1. Резиденції матеріалів і структурна цілісність
1.1 Внутрішні особливості карбіду кремнію
(Тиглі з карбіду кремнію)
Карбід кремнію (SiC) це ковалентна керамічна речовина, що складається з атомів кремнію та вуглецю, розташованих у структурі тетраедричної решітки, в основному існуючі в над 250 політипні типи, з 6Н, 4Х, і 3C є одним із найбільш відповідних.
Його міцне спрямоване склеювання надає виняткову міцність (Моос ~ 9.5), висока теплопровідність (80– 120 W/(м · К )для чистих солітарних кристалів), і вражаюча хімічна інертність, що робить його одним із найміцніших матеріалів для суворих атмосфер.
Велика заборонена зона (2.9– 3.3 еВ) забезпечує виняткову електроізоляцію при кімнатній температурі та високу стійкість до радіаційних пошкоджень, при цьому його знижений коефіцієнт теплового росту (~ 4.0 × 10 ⁻⁶/ К) сприяє винятковій стійкості до термічного удару.
Ці внутрішні властивості зберігаються навіть при температурах, що виходять за межі 1600 ° C, дозволяючи SiC зберігати архітектурну цілісність при тривалому прямому впливі талих сталей, вид, і реактивні гази.
На відміну від оксидної порцеляни, наприклад оксиду алюмінію, SiC не реагує легко на вуглець або тип легкоплавких евтектик у мінімізуючих середовищах, важлива перевага в роботі з металургіями та напівпровідниками.
При виготовленні в тиглі– посудини, виготовлені з утепленням матеріалів– SiC перевершує традиційні матеріали, такі як кварц, графіт, і глинозем як щодо тривалості життя, так і цілісності процесу.
1.2 Мікроструктура та механічна безпека
Продуктивність тиглів із SiC ретельно пов’язана з їх мікроструктурою, який залежить від методу виробництва та використовуваних інгредієнтів спікання.
Вогнетривкі тиглі, як правило, виготовляються за допомогою відповідного зв’язування, де пористі вуглецеві преформи пронизують зрідженим кремнієм, утворення β-SiC через відповідь Si(л) + C(с) → SiC(с).
Цей процес генерує композитну структуру первинного SiC із залишковим безкоштовним кремнієм (5– 10%), що підвищує теплопровідність, але може обмежити використання 1414 ° C(коефіцієнт плавлення кремнію).
І навпаки, повністю спечені SiC тиглі виготовляються за допомогою твердофазного або рідкофазного спікання з використанням добавок бору та вуглецю або оксиду алюмінію-ітрію, досягнення близької до теоретичної щільності та більшої чистоти.
Вони демонструють чудову стійкість до повзучості та захист від окислення, однак вони дорожчі та складні у виготовленні у великих розмірах.
( Тиглі з карбіду кремнію)
Дрібнозернистий, Переплетена мікроструктура спеченого SiC забезпечує виняткову стійкість до термічного виснаження та механічного розпаду, критичний при роботі з рідким кремнієм, германій, або сполук III-V у процедурах розвитку кристалів.
Дизайн межі зерна, включаючи контроль других ступенів і пористості, відіграє важливу функцію у встановленні тривалої міцності при циклічному нагріванні та агресивних хімічних середовищах.
2. Теплові характеристики та стійкість до навколишнього середовища
2.1 Теплопровідність і розподіл тепла
Однією з визначальних переваг SiC-тиглів є їх висока теплопровідність, що забезпечує швидку та рівномірну передачу тепла під час роботи з високою температурою.
На відміну від продуктів з низькою електропровідністю, таких як інтегрований кремнезем (1– 2 W/(м · К)), SiC ефективно розсіює теплову енергію по всій стінці тигля, зменшення локалізованих гарячих точок і температурних градієнтів.
Ця гармонія необхідна в таких процесах, як спрямоване затвердіння мультикристалічного кремнію для фотоелектричних пристроїв, де однорідність рівня температури безпосередньо впливає на високу якість кристала та товщину дефекту.
Поєднання високої провідності та зниженого теплового розширення спричиняє надзвичайно високий критерій теплового удару (R = k(1 - n)а/ стор), робить тиглі SiC стійкими до розтріскування під час швидких циклів нагрівання чи охолодження будинку.
Це дозволяє швидше наростити швидкість системи опалення, покращена пропускна здатність, і зменшений час простою в результаті виходу з ладу тигля.
Крім того, Здатність матеріалу витримувати повторні термічні зміни без значного руйнування робить його придатним для обробки в комерційних нагрівачах, що працюють вище 1500 ° C.
2.2 Окислення та хімічна сумісність
При підвищеній температурі повітря, SiC легко окислюється, утворюючи захисний шар аморфного кремнезему (SiO ДВА) на його поверхні: SiC + 3/2 O ₂ → SiO ДВА + CO.
Цей глазурований шар ущільнюється при високих температурах, діючи як дифузійний бар'єр, який сповільнює більше окислення та захищає нижню керамічну структуру.
Проте, у знижувальних середовищах або в умовах вакууму– зазвичай при рафінуванні напівпровідників і сталі– окислення пригнічується, і SiC продовжує бути хімічно стійким до розплавленого кремнію, легкий алюміній, і кілька шлаків.
Він стійкий до розчинення та реакції зрідженого кремнію до 1410 ° C, хоча тривалий вплив може призвести до невеликого накопичення вуглецю або шорсткості поверхні.
Вирішально, SiC не містить металевих забруднень у делікатних розплавах, важлива потреба у виробництві кремнію електронного класу, де забруднення Fe, Cu, або Cr необхідно підтримувати нижче рівня ppb.
Проте, слід бути обережним при обробці лужноземельних металів або дуже чуйних оксидів, оскільки деякі з них можуть зношувати SiC при високих температурах.
3. Виробничі процеси та контроль якості
3.1 Методи будівництва та контроль розмірів
Виробництво SiC тиглів включає формування, сушіння, і високотемпературне спікання або просочування, з техніками, вибраними на основі необхідної чистоти, розмір, і застосування.
Звичайні стратегії створення включають ізостатичне пресування, екструзія, і розкидання гірки, кожна з них пропонує різний ступінь точності розмірів і однорідності мікроструктури.
Для великих тиглів, які використовуються для розповсюдження сонячних зливків, ізостатичне пресування забезпечує постійну товщину та товщину поверхні стінки, зменшення загрози нерівномірного термічного зростання та руйнування.
Реакційно зв'язаний SiC (RBSC) тиглі є доступними і зазвичай використовуються в ливарних цехах і сонячних ринках, хоча повторюваний кремній обмежує максимальну температуру розчину.
Спечений SiC (SSiC) версії, при цьому наддорожче, справа чудова чистота, міцність, і стійкість до хімічного впливу, що робить їх придатними для високовартісних застосувань, таких як розробка кристалів GaAs або InP.
Точна механічна обробка після спікання може знадобитися для досягнення жорстких опорів, особливо для тиглів, що використовуються при замерзанні вертикальних схилів (VGF) або Чохральського (CZ) системи.
Оздоблення поверхні має вирішальне значення для зменшення місць утворення дефектів і забезпечення плавного потоку розплаву під час нанесення.
3.2 Контроль якості та підтвердження ефективності
Ретельний контроль якості важливий для забезпечення надійності та тривалого терміну служби тиглів із SiC у відповідних умовах експлуатації.
Методи неруйнівного аналізу, такі як ультразвуковий скринінг і рентгенівська томографія, використовуються для виявлення внутрішніх розколів, простори, або варіації товщини.
Хімічний аналіз із застосуванням XRF або ICP-MS підтверджує низький ступінь металевих забруднень, в той час як теплопровідність і міцність на вигин визначаються для підтвердження консистенції продукту.
Перед доставкою тиглі часто піддаються імітаційному термічному циклу, щоб визначити можливі режими відмови.
Простежуваність набору та акредитація поширені в ланцюгах постачання напівпровідників та аерокосмічної промисловості, де вихід з ладу компонентів може спричинити дорогі втрати виробництва.
4. Застосування та технічний ефект
4.1 Напівпровідникова та фотоелектрична промисловість
Тиглі з карбіду кремнію відіграють вирішальну роль у виробництві кремнію високої чистоти як для мікроелектроніки, так і для сонячних батарей.
У печах спрямованої затвердіння для мультикристалічних фотоелектричних зливків, великі SiC тиглі діють як основний контейнер для зрідженого кремнію, підтримання високих температурних рівнів 1500 °C протягом численних циклів.
Їх хімічна інертність зупиняє забруднення, тоді як їх термічна безпека забезпечує послідовні фронти затвердіння, що призводить до отримання пластин вищої якості з меншою кількістю неправильного розташування та меж зерен.
Деякі виробники покривають внутрішню поверхню нітридом кремнію або кремнеземом, щоб додатково зменшити зчеплення та полегшити вивільнення зливка після охолодження.
У дослідницькому масштабі Чохральського зростання складних напівпровідників, тиглі меншого розміру SiC використовуються для утримання розморожування GaAs, InSb, або CdTe, де гранична реактивність і безпека розмірів є критичними.
4.2 металургія, Фабрика, та новітні технології
За межами напівпровідників, Тиглі з SiC незамінні при рафінуванні сталі, підготовка сплаву, і лабораторні процедури плавлення алюмінію, мідь, і рідкоземельні елементи.
Стійкість до термічного удару та ерозії робить їх придатними для систем індукційного та резистивного нагріву в ливарних цехах, де вони переживають альтернативи графіту та глинозему на кілька циклів.
У адитивному виробництві чутливих металів, Контейнери SiC використовуються в індукційному плавленні в пилососі для запобігання несправності тигля та забруднення.
Виникаючі програми включають активатори розплавленої солі та системи фокусованої сонячної енергії, де посудини з SiC можуть містити високотемпературні солі або рідкі метали для зберігання теплової енергії.
З постійним розвитком інновацій спікання та дизайну покриття, Тиглі з SiC готові підтримувати обробку матеріалів наступного покоління, що робить можливим чистіше, набагато ефективніше, і масштабовані комерційні теплові системи.
У підсумку, тиглі з карбіду кремнію представляють критично важливу технологію високотемпературного синтезу продуктів, поєднання чудових теплових, механічний, і хімічна ефективність в одній інженерній частині.
Їх поширене застосування в напівпровідниках, сонячний, і металургійна промисловість підкреслює їх обов'язок як основу сучасної комерційної порцеляни.
5. Продавець
Компанія Advanced Ceramics була заснована в жовтні 17, 2012, це високотехнологічне підприємство, яке займається дослідженнями та розробками, виробництва, обробки, продаж і технічне обслуговування керамічних матеріалів і виробів. Наша продукція включає, але не обмежується керамічними виробами з карбіду бору, Керамічні вироби з нітриду бору, Керамічні вироби з карбіду кремнію, Керамічні вироби з нітриду кремнію, Керамічні вироби з діоксиду цирконію, тощо. Якщо вам цікаво, будь ласка, не соромтеся зв'язатися з нами.
Теги: Тиглі з карбіду кремнію, Кераміка з карбіду кремнію, Керамічні тиглі з карбіду кремнію
Всі статті та фотографії взяті з Інтернету. Якщо є проблеми з авторським правом, будь ласка, зв'яжіться з нами вчасно, щоб видалити.
Зверніться до нас