Silizio-karburoaren (SiC) fabrikazio-prozesuaren laburpena

Silizio karburoaurratzaileak normalean kuartzoa eta petrolio-kokea erabiliz ekoizten dira lehengai gisa. Prestaketa-etapan, material hauek prozesatu mekanikoa egiten dute nahi den partikulen tamaina lortzeko, labearen karga kimikoki proportzionatu aurretik.Labearen kargaren iragazkortasuna erregulatzeko, zerrauts kopuru egokia gehitzen da nahastean. Silizio karburo berdea ekoizteko, gatz kantitate jakin bat ere sartzen da labearen kargan.

Labearen karga lote motako erresistentzia-labe batean kargatzen da, bi muturretan amaierako hormak dituena, erditik gertu kokatutako grafitozko elektrodoekin. Labearen nukleoaren gorputzak bi elektrodoak lotzen ditu, labe karga erreaktiboz inguratuta, material isolatzaileak kanpoko perimetroa barne hartzen duen bitartean. Funtzionamenduan, energia elektrikoak labearen nukleoa 2600-2700 °C arteko tenperaturara berotzen du. Beroa nukleoaren gainazaletik karga-materialetara transferitzen da, eta hauek, 1450 °C gainditzean, erreakzio kimikoak izaten dituzte silizio karburoa sortzeko, karbono monoxidoa askatzen duten bitartean.

Prozesuak aurrera egin ahala, tenperatura altuko eremua hedatzen da, eta pixkanaka silizio karburozko kristal gehiago sortuz. Kristal hauek labearen barruan lurrundu, migratu eta hazten dira, azkenean masa kristalizatu zilindriko batean elkartuz. Masa honen barruko hormek 2600 °C-tik gorako tenperaturak jasaten dituzte, eta silizioa askatzen duen deskonposizioa eragiten du, eta gero karbonoarekin birkonbinatzen da silizio karburo berria sortzeko.

Potentzia elektrikoaren banaketa hiru eragiketa fasetan aldatzen da:

1.Hasierako fasea: labea berotzeko kargarako erabiltzen da batez ere

2.Bitarteko fasea: silizio karburoa eratzeko proportzioa handitu da

3.Azken fasea: galera termikoak nagusi

Potentzia-denbora erlazio ezin hobeak eraginkortasun termikoa maximizatzeko garatzen dira, eskala handiko labeentzat 24 ordu inguruko funtzionamendu arrunta lan-fluxuaren koordinazioa errazteko.

Funtzionamenduan zehar, bigarren mailako erreakzioak gertatzen dira hainbat ezpurutasun eta gatzekin, materialaren desplazamendua eta bolumena murriztea eragiten dutenak. Sortutako karbono monoxidoak atmosferaren kutsatzaile gisa ihes egiten du. Energia itzali ondoren, hondar-erreakzioek 3-4 orduz irauten dute inertzia termikoaren ondorioz, nahiz eta intentsitate nabarmen murriztuan. Gainazaleko tenperaturak behera egin ahala, karbono monoxidoaren errekuntza osatugabea nabarmenago bihurtzen da, eta laneko segurtasun neurriak jarraitu behar dira.

Kanpoko geruzetatik barruko labearen ondorengo materialek osagai hauek dituzte:

(1) ‌Erreakzionatu gabeko karga-materiala‌

Galdaketan erreakzio-tenperaturara iristen ez diren karga zatiak inerte geratzen dira, isolamendu gisa soilik balio dutenak. Zona horri isolamendu-banda deitzen zaio. Konposizioa eta erabilera metodoak erreakzio-eremutik nabarmen desberdinak dira. Zenbait prozesuk karga freskoa isolamendu-banda eremu espezifikoetan kargatzen dute labea kargatzean, galdaketa ondoren berreskuratzen dena eta erreakzio-kargan nahasten da material kaltzinatu gisa. Bestela, erreakzionatu gabeko isolamendu-banda-materialak birsortzeko tratamendua jasan dezake kokea eta zerrautsa gehituz, agortutako karga gisa berrerabiltzeko.

(2) ‌Siliziozko karburozko geruza oxidatua‌

Erdi-erreakzionatutako geruza honek erreakzionatu gabeko karbonoa eta silizea ditu nagusiki (% 20-50 dagoeneko SiC bihurtuta). Osagai horien morfologia aldatuak agortutako kargatik bereizten ditu. Silice-karbono nahasketak kohesio solte duten agregatu gris-horia amorfoak eratzen ditu, presiopean erraz pulverizatuz, silizeak jatorrizko granulartasuna mantentzen duen agortutako karga ez bezala.

(3) ‌Lotura-geruza‌

Geruza oxidatuaren eta zona amorfoaren arteko trantsizio-eremu trinkoa, %5-10eko oxido metalikoak dituena (Fe, Al, Ca, Mg). Fase-konposizioak erreakzionatu gabeko silizea/karbonoa (% 40-60 SiC) eta silikato-konposatuak ditu. Aldameneko geruzetatik bereiztea erronka bihurtzen da ezpurutasunak ugariak ez badira, batez ere SiC beltzeko labeetan.

(4) ‌Eremu amorfoa‌

β-SiC kubikoa nagusiki (%70-90 SiC) hondar karbono/silizearekin (%2-5 metal oxidoak). Material friagarria hauts bihurtzen da erraz. SiC labe beltzek zona amorfo beltzak ematen dituzte, SiC labe berdeek, berriz, horixk-berde aldaerak sortzen dituzte, batzuetan kolore gradienteekin. Silize partikula lodiek edo karbono gutxiko kokeak egitura porotsuak sor ditzakete.

(5) ‌DBHko SiC‌

α-SiC kristalak (% 90-95 garbitasuna) hauskorregiak urradura erabiltzeko. β-SiC amorfotik (hautsa, tristea) bereizten da, bigarren mailakoek ispilu-itxurako distira duten kristal-sare hexagonalak erakusten ditu. Bigarren mailako eta lehen mailako graduen arteko banaketa funtzional hutsa da, nahiz eta lehenak egitura porotsuak gorde ditzakeen.

(6) ‌Lehen mailako SiC kristalak‌

Labearen produktu nagusia: α-SiC kristal masiboak (% 96ko garbitasuna, 50-450 mm-ko lodiera). Ondo bildutako bloke hauek beltzak edo berdeak agertzen dira, labearen potentziaren eta kokapenaren araberako lodiera aldatuz.

(7) ‌Grafitozko labearen nukleoa‌

Zilindro kristalinoaren ondoan, deskonposatutako SiC-k jatorrizko kristal egituren grafitozko erreplikak eratzen ditu. Barruko nukleoa aurrez kargatutako grafitoz osatuta dago, ziklo termikoaren ondoren grafitizazio hobetua duena. Grafito mota biak oinarrizko material gisa birziklatzen dira ondorengo labe loteetarako.