1. Materiálne rezidencie a štrukturálna integrita
1.1 Vnútorné vlastnosti karbidu kremíka
(Kelímky z karbidu kremíka)
Karbid kremíka (SiC) je kovalentná keramická látka zložená z atómov kremíka a uhlíka usporiadaná v štvorstennom mriežkovom ráme, prevažne existujúce v nad 250 polytypické typy, s 6H, 4H, a 3C je jedným z najvhodnejších.
Jeho pevné smerové spojenie dodáva výnimočnú tvrdosť (Mohs ~ 9.5), vysoká tepelná vodivosť (80– 120 W/(m · K )pre čisté solitérne kryštály), a pôsobivá chemická inertnosť, čo z neho robí jeden z najodolnejších materiálov pre drsné atmosféry.
Veľký bandgap (2.9– 3.3 eV) zaisťuje výnimočnú elektrickú izoláciu pri izbovej teplote a vysokú odolnosť voči poškodeniu žiarením, pričom jeho znížený koeficient tepelného rastu (~ 4.0 × 10 ⁻⁶/ K) prispieva k mimoriadnej odolnosti voči teplotným šokom.
Tieto vnútorné vlastnosti sú zachované aj pri vyšších teplotách 1600 °C, čo umožňuje SiC zachovať architektonickú integritu pri dlhodobom priamom vystavení roztavenej oceli, druh, a reaktívne plyny.
Na rozdiel od oxidových porcelánov, ako je oxid hlinitý, SiC nereaguje ľahko s uhlíkom alebo typom eutektiky s nízkou teplotou topenia pri minimalizácii prostredia, dôležitá výhoda v metalurgickej a polovodičovej manipulácii.
Pri výrobe do téglikov– nádoby vyrobené tak, aby obsahovali a ohrievali materiály– SiC prevyšuje tradičné materiály ako kremeň, grafit, a oxidu hlinitého z hľadiska životnosti a integrity procesu.
1.2 Mikroštruktúra a mechanické zabezpečenie
Výkon téglikov SiC je starostlivo viazaný na ich mikroštruktúru, ktorý závisí od spôsobu výroby a použitých prísad na spekanie.
Žiaruvzdorné tégliky sa typicky vyrábajú pomocou odozvy, kde sú pórovité uhlíkové predlisky penetrované skvapalneným kremíkom, tvorba β-SiC prostredníctvom odozvy Si(l) + C(s) → SiC(s).
Tento proces vytvára kompozitnú štruktúru primárneho SiC so zvyškovým bezplatným kremíkom (5– 10%), čo zvyšuje tepelnú vodivosť, ale môže obmedziť používanie 1414 °C(faktor topenia kremíka).
A naopak, úplne spekané tégliky SiC sa vyrábajú spekaním v tuhom stave alebo v kvapalnej fáze s použitím bóru a uhlíka alebo alumino-yttria aditív, dosiahnutie takmer teoretickej hustoty a väčšej čistoty.
Tieto vykazujú vynikajúcu odolnosť voči tečeniu a oxidáciu, sú však nákladnejšie a ťažšie sa vyrábajú vo veľkých veľkostiach.
( Kelímky z karbidu kremíka)
Ten jemnozrnný, spletená mikroštruktúra spekaného SiC poskytuje výnimočnú odolnosť proti tepelnému vyčerpaniu a mechanickému rozpadu, kritické pri manipulácii so skvapalneným kremíkom, germánium, alebo zlúčeniny III-V v postupoch vývoja kryštálov.
Dizajn okrajov zŕn, vrátane kontroly druhých stupňov a pórovitosti, hrá zásadnú funkciu pri vytváraní trvalej odolnosti pri cyklickom zahrievaní a agresívnom chemickom prostredí.
2. Tepelný výkon a odolnosť voči životnému prostrediu
2.1 Tepelná vodivosť a distribúcia tepla
Jednou z definujúcich výhod SiC téglikov je ich vysoká tepelná vodivosť, čo umožňuje rýchly a rovnomerný prenos tepla počas manipulácie pri vysokých teplotách.
Na rozdiel od produktov s nízkou vodivosťou, ako je integrovaný oxid kremičitý (1– 2 W/(m · K)), SiC efektívne rozptyľuje tepelnú energiu po stene téglika, zníženie lokalizovaných horúcich miest a tepelných gradientov.
Táto harmónia je nevyhnutná pri procesoch, ako je smerové tuhnutie multikryštalického kremíka pre fotovoltaiku, kde homogenita teplotnej úrovne priamo ovplyvňuje vysokú kvalitu a hrúbku kryštálov.
Kombinácia vysokej vodivosti a zníženej tepelnej rozťažnosti spôsobuje mimoriadne vysoké kritérium tepelného šoku (R = k(1 - n)a/ str), vďaka čomu sú tégliky SiC odolné voči praskaniu počas rýchlych cyklov vykurovania alebo chladenia domácnosti.
To umožňuje rýchlejšie rozbehnutie vykurovacieho systému, zlepšená priepustnosť, a znížené prestoje v dôsledku zlyhania téglika.
Navyše, vďaka schopnosti materiálu odolávať opakovaným tepelným bicyklom bez výraznej deštrukcie je vhodný na spracovanie v komerčných ohrievačoch bežiacich vyššie 1500 °C.
2.2 Oxidácia a chemická kompatibilita
Pri zvýšenej teplote vzduchu, SiC prechádza ľahkou oxidáciou, vytvára ochrannú vrstvu amorfného oxidu kremičitého (SiO DVA) na jeho povrchu: SiC + 3/2 O ₂ → SiO DVA + CO.
Táto glazovaná vrstva hustne pri vysokých teplotách, pôsobí ako difúzna bariéra, ktorá viac spomaľuje oxidáciu a chráni základnú keramickú štruktúru.
Avšak, v zmenšujúcom sa prostredí alebo v podmienkach vákua– obvyklé pri rafinácii polovodičov a ocele– oxidácia je potlačená, a SiC je naďalej chemicky stabilný v porovnaní s roztaveným kremíkom, ľahký hliník, a niekoľko trosiek.
Odoláva rozpusteniu a odozve skvapalneným kremíkom až 1410 °C, aj keď predĺžená expozícia môže viesť k malému zachytávaniu uhlíka alebo zdrsneniu rozhrania.
Rozhodujúce, SiC nepredstavuje kovové nečistoty v jemných taveninách, zásadná potreba výroby kremíka elektronickej kvality, kde je kontaminácia Fe, Cu, alebo Cr je potrebné udržiavať pod úrovňou ppb.
Avšak, pri spracovaní kovov alkalických zemín alebo veľmi citlivých oxidov je potrebné dávať pozor, pretože niektoré môžu opotrebovať SiC pri vysokých teplotách.
3. Výrobné procesy a kontrola kvality
3.1 Konštrukčné metódy a rozmerová kontrola
Výroba SiC téglikov zahŕňa tvarovanie, sušenie, a vysokoteplotné spekanie alebo priesaky, s technikami vybranými na základe požadovanej čistoty, veľkosť, a aplikácie.
Medzi obvyklé stratégie tvorby patrí izostatické lisovanie, vytláčanie, a šmýkačky, každý ponúka iný stupeň rozmerovej presnosti a mikroštrukturálnej jednotnosti.
Pre veľké tégliky používané pri rozťahovaní solárnych ingotov, Izostatické lisovanie zaisťuje konzistentnú hrúbku a hrúbku povrchu steny, zníženie hrozby nerovnomerného tepelného rastu a zlyhania.
Reakčne viazaný SiC (RBSC) tégliky sú cenovo dostupné a bežne používané v zlievarniach a solárnych trhoch, hoci opakujúci sa kremík obmedzuje maximálnu teplotu roztoku.
Spekaný SiC (SSiC) verzií, pričom sú mimoriadne nákladné, zaoberať sa pozoruhodnou čistotou, húževnatosť, a odolnosť voči chemickým zásahom, vďaka čomu sú vhodné pre aplikácie s vysokou hodnotou, ako je vývoj kryštálov GaAs alebo InP.
Na dosiahnutie tesných odporov môže byť potrebné presné obrábanie po spekaní, najmä pre tégliky používané pri zmrazovaní na kolmom svahu (VGF) alebo Czochralski (CZ) systémov.
Konečná úprava povrchovej plochy je rozhodujúca pre zníženie nukleačných miest pre chyby a zabezpečenie hladkého toku taveniny počas roztierania.
3.2 Kontrola kvality a overenie účinnosti
Prísne zabezpečenie kvality je dôležité na zabezpečenie spoľahlivosti a dlhej životnosti SiC téglikov v náročných prevádzkových podmienkach.
Nedeštruktívne analytické techniky, ako je ultrazvukový skríning a röntgenová tomografia, sa používajú na zistenie vnútorných rozštiepení, priestory, alebo variácie hrúbky.
Chemická analýza pomocou XRF alebo ICP-MS potvrdzuje nízky stupeň kovových kontaminácií, zatiaľ čo tepelná vodivosť a pevnosť v ohybe sú určené na overenie konzistencie produktu.
Tégliky sa pred dodaním často podrobujú simulovaným tepelným cyklickým skúškam, aby sa určili možné spôsoby zlyhania.
Sledovateľnosť a akreditácia sú bežné v dodávateľských reťazcoch polovodičov a letectva, kde zlyhanie komponentov môže spôsobiť drahé výrobné straty.
4. Aplikácie a technický efekt
4.1 Polovodičový a fotovoltaický priemysel
Tégliky z karbidu kremíka zohrávajú kľúčovú úlohu pri výrobe vysoko čistého kremíka pre mikroelektroniku a solárne články.
V peciach smerového tuhnutia pre multikryštalické fotovoltaické ingoty, veľké tégliky SiC fungujú ako primárna nádoba pre skvapalnený kremík, udržiavanie teplotných úrovní nad 1500 ° C pre početné cykly.
Ich chemická inertnosť zastavuje kontamináciu, zatiaľ čo ich tepelná bezpečnosť zaisťuje konzistentné tuhnutie frontov, čo vedie k kvalitnejším oblátkam s menším premiestnením a hranicami zŕn.
Niektorí výrobcovia poťahujú vnútorný povrch nitridom kremíka alebo oxidom kremičitým, aby dodatočne znížili väzbu a uľahčili uvoľnenie ingotu po vychladnutí.
Vo výskumnom meradle Czochralski rast zlúčenín polovodičov, SiC tégliky menších rozmerov sa používajú na zadržiavanie roztopených GaAs, InSb, alebo CdTe, kde je kritická okrajová reaktivita a rozmerová bezpečnosť.
4.2 Hutníctvo, Fabrika, a vznikajúce technológie
Okrem polovodičov, SiC tégliky sú nevyhnutné pri rafinácii ocele, príprava zliatiny, a laboratórne postupy tavenia hliníka, meď, a prvky vzácnych zemín.
Ich odolnosť voči teplotným šokom a erózii ich robí vhodnými pre indukčné a odporové vykurovacie systémy v zlievarniach, kde prežijú alternatívy grafitu a oxidu hlinitého o niekoľko cyklov.
V aditívnej výrobe citlivých kovov, SiC nádoby sa používajú pri indukčnom tavení vo vysávači, aby sa zabránilo poruche a kontaminácii téglika.
Vznikajúce aplikácie pozostávajú z aktivátorov roztavenej soli a systémov zameraných na solárnu energiu, kde nádoby SiC môžu obsahovať vysokoteplotné soli alebo tekuté kovy na skladovanie tepelnej energie.
S neustálym vývojom v inováciách spekania a dizajnu krytov, SiC tégliky sú pripravené na podporu spracovania materiálov novej generácie, čo umožňuje čistejšie, oveľa efektívnejšie, a škálovateľné komerčné tepelné systémy.
V rekapitulácii, tégliky z karbidu kremíka predstavujú kritickú umožňujúcu technológiu pri vysokoteplotnej syntéze produktov, kombinujúci pozoruhodnú tepelnú energiu, mechanické, a chemická účinnosť v jedinej skonštruovanej časti.
Ich prevládajúce prijatie v rámci polovodičov, solárne, a hutnícky priemysel zdôrazňuje svoju povinnosť ako základ súčasného komerčného porcelánu.
5. Predajca
Advanced Ceramis založená v októbri 17, 2012, je high-tech podnik zameraný na výskum a vývoj, výroby, spracovanie, predaj a technické služby keramických príbuzných materiálov a výrobkov. Naše produkty zahŕňajú okrem iného keramické produkty z karbidu bóru, Keramické výrobky z nitridu bóru, Keramické výrobky z karbidu kremíka, Keramické výrobky z nitridu kremíka, Keramické výrobky z oxidu zirkoničitého, atď. Ak máte záujem, neváhajte nás kontaktovať.
Tagy: Kelímky z karbidu kremíka, Keramika z karbidu kremíka, Keramické tégliky z karbidu kremíka
Všetky články a obrázky sú z internetu. Ak existujú nejaké problémy s autorskými právami, kontaktujte nás včas na odstránenie.
Opýtajte sa nás