סיליקון קרביד (SiC)מסווג בעיקר על סמך הטוהר הכימי ומבנה הגביש שלו. סוגים שונים מציגים הבדלים משמעותיים בביצועים ובתרחישי יישום מתאימים:
| סיווג סוג | תכונות ליבה | ביצועי מפתח | תרחישי יישום אופייניים |
| סיליקון קרביד בטוהר- גבוה | תכולת Si גדול מ-98% או שווה ל-98%, תכולת C 1.8%-2.0%, זיהומים (Fe+Al+Ca) פחות או שווה ל-0.5%, בעיקר -SiC (גביש משושה) | יעילות ניקוי חמצון גבוהה ויציבות כימית חזקה | ייצור פלדה-מתקדם (פלדה נושאת, פלדה קפיצית), חומרים אלקטרוניים (מצעים מוליכים למחצה) |
| סיליקון קרביד תעשייתי רגיל- | תכולת Si 75%-97%, תכולת C 2.0%-3.0%, זיהומים פחות או שווה ל-3%, תערובת של -SiC ו-SiC (גבישים מעוקבים) | יחס עלות-ביצועים גבוה, מתאים ליישומים כלליים | התכת פלדה רגילה, יציקת חיסונים וחומרי שוחקים. |
| סיליקון קרביד בטוהר- נמוך | תכולת Si 60%-74%, זיהומים גדולים מ-5% או שווה ל-5%, מבנה גבישי לא סדיר | עלות נמוכה, משמש בעיקר כסוכן עזר | עיבוד גס של חלקי ברזל יצוק, תוסף חומר עקשן |
סיבות עיקריות להבדלים מסוגים:
השפעת חומר גלם ותהליך:SiC בטוהר- גבוה משתמש בחול סיליקה בטוהר- גבוה (99.9% ומעלה) ובאיכות-נפט קוקס, המומס ב-2300-2500 מעלות למשך 8-12 שעות, וכתוצאה מכך לצמיחת גבישים מספקת ומינימום שאריות זיהומים. SiC בדרגה תעשייתית רגילה משתמש בחול סיליקה רגיל ובקוק פחם, המומס ב-2000-2200 מעלות למשך 4-6 שעות, וכתוצאה מכך תכולת טומאה גבוהה יותר.
מונחה ביקוש לאפליקציה:ליישומי פלדה ואלקטרוניקה-מתקדמים יש דרישות מחמירות לטוהר החומר, מה שמניע את הפיתוח של SiC בטוהר- גבוה. לעומת זאת, יישומי יציקה וחומרים עקשנים נותנים עדיפות לבקרת עלויות, כאשר SiC רגיל או -טוהר נמוך מספיק.
תקני סיווג גודל סיליקון קרביד וגורמים משפיעים
התכתבות סיווג גודל חלקיקים ומפרט (תעשיית-תקן נפוץ)
גודל סגסוגת פחמן סיליקון מבוסס על "רשת", עם ההמרה הבאה למילימטרים (מ"מ) ותרחישי יישום תואמים:
| מפרט גרעיניות (רשת) | גרעיניות מתאימה (מ"מ) | תכונות מפתח | תרחישים מתאימים |
| 10-20 mesh | 0.85-2.00 | פירוק איטי, תגובה יציבה | מתאים לטווח ארוך-להתכה של כיפה וייצור פלדה בממירים גדולים |
| 20-60 mesh | 0.25-0.85 | קצב פירוק בינוני, תגובה מאוזנת | ייצור פלדה בתנור חשמלי, חיסון של יציקות רגילות |
| 60-120 mesh | 0.125-0.25 | פירוק מהיר ופיזור טוב | מתאים לדגירה של יציקה דקה- ושחרור מהיר. |
| 120-200 mesh | 0.075-0.125 | שטח פנים ספציפי גדול, תגובה מהירה במיוחד | יציקה מדויקת, הכנת חומרים אלקטרוניים |
גורמים למגוון מידות
דרישות קינטיקה של תגובה:
לסיליקון קרביד של חלקיקים-קטנים יש שטח פנים ספציפי גדול (למשל, ל-200 mesh יש יותר מפי 10 משטח הפנים הספציפי של 10 mesh), המאפשר מגע יסודי יותר עם פלדה/ברזל מותכת, וכתוצאה מכך קצב התמוססות מהיר יותר, מתאים ל"התחמצנות מהירה,-זמן קצר של התכה של פלדה ותרחישים מאוחרים יותר של התכה של פרווה; חלקיקי סיליקון קרביד -גדולים מתמוססים באיטיות, ומאפשרים שחרור מתמשך של רכיבים, מתאים לתרחישי "תגובה יציבה לטווח ארוך" (כגון התכה בכבשן כיפה).
תאימות ציוד ותהליכים:
לתנורי אינדוקציה קטנים יש שטח תנורים מוגבל וערבול חלש. שימוש בסיליקון קרביד גדול של 10-20 mesh- יכול להוביל בקלות לשקיעה והתמוססות לא מלאה; לכן, נדרשים חלקיקים קטנים יותר (60 mesh ומעלה). ממירים גדולים ותנורי כיפה, עם נפחים גדולים יותר של פלדה מותכת וערבול יסודי יותר, יכולים להכיל סיליקון קרביד עם חלקיקים גדולים יותר, ותהליך ההוספה נוח יותר.
שיטות זיהוי מדעיות לסוג וגודל סיליקון קרביד
זיהוי סוג (דיוק מגבוה לנמוך)
ניתוח הרכב כימי:
ספקטרוסקופיה ICP משמשת לזיהוי התוכן של Si, C וזיהומים. Si גדול מ-98% או שווה ל-98% מצביע על טוהר גבוה, 75%-97% מציין כיתה רגילה, ו<75% מצביע על טוהר נמוך.
ניתוח מבנה גביש:
נעשה שימוש ב-דיפרקציה של קרני רנטגן (XRD). ברורים -שיאים אופייניים ל-SiC מצביעים על טוהר גבוה או על רמה רגילה, בעוד ששיעור גבוה של -שיאים אופייניים ל-SiC מצביע על טוהר נמוך.
מראה-שיפוט מבוסס:
סיליקון קרביד בטוהר- גבוה הוא שחור או ירוק כהה עם ברק אחיד וללא כתמים דהויים; כיתה רגילה בצבע אפרפר ויש לו ברק עמום יותר; טוהר- נמוך הוא בעיקר חום אפרפר-, וחלקיקי טומאה נראים לעין.
זיהוי גודל (שיטות תעשייתיות בשימוש נפוץ)
ניתוח מסננת רגיל:
באמצעות מסננות סטנדרטיות GB/T 6003.1-2012, מסננים דגימות סיליקון קרביד, והשאריות בשכבות מסננות שונות נשקללות כדי לקבוע את התפלגות גודל החלקיקים (למשל, "80-100 mesh" פירושו חלקיקים שעוברים דרך מסננת של 80 mesh אך נשארים על מסננת 100-mesh). שיטה זו פשוטה לתפעול, בעלות נמוכה ומתאימה לסביבות ייצור תעשייתיות.
ניתוח גודל לייזר:
באמצעות מנתח לייזר גודל, שיטה זו מנצלת את אפקט הפיזור של אור לייזר על חלקיקים כדי להשיג במהירות עקומות חלוקת גודל החלקיקים. הוא מציע דיוק מדידה גבוה (שגיאה פחות או שווה ל-2%) ומתאים ליישומים-מתקדמים עם דרישות קפדניות של גודל חלקיקים (כגון חומרים אלקטרוניים ויציקה מדויקת).
עקרונות בחירה נכונים ונקודות מעשיות עבור סיליקון קרביד
לוגיקה של בחירת ליבה
בחירה על סמך "דרישות טוהר":סיליקון קרביד -טוהר גבוה עבור יישומי פלדה ואלקטרוניקה- מתקדמים; כיתה-תעשייתית למטלורגיה כללית ויציקה; טוהר- נמוך עבור יישומים רגישים-עלויות.
בחירה על סמך "שיעור תגובה":גודל קטן (60 mesh או יותר) עבור התכה-תקופה קצרה והתכה מהירה; גודל חלקיקים גדול (מתחת ל-20 mesh) להיתוך-לטווח ארוך ותגובות יציבות.
תאימות מבוססת על "סוג ציוד":גודל קטן עבור תנורים קטנים; גודל גדול עבור תנורים גדולים, כדי למנוע פירוק לא שלם או אי נוחות תפעולית.
נקודות מעשיות מרכזיות
בקרת מינון:לייצור פלדת סיליקון קרביד בטוהר- גבוה, המינון הוא 0.3%-0.5% ממסת הפלדה המותכת; עבור חיסון יציקה רגילה, המינון הוא 0.5%-1.0%. מינון מוגזם יכול בקלות להוביל לעלייה בתכולת הפחמן בפלדה המותכת ולסדקים ביציקות.
עיתוי הוספה:לייצור פלדה בתנור קשת חשמלי, הוסף סיליקון קרביד בשלבים המאוחרים יותר של התכת המטען; עבור חיסון יציקה, הוסף סיליקון קרביד 1-2 דקות לפני הקשה על הברזל המותך כדי להבטיח תגובה מספקת.
טכניקות יישום משולבות:בשילוב עםפרוסיליקוןואלומיניום לניקוי חמצון, תחילה הוסף פסי לסילוק חמצון קדם-(הסרת יותר מ-80% מהחמצן), לאחר מכן הוסף SiC לשחרור עמוק יותר ומילוי סיליקון, ולבסוף הוסף אלומיניום לסילוק חמצון סופי כדי לשפר את יעילות ההתחמצנות וקצב ספיגת הסיליקון.
תיאורי מקרה של בחירת סיליקון קרביד בתרחישים מיוחדים
הכנת מצע מוליכים למחצה:
99.99% טוהר- גבוה, 120-200 mesh סיליקון קרביד נבחר כדי להבטיח שאין זיהומים משפיעים על הביצועים החשמליים;
יציקות מדויקות-דקות (לדוגמה, ראשי צילינדר של מנוע רכב):
60-120 mesh סיליקון קרביד בדרגה רגילה נבחר כדי לאזן את השפעת החיסון והעלות;
ייצור פלדה בממירים בקנה מידה גדול (-פלדה מסגסוגת Q355 נמוכה{{2}):
סיליקון קרביד 10-20 mesh בדרגה תעשייתית נבחר לייצוב הסרת החמצון ולהשלמת סיליקון, לשיפור חוזק הפלדה.
