های کربن متخلخل با سیلیکون مایع نفوذ می کنند, تشکیل β-SiC از طریق پاسخ Si(ل) + سی(س) → SiC(س).

این فرآیند یک ساختار ترکیبی از SiC اولیه با سیلیکون بدون هزینه باقیمانده تولید می کند (5– 10%), که هدایت حرارتی را افزایش می دهد اما ممکن است استفاده را محدود کند 1414 درجه سانتیگراد(ضریب ذوب سیلیکون).

برعکس, بوته های SiC کاملاً پخته شده از طریق پخت حالت جامد یا فاز مایع با استفاده از بور و کربن یا آلومینا- ایتریا ساخته می شوند., دستیابی به چگالی تقریباً نظری و خلوص بیشتر.

اینها مقاومت در برابر خزش و امنیت اکسیداسیون عالی را نشان می دهند، اما ساخت آنها در اندازه های بزرگ پرهزینه تر و سخت تر است.

( بوته های سیلیکون کاربید)

دانه ریز, ریزساختار درهم آمیخته SiC متخلخل مقاومت استثنایی در برابر فرسودگی حرارتی و تجزیه مکانیکی ایجاد می کند., هنگام کار با سیلیکون مایع بسیار مهم است, ژرمانیوم, یا ترکیبات III-V در فرآیندهای توسعه کریستال.

طراحی حاشیه دانه, از جمله کنترل مراحل دوم و تخلخل, نقش اساسی در ایجاد استحکام پایدار تحت گرمایش چرخه ای و محیط های شیمیایی تهاجمی دارد..

2. عملکرد حرارتی و مقاومت محیطی

2.1 هدایت حرارتی و توزیع گرم

یکی از مزایای تعیین کننده بوته های SiC هدایت حرارتی بالای آنها است, که امکان انتقال سریع و یکنواخت گرم را در طول کار با دمای بالا فراهم می کند.

برخلاف محصولات کم رسانایی مانند سیلیس یکپارچه (1– 2 W/(m · K)), SiC به طور موثر انرژی حرارتی را در سراسر دیواره بوته پخش می کند, کاهش نقاط داغ موضعی و گرادیان های حرارتی.

این هماهنگی در فرآیندهایی مانند انجماد جهتی سیلیکون چند کریستالی برای فتوولتائیک ضروری است., که در آن همگنی مستقیم سطح دما بر کیفیت بالای کریستال و ضخامت عیب تأثیر می گذارد.

ترکیب رسانایی بالا و کاهش انبساط حرارتی باعث ایجاد یک معیار شوک حرارتی فوق العاده بالا می شود (R = k(1 - n)الف/ص), ساخت بوته های SiC در برابر ترک خوردگی در طول چرخه های سریع گرمایش یا سرمایش خانه.

این اجازه می دهد تا نرخ رمپ سیستم گرمایش سریعتر باشد, توان عملیاتی بهبود یافته, و کاهش زمان توقف در نتیجه خرابی بوته.

علاوه بر این, توانایی این ماده برای ایستادن در برابر دوچرخه‌سواری حرارتی مکرر بدون تخریب قابل‌توجه، آن را برای پردازش مجموعه در بخاری‌های تجاری که در بالا کار می‌کنند مناسب می‌سازد. 1500 درجه سانتیگراد.

2.2 اکسیداسیون و سازگاری شیمیایی

در سطوح درجه حرارت بالا در هوا, SiC از طریق اکسیداسیون آسان انجام می شود, تشکیل یک لایه محافظ از سیلیس آمورف (SiO TWO) روی سطح آن: SiC + 3/2 O ₂ → SiO TWO + CO.

این لایه لعاب در دماهای بالا متراکم می شود, به عنوان یک مانع انتشار عمل می کند که اکسیداسیون بیشتر را کند می کند و از ساختار سرامیکی زیرین محافظت می کند..

با این حال, در محیط های رو به کاهش یا شرایط خلاء– معمول در نیمه هادی ها و پالایش فولاد– اکسیداسیون سرکوب می شود, و SiC همچنان از نظر شیمیایی در مقابل سیلیکون مذاب ثابت است, آلومینیوم سبک وزن, و چند سرباره.

در برابر انحلال و پاسخ با سیلیکون مایع تا 1410 درجه سانتیگراد, اگرچه قرار گرفتن در معرض طولانی مدت می تواند منجر به جذب کربن کوچک یا زبری سطح مشترک شود.

بسیار مهم است, SiC آلودگی های فلزی را در مذاب های ظریف ایجاد نمی کند, یک نیاز حیاتی برای تولید سیلیکون درجه الکترونیکی که در آن آلودگی توسط آهن وجود دارد, مس, یا Cr باید زیر سطح ppb نگه داشته شود.

با این حال, هنگام پردازش فلزات قلیایی خاکی یا اکسیدهای بسیار حساس باید مراقب باشید, زیرا برخی می توانند SiC را در سطوح شدید دمایی از بین ببرند.

3. فرآیندهای تولید و کنترل کیفیت

3.1 روش های ساخت و کنترل ابعاد

تولید بوته های SiC شامل شکل دهی است, خشک کردن, و تف جوشی یا نشت در دمای بالا, با تکنیک هایی که بر اساس خلوص مورد نیاز انتخاب شده اند, اندازه, و کاربرد.

استراتژی های ایجاد معمول شامل پرس ایزواستاتیک است, اکستروژن, و پخش اسلاید, هر کدام درجات مختلفی از دقت ابعادی و یکنواختی ریزساختاری را ارائه می دهند.

برای بوته های بزرگ مورد استفاده در پخش شمش خورشیدی, پرس ایزواستاتیک ضخامت و ضخامت سطح دیوار را تضمین می کند, کاهش خطر رشد حرارتی ناهموار و شکست.

SiC با پیوند با واکنش (RBSC) بوته ها مقرون به صرفه هستند و معمولاً در ریخته گری ها و بازارهای خورشیدی مورد استفاده قرار می گیرند, هر چند سیلیکون مکرر حداکثر دمای محلول را محدود می کند.

SiC متخلخل (SSiC) نسخه ها, در حالی که هزینه اضافی دارد, خلوص قابل توجهی دارد, سختی, و مقاومت در برابر ضربه شیمیایی, آنها را برای کاربردهای با ارزش مانند GaAs یا توسعه کریستال InP مناسب می کند.

ممکن است برای دستیابی به مقاومت‌های محکم، ماشین‌کاری دقیق پس از تف جوشی مورد نیاز باشد, به ویژه برای بوته های مورد استفاده در انجماد شیب عمودی (VGF) یا چوکرالسکی (CZ) سیستم ها.

تکمیل سطح برای کاهش مکان های هسته برای نقص و اطمینان از جریان مذاب صاف در سراسر پخش بسیار مهم است..

3.2 کنترل کیفیت و اعتبارسنجی کارایی

تضمین کیفیت دقیق برای اطمینان از قابلیت اطمینان و عمر طولانی بوته SiC در شرایط عملیاتی مورد نیاز مهم است..

تکنیک های آنالیز غیر مخرب مانند غربالگری اولتراسونیک و توموگرافی اشعه ایکس برای شناسایی شکاف های داخلی استفاده می شود., فضاها, یا تغییرات ضخامت.

تجزیه و تحلیل شیمیایی با استفاده از XRF یا ICP-MS درجه پایین آلودگی فلزی را تأیید می کند, در حالی که هدایت حرارتی و استحکام خمشی برای تایید قوام محصول تعیین می شود.

بوته‌ها اغلب قبل از تحویل، تحت آزمایش‌های شبیه‌سازی سیکل حرارتی قرار می‌گیرند تا حالت‌های خرابی احتمالی مشخص شود..

قابلیت ردیابی و اعتباردهی مجموعه در زنجیره های تامین نیمه هادی و هوافضا رایج است, که در آن خرابی اجزا می تواند زیان های گران قیمتی در تولید ایجاد کند.

4. کاربردها و اثر فنی

4.1 صنایع نیمه هادی و فتوولتائیک

بوته های کاربید سیلیکون نقش مهمی در ساخت سیلیکون با خلوص بالا برای میکروالکترونیک و سلول های خورشیدی دارند..

در کوره های انجماد جهت دار برای شمش های فتوولتائیک چند کریستالی, بوته های بزرگ SiC به عنوان ظرف اولیه سیلیکون مایع عمل می کنند, حفظ سطح دما 1500 درجه سانتی گراد برای چرخه های متعدد.

بی اثر بودن شیمیایی آنها آلودگی را متوقف می کند, در حالی که امنیت حرارتی آنها جبهه انجماد ثابت را تضمین می کند, منجر به ویفرهای با کیفیت بالاتر با جابجایی کمتر و مرزهای دانه می شود.

برخی از تولیدکنندگان سطح داخلی را با نیترید سیلیکون یا سیلیس می پوشانند تا علاوه بر کاهش پیوند و تسهیل آزادسازی شمش پس از سرد شدن.

در مقیاس تحقیقاتی رشد Czochralski از نیمه هادی های مرکب, از بوته های SiC با اندازه کوچکتر برای نگهداری ذوب های GaAs استفاده می شود, InSb, یا CdTe, که در آن واکنش‌پذیری حاشیه‌ای و امنیت ابعادی حیاتی هستند.

4.2 متالورژی, کارخانه, و فناوری های نوظهور

فراتر از نیمه هادی ها, بوته های SiC در پالایش فولاد ضروری هستند, آماده سازی آلیاژ, و روش های ذوب در مقیاس آزمایشگاهی شامل آلومینیوم, مس, و عناصر کمیاب خاکی.

مقاومت آنها در برابر شوک حرارتی و فرسایش آنها را برای سیستم های گرمایش القایی و مقاومتی در ریخته گری ها مناسب می کند, جایی که آنها چندین چرخه بیشتر از جایگزین های گرافیت و آلومینا زنده می مانند.

در تولید افزودنی فلزات پاسخگو, از ظروف SiC در ذوب القایی جاروبرقی برای جلوگیری از خرابی و آلودگی بوته استفاده می شود..

کاربردهای ناشی از فعال کننده های نمک مذاب و سیستم های متمرکز انرژی خورشیدی است, که در آن مخازن SiC ممکن است شامل نمکهای با دمای بالا یا فلزات سیال برای ذخیره انرژی حرارتی باشد.

با پیشرفت مداوم در نوآوری تف جوشی و طراحی پوشش, بوته های SiC آماده برای پشتیبانی از پردازش مواد نسل بعدی هستند, این امکان را برای پاک کننده فراهم می کند, بسیار کارآمدتر, و سیستم های حرارتی تجاری مقیاس پذیر.

به طور خلاصه, بوته های کاربید سیلیکون نشان دهنده یک فن آوری ضروری در سنتز محصول در دمای بالا هستند., ترکیب حرارتی قابل توجه, مکانیکی, و راندمان شیمیایی در یک قطعه مهندسی شده.

پذیرش رایج آنها در سراسر نیمه هادی, خورشیدی, و صنایع متالورژی وظیفه خود را به عنوان پایه ای از چینی های تجاری معاصر برجسته می کند.

5. فروشنده

Advanced Ceramics در اکتبر تاسیس شد 17, 2012, یک شرکت با فناوری بالا متعهد به تحقیق و توسعه است, تولید, پردازش, فروش و خدمات فنی مواد و محصولات نسبی سرامیک. محصولات ما شامل اما نه محدود به محصولات سرامیک کاربید بور است, محصولات سرامیکی نیترید بور, محصولات سرامیکی سیلیکون کاربید, محصولات سرامیکی سیلیکون نیترید, محصولات سرامیکی زیرکونیوم دی اکسید, و غیره. اگر علاقه مند هستید, لطفا با ما تماس بگیرید.
برچسب ها: بوته های سیلیکون کاربید, سیلیکون کاربید سرامیک, بوته های سرامیکی سیلیکون کاربید

همه مقالات و تصاویر از اینترنت هستند. اگر هر گونه مشکل کپی رایت وجود دارد, لطفا به موقع برای حذف با ما تماس بگیرید.

از ما پرس و جو کنید