सिलिकन कार्बाइड (SiC) निर्माण प्रक्रियाको सारांश

सिलिकन कार्बाइडघर्षणहरू सामान्यतया क्वार्ट्ज र पेट्रोलियम कोकलाई प्राथमिक कच्चा मालको रूपमा प्रयोग गरेर उत्पादन गरिन्छ। तयारी चरणमा, यी सामग्रीहरूलाई फर्नेस चार्जमा रासायनिक रूपमा अनुपातित हुनु अघि इच्छित कण आकार प्राप्त गर्न मेकानिकल प्रशोधन गरिन्छ।फर्नेस चार्जको पारगम्यतालाई विनियमित गर्न, मिश्रणको समयमा भुसाको उपयुक्त मात्रा थपिन्छ। हरियो सिलिकन कार्बाइड उत्पादनको लागि, फर्नेस चार्जमा एक निश्चित मात्रामा नुन पनि समावेश गरिन्छ।

फर्नेस चार्जलाई ब्याच-प्रकार प्रतिरोधी भट्टीमा लोड गरिन्छ, जसमा केन्द्रको छेउमा राखिएको ग्रेफाइट इलेक्ट्रोडको साथ दुवै छेउमा अन्तिम पर्खालहरू छन्। फर्नेस कोर बडीले प्रतिक्रियाशील फर्नेस चार्ज सामग्रीले घेरिएको दुई इलेक्ट्रोडहरू जोड्दछ, जबकि इन्सुलेट सामग्रीले बाहिरी परिधिलाई घेर्दछ। सञ्चालनको क्रममा, विद्युतीय शक्तिले भट्टी कोरलाई 2600-2700 डिग्री सेल्सियसको बीचको तापक्रममा तताउँछ। कोर सतहबाट चार्ज सामग्रीहरूमा तातो स्थानान्तरण हुन्छ, जुन, 1450 डिग्री सेल्सियस भन्दा बढी हुँदा, कार्बन मोनोअक्साइड जारी गर्दा सिलिकन कार्बाइड बनाउन रासायनिक प्रतिक्रियाहरू गुजर्छ।

प्रक्रिया जारी रहँदा, उच्च-तापमान क्षेत्र विस्तार हुन्छ, क्रमशः थप सिलिकन कार्बाइड क्रिस्टलहरू बनाउँछ। यी क्रिस्टलहरू वाष्पीकरण, माइग्रेट, र भट्टी भित्र बढ्छन्, अन्ततः एक बेलनाकार क्रिस्टलाइज्ड द्रव्यमानमा मिलाएर। यस मासको भित्री पर्खालहरूले तापमान 2600 डिग्री सेल्सियस भन्दा बढि अनुभव गर्दछ, जसले सिलिकन रिलिज गर्दछ, जसले नयाँ सिलिकन कार्बाइड बनाउनको लागि कार्बनसँग पुन: संयोजित हुन्छ।

विद्युतीय शक्ति वितरण तीन परिचालन चरणहरूमा भिन्न हुन्छ:

1. प्रारम्भिक चरण: मुख्यतया तताउने फर्नेस चार्जको लागि प्रयोग गरिन्छ

2. मध्यवर्ती चरण: सिलिकन कार्बाइड गठनको लागि बढेको अनुपात

3. अन्तिम चरण: थर्मल घाटा द्वारा प्रभुत्व

इष्टतम पावर-समय सम्बन्धहरू थर्मल दक्षता अधिकतम बनाउनको लागि विकसित गरिन्छ, कार्यप्रवाह समन्वयको सुविधाको लागि ठूला-ठूला फर्नेसहरूको लागि 24 घण्टाको सामान्य सञ्चालन अवधिको साथ।

सञ्चालनको क्रममा, विभिन्न अशुद्धता र लवणहरू समावेश हुने माध्यमिक प्रतिक्रियाहरू हुन्छन्, जसले सामग्रीको विस्थापन र मात्रा घटाउँछ। उत्पादित कार्बन मोनोअक्साइड वायुमण्डलीय प्रदूषकको रूपमा भाग्छ। पावर बन्द भएपछि, थर्मल जडताका कारण अवशिष्ट प्रतिक्रियाहरू 3-4 घण्टासम्म जारी रहन्छ, यद्यपि उल्लेखनीय रूपमा कम तीव्रतामा। सतहको तापक्रम घट्दै जाँदा, कार्बन मोनोअक्साइडको अपूर्ण दहन अझ स्पष्ट हुन्छ, निरन्तर व्यावसायिक सुरक्षा उपायहरू आवश्यक हुन्छ।

पोष्ट-फर्नेस सामग्रीहरू बाहिरी देखि भित्री तहहरूमा निम्न घटकहरू हुन्छन्:

(१) प्रतिक्रिया नगरिएको चार्ज सामग्री

गल्ने क्रममा प्रतिक्रियाको तापक्रममा पुग्न असफल हुने चार्जका भागहरू निष्क्रिय रहन्छन्, इन्सुलेशनको रूपमा मात्र सेवा गर्दछ। यस क्षेत्रलाई इन्सुलेशन ब्यान्ड भनिन्छ। रचना र उपयोग विधि प्रतिक्रिया क्षेत्र देखि महत्वपूर्ण फरक छ। निश्चित प्रक्रियाहरूमा फर्नेस लोडिङको समयमा विशिष्ट इन्सुलेशन ब्यान्ड क्षेत्रहरूमा ताजा चार्ज लोड गर्ने समावेश हुन्छ, जुन गल्ने पछि पुन: प्राप्त हुन्छ र प्रतिक्रिया चार्जमा क्याल्साइन गरिएको सामग्रीको रूपमा मिश्रित हुन्छ। वैकल्पिक रूपमा, अप्रक्रिया नगरिएको इन्सुलेशन ब्यान्ड सामग्रीले थकित चार्जको रूपमा पुन: प्रयोगको लागि कोक र भुरा थपेर पुनर्जनन उपचार गर्न सक्छ।

(२) अक्सिडाइज्ड सिलिकन कार्बाइड लेयर

यो अर्ध-प्रतिक्रिया गरिएको तहमा मुख्यतया प्रतिक्रिया नगरिएको कार्बन र सिलिका (20-50% पहिले नै SiC मा रूपान्तरित) हुन्छ। यी कम्पोनेन्टहरूको परिवर्तन गरिएको आकारविज्ञानले तिनीहरूलाई थकित चार्जबाट अलग गर्छ। सिलिका-कार्बन मिश्रणले ढीला एकताको साथ अनाकार खरानी-पहेँलो समुच्चयहरू बनाउँछ, दबाबमा सजिलै पल्भराइज गर्छ - सिलिकाले मौलिक ग्रेन्युलारिटी कायम राख्छ।

(३) बन्धन तह

5-10% धातु अक्साइडहरू (Fe, Al, Ca, Mg) समावेश भएको अक्सिडाइज्ड तह र अमोर्फस जोन बीचको एक संकुचित संक्रमणकालीन क्षेत्र। चरण संरचनामा प्रतिक्रिया नगरिएको सिलिका/कार्बन (40-60% SiC) र सिलिकेट यौगिकहरू समावेश छन्। अशुद्धता प्रचुर मात्रामा नभएसम्म, विशेष गरी कालो SiC फर्नेसहरूमा छेउछाउका तहहरूबाट भिन्नता चुनौतीपूर्ण हुन्छ।

(४) अमोर्फस जोन

प्रमुख रूपमा क्यूबिक β-SiC (७०-९०% SiC) अवशिष्ट कार्बन/सिलिका (२-५% धातु अक्साइड) सहित। कमजोर सामग्री सजिलै पाउडरमा टुक्रा टुक्रा हुन्छ। कालो SiC फर्नेसहरूले कालो आकाररहित क्षेत्रहरू उत्पादन गर्दछ, जबकि हरियो SiC फर्नेसहरूले पहेंलो-हरियो भेरियन्टहरू उत्पादन गर्छन्—कहिलेकाहीं रङ ढाँचाहरूसँग। मोटे सिलिका कण वा कम कार्बन कोकले छिद्रपूर्ण संरचनाहरू बनाउन सक्छ।

(५) माध्यमिक-ग्रेड SiC’

α-SiC क्रिस्टलहरू (90-95% शुद्धता) समावेश गरी घर्षण प्रयोगको लागि धेरै कमजोर। अमोर्फस β-SiC (पाउडर, डल) बाट फरक, माध्यमिक-ग्रेडले ऐना जस्तो चमकको साथ हेक्सागोनल क्रिस्टल जालीहरू प्रदर्शन गर्दछ। माध्यमिक र प्राथमिक ग्रेडहरू बीचको विभाजन विशुद्ध रूपमा कार्यात्मक छ, यद्यपि पहिलेले छिद्रपूर्ण संरचनाहरू राख्न सक्छ।

(6) प्राथमिक-ग्रेड SiC क्रिस्टलहरू

फर्नेसको मुख्य उत्पादन: विशाल α-SiC क्रिस्टल (>96% शुद्धता, 50-450mm मोटो)। यी कडा प्याक गरिएका ब्लकहरू कालो वा हरियो देखिन्छन्, मोटाई भट्टी शक्ति र स्थान अनुसार फरक हुन्छ।

(७) ग्रेफाइट फर्नेस कोर

क्रिस्टलीय सिलिन्डरको छेउमा, विघटित SiC ले मूल क्रिस्टल संरचनाहरूको ग्रेफाइट प्रतिकृतिहरू बनाउँछ। भित्री कोरमा थर्मल साइकलिंग पछि परिष्कृत ग्राफिटाइजेशनको साथ पूर्व-लोड गरिएको ग्रेफाइट हुन्छ। दुबै ग्रेफाइट प्रकारहरू पछिको फर्नेस ब्याचहरूको लागि मुख्य सामग्रीको रूपमा पुन: प्रयोग गरिन्छ।