सिलिकॉन कार्बाइड क्रूसिबल्स: उच्च-तापमान सामग्री प्रक्रिया सिरेमिक क्रूसिबल सक्षम करणे

1. साहित्य निवास आणि स्ट्रक्चरल अखंडता

1.1 सिलिकॉन कार्बाइडची आंतरिक वैशिष्ट्ये

(सिलिकॉन कार्बाइड क्रूसिबल्स)

सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) टेट्राहेड्रल लॅटिसवर्क फ्रेमवर्कमध्ये सेट केलेला सिलिकॉन आणि कार्बन अणूंनी बनलेला सहसंयोजक सिरॅमिक पदार्थ आहे, प्रामुख्याने ओव्हरमध्ये विद्यमान 250 पॉलीटाइपिक प्रकार, 6H सह, 4एच, आणि 3C सर्वात योग्य आहे.

त्याचे ठोस दिशात्मक बंधन अपवादात्मक कडकपणा प्रदान करते (मोह ~ 9.5), उच्च थर्मल चालकता (80– 120 प/(मी · के )शुद्ध एकाकी क्रिस्टल्ससाठी), आणि प्रभावी रासायनिक जडत्व, गंभीर वातावरणासाठी सर्वात मजबूत सामग्रींपैकी एक बनवणे.

मोठा बँडगॅप (2.9– 3.3 eV) खोलीच्या तापमानाच्या पातळीवर अपवादात्मक विद्युत इन्सुलेशन आणि किरणोत्सर्गाच्या नुकसानास उच्च प्रतिकार सुनिश्चित करते, त्याचे थर्मल वाढ गुणांक कमी करताना (~ 4.0 × 10 ⁻⁶/ के) अपवादात्मक थर्मल शॉक प्रतिरोधनात योगदान देते.

हे आंतरिक गुणधर्म पलीकडे जाणाऱ्या तापमानातही जतन केले जातात 1600 ° से, SiC ला वितळलेल्या स्टील्सच्या दीर्घकाळापर्यंत थेट संपर्कात राहून आर्किटेक्चरल अखंडता टिकवून ठेवण्याची परवानगी देणे, दयाळू, आणि प्रतिक्रियाशील वायू.

ॲल्युमिना सारख्या ऑक्साईड पोर्सिलेनच्या विपरीत, SiC कार्बनला सहज प्रतिसाद देत नाही किंवा वातावरण कमी करण्यासाठी कमी वितळणारे युटेक्टिक्स टाइप करत नाही, मेटलर्जिकल आणि सेमीकंडक्टर हाताळणीत एक महत्त्वाचा फायदा.

crucibles मध्ये फॅब्रिकेटेड तेव्हा– समाविष्ट करण्यासाठी बनविलेले जहाज आणि उबदार साहित्य– SiC क्वार्ट्ज सारख्या पारंपारिक सामग्रीपेक्षा जास्त आहे, ग्रेफाइट, आणि आयुर्मान आणि प्रक्रिया अखंडता या दोन्हीमध्ये ॲल्युमिना.

1.2 मायक्रोस्ट्रक्चर आणि यांत्रिक सुरक्षा

SiC crucibles ची कार्यक्षमता त्यांच्या मायक्रोस्ट्रक्चरशी काळजीपूर्वक जोडलेली आहे, जे उत्पादन पद्धती आणि वापरलेल्या सिंटरिंग घटकांवर अवलंबून असते.

रिफ्रॅक्टरी-ग्रेड क्रूसिबल्स सामान्यत: प्रतिसाद बाँडिंग वापरून तयार केले जातात, जेथे सच्छिद्र कार्बन प्रीफॉर्म द्रवीकृत सिलिकॉनसह प्रवेश केला जातो, Si प्रतिसादाद्वारे β-SiC तयार करणे(l) + सी(s) → SiC(s).

ही प्रक्रिया अवशिष्ट खर्च-मुक्त सिलिकॉनसह प्राथमिक SiC ची संमिश्र रचना तयार करते (5– 10%), जे थर्मल चालकता वाढवते परंतु वापरावर मर्यादा घालू शकते 1414 ° से(सिलिकॉनचा वितळणारा घटक).

उलट, बोरॉन आणि कार्बन किंवा ॲल्युमिना-यट्रिया ॲडिटीव्हचा वापर करून सॉलिड-स्टेट किंवा लिक्विड-फेज सिंटरिंगद्वारे पूर्णपणे सिंटर केलेले SiC क्रूसिबल्स तयार केले जातात., जवळ-सैद्धांतिक घनता आणि अधिक शुद्धता प्राप्त करणे.

हे उत्कृष्ट क्रिप रेझिस्टन्स आणि ऑक्सिडेशन सिक्युरिटी प्रदर्शित करतात तथापि मोठ्या आकारात बनवणे अधिक महाग आणि कठीण आहे.

( सिलिकॉन कार्बाइड क्रूसिबल्स)

बारीकसारीक, सिंटर्ड SiC ची इंटरलेसिंग मायक्रोस्ट्रक्चर थर्मल एक्झॉशन आणि यांत्रिक विघटनला अपवादात्मक प्रतिकार प्रदान करते, लिक्विफाइड सिलिकॉन हाताळताना गंभीर, जर्मेनियम, किंवा क्रिस्टल विकास प्रक्रियेत III-V संयुगे.

धान्य सीमा डिझाइन, द्वितीय चरण आणि सच्छिद्रतेच्या नियंत्रणासह, चक्रीय गरम आणि आक्रमक रासायनिक वातावरणात चिरस्थायी बळकटपणा स्थापित करण्यासाठी एक आवश्यक कार्य करते.

2. थर्मल कामगिरी आणि पर्यावरणीय प्रतिकार

2.1 थर्मल चालकता आणि उबदार वितरण

SiC crucibles चा एक निश्चित फायदा म्हणजे त्यांची उच्च थर्मल चालकता, जे उच्च-तापमान हाताळणी दरम्यान जलद आणि एकसमान उबदार हस्तांतरणास अनुमती देते.

एकात्मिक सिलिका सारख्या कमी-वाहकता उत्पादनांच्या विरूद्ध (1– 2 प/(मी · के)), SiC संपूर्ण भिंतीवर औष्णिक ऊर्जा कार्यक्षमतेने पसरवते, स्थानिकीकृत हॉट स्पॉट्स आणि थर्मल ग्रेडियंट कमी करणे.

फोटोव्होल्टाइक्ससाठी मल्टीक्रिस्टलाइन सिलिकॉनचे दिशात्मक घनीकरण यासारख्या प्रक्रियांमध्ये ही सुसंवाद आवश्यक आहे, जेथे तापमान पातळी एकजिनसीपणा थेट क्रिस्टल उच्च गुणवत्ता आणि दोष जाडी प्रभावित करते.

उच्च चालकता आणि कमी थर्मल विस्तार यांचे मिश्रण एक अपवादात्मक उच्च थर्मल शॉक निकष कारणीभूत ठरते (R = k(1 - n)a/ p), घर जलद गरम करणे किंवा थंड होण्याच्या चक्रात SiC क्रूसिबल क्रॅक होण्यास प्रतिरोधक बनवणे.

हे जलद हीटिंग सिस्टम रॅम्प दरांना अनुमती देते, सुधारित थ्रुपुट, आणि क्रूसिबल अयशस्वी झाल्यामुळे डाउनटाइम कमी झाला.

शिवाय, वारंवार थर्मल बाईक चालवण्यामध्ये लक्षणीय नाश न करता उभे राहण्याची सामग्रीची क्षमता वर चालणाऱ्या व्यावसायिक हीटर्समध्ये सेट प्रक्रियेसाठी योग्य बनवते 1500 ° से.

2.2 ऑक्सिडेशन आणि रासायनिक सुसंगतता

हवेतील भारदस्त तापमानाच्या पातळीवर, SiC सहज ऑक्सिडेशनमधून जाते, अनाकार सिलिकाचा एक संरक्षणात्मक थर तयार करणे (SiO TWO) त्याच्या पृष्ठभागावर: SiC + 3/2 O ₂ → SiO TWO + CO.

हा चकचकीत थर उच्च तापमानात घन होतो, प्रसार अडथळा म्हणून कार्य करणे जे अधिक ऑक्सिडेशन कमी करते आणि अंतर्निहित सिरेमिक संरचनेचे संरक्षण करते.

तथापि, कमी होणाऱ्या वातावरणात किंवा व्हॅक्यूम परिस्थितीत– सेमीकंडक्टर आणि स्टील रिफायनिंगमध्ये नेहमीचे– ऑक्सिडेशन दाबले जाते, आणि SiC वितळलेल्या सिलिकॉनच्या विरूद्ध रासायनिकदृष्ट्या स्थिर राहते, हलके वजन ॲल्युमिनियम, आणि अनेक slags.

पर्यंत द्रवरूप सिलिकॉनसह विघटन आणि प्रतिसादास प्रतिकार करते 1410 ° से, जरी विस्तारित एक्सपोजरमुळे लहान कार्बन पिक-अप किंवा इंटरफेस रफिंग होऊ शकते.

निर्णायकपणे, SiC नाजूक वितळण्यांमध्ये धातूचे दूषित पदार्थ सादर करत नाही, इलेक्ट्रॉनिक-ग्रेड सिलिकॉन उत्पादनाची महत्त्वपूर्ण गरज जेथे Fe द्वारे दूषित होते, कु, किंवा Cr ppb पातळी खाली ठेवणे आवश्यक आहे.

तथापि, अल्कधर्मी पृथ्वी धातू किंवा अतिशय प्रतिसाद देणारे ऑक्साईड प्रक्रिया करताना काळजी घेणे आवश्यक आहे, काही गंभीर तापमान पातळीवर SiC घालू शकतात.

3. उत्पादन प्रक्रिया आणि गुणवत्ता नियंत्रण

3.1 बांधकाम पद्धती आणि मितीय नियंत्रण

SiC crucibles च्या उत्पादनात आकार देणे समाविष्ट आहे, कोरडे करणे, आणि उच्च-तापमान सिंटरिंग किंवा सीपेज, आवश्यक शुद्धतेवर आधारित निवडलेल्या तंत्रांसह, आकार, आणि अर्ज.

नेहमीच्या तयार करण्याच्या धोरणांमध्ये आयसोस्टॅटिक दाबणे समाविष्ट असते, बाहेर काढणे, आणि स्लाइड स्प्रेडिंग, प्रत्येक मितीय अचूकता आणि मायक्रोस्ट्रक्चरल एकरूपतेचे भिन्न अंश प्रदान करते.

सोलर इनगॉट स्प्रेडिंगमध्ये वापरल्या जाणाऱ्या मोठ्या क्रूसिबलसाठी, आयसोस्टॅटिक दाबणे हे सुनिश्चित करते की भिंतीच्या पृष्ठभागाची जाडी आणि जाडी सुसंगत आहे, असमान थर्मल वाढ आणि अपयशाचा धोका कमी करणे.

प्रतिक्रिया-बंधित SiC (RBSC) क्रूसिबल्स स्वस्त आहेत आणि सामान्यतः फाउंड्री आणि सोलर मार्केटमध्ये वापरल्या जातात, आवर्ती सिलिकॉन निर्बंध कमाल समाधान तापमान तरी.

Sintered SiC (SSiC) आवृत्त्या, अतिरिक्त खर्चिक असताना, उल्लेखनीय शुद्धता हाताळा, कणखरपणा, आणि रासायनिक स्ट्राइकचा प्रतिकार, त्यांना GaAs किंवा InP क्रिस्टल डेव्हलपमेंट सारख्या उच्च-मूल्य अनुप्रयोगांसाठी योग्य बनवणे.

घट्ट प्रतिकार साध्य करण्यासाठी सिंटरिंगनंतर अचूक मशीनिंगची आवश्यकता असू शकते, विशेषतः सरळ उतार फ्रीझमध्ये वापरल्या जाणाऱ्या क्रूसिबलसाठी (VGF) किंवा झोक्राल्स्की (CZ) प्रणाली.

न्यूक्लिएशन साइट्समधील त्रुटी कमी करण्यासाठी आणि पसरवताना वितळण्याचा प्रवाह सुरळीत व्हावा यासाठी पृष्ठभागाचे क्षेत्रफळ पूर्ण करणे महत्त्वाचे आहे..

3.2 गुणवत्ता नियंत्रण आणि कार्यक्षमता प्रमाणीकरण

आवश्यक ऑपरेशनल परिस्थितीत SiC क्रूसिबल्सची विश्वासार्हता आणि दीर्घ आयुष्य सुनिश्चित करण्यासाठी कठोर गुणवत्ता आश्वासन महत्वाचे आहे.

अल्ट्रासोनिक स्क्रीनिंग आणि क्ष-किरण टोमोग्राफी सारख्या विना-विध्वंसक विश्लेषण तंत्रांचा वापर आतील स्प्लिट्स शोधण्यासाठी केला जातो., मोकळी जागा, किंवा जाडी फरक.

XRF किंवा ICP-MS वापरून रासायनिक विश्लेषण कमी प्रमाणात धातूच्या दूषिततेची पुष्टी करते, जेव्हा थर्मल चालकता आणि लवचिक सामर्थ्य उत्पादनाची सुसंगतता प्रमाणित करण्यासाठी निर्धारित केले जाते.

संभाव्य बिघाड मोड निश्चित करण्यासाठी प्रसूतीपूर्वी क्रुसिबलवर अनेकदा सिम्युलेटेड थर्मल सायकलिंग तपासणी केली जाते..

सेमीकंडक्टर आणि एरोस्पेस सप्लाय चेनमध्ये सेट ट्रेसिबिलिटी आणि मान्यता सामान्य आहे, जेथे घटक अयशस्वी झाल्यास महाग उत्पादन नुकसान होऊ शकते.

4. अनुप्रयोग आणि तांत्रिक प्रभाव

4.1 सेमीकंडक्टर आणि फोटोव्होल्टेइक इंडस्ट्रीज

सिलिकॉन कार्बाइड क्रूसिबल्स मायक्रोइलेक्ट्रॉनिक आणि सौर पेशी दोन्हीसाठी उच्च-शुद्धता सिलिकॉनच्या निर्मितीमध्ये महत्त्वपूर्ण भूमिका बजावतात.

मल्टीक्रिस्टलाइन फोटोव्होल्टेइक इनगॉट्ससाठी दिशात्मक घनीकरण भट्टीमध्ये, लिक्विफाइड सिलिकॉनसाठी बिग SiC क्रूसिबल्स प्राथमिक कंटेनर म्हणून काम करतात, तापमान पातळी वर टिकून राहणे 1500 असंख्य चक्रांसाठी ° से.

त्यांच्या रासायनिक जडत्वामुळे दूषित होणे थांबते, त्यांची थर्मल सुरक्षा सातत्यपूर्ण घनता सुनिश्चित करते, कमी चुकीचे स्थान आणि धान्य सीमांसह उच्च-गुणवत्तेच्या वेफर्सकडे नेतृत्त्व.

काही उत्पादक बंध कमी करण्यासाठी अंतर्गत पृष्ठभागावर सिलिकॉन नायट्राइड किंवा सिलिका सह कोट करतात आणि थंड झाल्यावर पिंड सोडण्याची सोय करतात..

कंपाऊंड सेमीकंडक्टरच्या संशोधन-प्रमाणात Czochralski वाढ, लहान आकाराच्या SiC क्रुसिबलचा वापर GaAs वितळण्यासाठी केला जातो, InSb, किंवा CdTe, जिथे किरकोळ प्रतिक्रिया आणि मितीय सुरक्षा गंभीर आहे.

4.2 धातूशास्त्र, कारखाना, आणि उदयोन्मुख तंत्रज्ञान

अर्धवाहकांच्या पलीकडे, स्टील रिफाइनिंगमध्ये SiC क्रूसिबल्स अपरिहार्य आहेत, मिश्रधातूची तयारी, आणि ॲल्युमिनियमचा समावेश असलेल्या प्रयोगशाळेच्या प्रमाणात वितळण्याची प्रक्रिया, तांबे, आणि दुर्मिळ-पृथ्वी घटक.

थर्मल शॉक आणि इरोशनचा त्यांचा प्रतिकार त्यांना फाउंड्रीमध्ये इंडक्शन आणि रेझिस्टन्स हीटिंग सिस्टमसाठी योग्य बनवतो., जेथे ते ग्रेफाइट आणि ॲल्युमिना पर्यायांना अनेक चक्रांद्वारे जगतात.

रिस्पॉन्सिव्ह मेटलच्या ॲडिटीव्ह मॅन्युफॅक्चरिंगमध्ये, व्हॅक्यूम क्लिनर इंडक्शन मेल्टिंगमध्ये क्रूसिबल खराबी आणि दूषितता टाळण्यासाठी SiC कंटेनरचा वापर केला जातो.

उद्भवणाऱ्या ऍप्लिकेशन्समध्ये वितळलेले मीठ सक्रिय करणारे आणि केंद्रित सौर ऊर्जा प्रणाली असतात, जेथे SiC वाहिन्यांमध्ये थर्मल एनर्जी स्टोरेजसाठी उच्च-तापमान क्षार किंवा द्रव धातू समाविष्ट असू शकतात.

सिंटरिंग इनोव्हेशन आणि कव्हरिंग डिझाइनमध्ये सतत विकासासह, SiC क्रूसिबल्स पुढील पिढीच्या सामग्री प्रक्रियेस समर्थन देण्यासाठी तयार आहेत, स्वच्छतेसाठी हे शक्य करते, बरेच अधिक कार्यक्षम, आणि स्केलेबल व्यावसायिक थर्मल सिस्टम.

संक्षेप मध्ये, सिलिकॉन कार्बाइड क्रूसिबल्स उच्च-तापमान उत्पादन संश्लेषणामध्ये एक महत्त्वपूर्ण परवानगी देणारे तंत्रज्ञान दर्शवतात, उल्लेखनीय थर्मल एकत्र करणे, यांत्रिक, आणि रासायनिक कार्यक्षमता एकाच अभियंता भागात.

संपूर्ण सेमीकंडक्टरमध्ये त्यांचा प्रचलित अवलंब, सौर, आणि मेटलर्जिकल उद्योग समकालीन व्यावसायिक पोर्सिलेनचा पाया म्हणून त्यांचे कर्तव्य हायलाइट करतात.

5. विक्रेता

ऑक्टोबर रोजी प्रगत सिरॅमिक्सची स्थापना केली 17, 2012, संशोधन आणि विकासासाठी वचनबद्ध एक उच्च-तंत्रज्ञान उपक्रम आहे, उत्पादन, प्रक्रिया, सिरेमिक संबंधित सामग्री आणि उत्पादनांची विक्री आणि तांत्रिक सेवा. आमच्या उत्पादनांमध्ये बोरॉन कार्बाइड सिरॅमिक उत्पादनांचा समावेश आहे परंतु ते इतकेच मर्यादित नाही, बोरॉन नायट्राइड सिरेमिक उत्पादने, सिलिकॉन कार्बाइड सिरेमिक उत्पादने, सिलिकॉन नायट्राइड सिरेमिक उत्पादने, झिरकोनियम डायऑक्साइड सिरेमिक उत्पादने, इ. तुम्हाला स्वारस्य असल्यास, कृपया आमच्याशी संपर्क साधा.
टॅग्ज: सिलिकॉन कार्बाइड क्रूसिबल्स, सिलिकॉन कार्बाइड सिरेमिक, सिलिकॉन कार्बाइड सिरेमिक क्रूसिबल्स

सर्व लेख आणि चित्रे इंटरनेटवरून आहेत. काही कॉपीराइट समस्या असल्यास, कृपया हटवण्यासाठी वेळेत आमच्याशी संपर्क साधा.

आमची चौकशी करा