Kiselkarbid (SiC) har låg värmeutvidgning, vilket gör det till ett utmärkt materialval för speglar i brännpunkterna på astronomiska teleskop. Dessutom erbjuder SiC utmärkt styvhet och hållfasthet samt kemisk korrosionsbeständighet.
Tillverkning av kiselkarbid sker vanligen enligt Acheson-processen. Detta innebär att kiselsand blandas med kol i en elektrisk motståndsugn innan en elektrisk ström passerar - denna produktionsmetod är känd under detta namn.
Acheson-processen
Modern industriell kiselkarbidproduktion bygger till stor del på Acheson-processen som skapades av Edward Goodrich Acheson (1856-1931). Denna karbotermiska reduktionsprocess använder petroleumkoks och kvarts som råmaterial och skapar SiC genom högtemperaturreaktioner på över 2000 degC i en värmebeständig ugn.
Acheson-processen är inte energieffektiv och släpper ut stora mängder reducerade gaser (CO, NH3, N2 och H2). För att mildra denna effekt kan ett gasuppsamlingssystem läggas till, men detta skulle öka det totala energibehovet och göra ugnarnas konstruktion mer komplicerad.
Modellering av Acheson-processen är avgörande för att förstå hur SiC bildas vid höga temperaturer och för att optimera effektiviteten i denna metod för att producera SiC. Föroreningarnas beteende måste förutsägas över hela det temperaturområde (1500-2500 degC) där SiC bildas (1500-2500 degC), vilket är särskilt viktigt när det gäller råmaterial som innehåller Al, Fe, Ca, Mg och alkalimetaller som utgör den råvarublandning som används i Acheson-processer som SiC-produktion.
Ett innovativt tillvägagångssätt har använts för att modellera Acheson-processen. En matematisk modell införlivar ledning, konvektion och strålning i sina värmebalansekvationer med hjälp av Finite Volume Method - denna modell validerades sedan mot experimentella data för att ge en utmärkt jämförelse mellan beräknade resultat och experimentella resultat.
Lely-processen
Lely-processen är en allt-i-ett-lösning för att odla kiselkarbidkristaller med stor diameter. Det första steget, känt som Seed Growth, innebär uppvärmning av små frökristaller av tillräcklig kvalitet tills deras storlek ökar genom sublimering i ett isotermiskt hålrum som innehåller kristallina källor av kiselkarbid; uppvärmningen sker vid temperaturer som är lägre än de som används för att sublimera korn, vilket skapar en temperaturgradient som ger tillväxtytor inom detta isotermiska utrymme för dessa större frön att växa på.
I detta föredragna utförande innehåller ett system 10 en sluten kolkälla eller degel 12 med kolfoder (företrädesvis grafit) i den förseglade änden och ett tomt centrumutrymme som definieras av den. En induktionsvärmare 24 används vanligtvis som den primära värmekällan för att initiera sublimering av kiselkarbid från dess källmaterial.
Kolfoder i deglar måste ha ett högt Si/C-förhållande för att kunna reagera med fri Si-ånga som produceras under sublimering av SiC och minska dess avlägsnande från processen. Kolvätereaktioner kan täppa till installationer och störa driften av induktionsvärmare; för att skydda installationer och drift av induktionsvärmare från detta potentiella hot flödas ofta skyddsgas som argon genom degelns slutna ändar för att skapa en atmosfär som bidrar till att värma prekursormaterialet på ett säkert sätt.
Kemisk förångningsdeposition
Chemical Vapor Deposition, eller CVD, är en tillverkningsteknik som används för att bilda filmer genom att föra in prekursorföreningar i en kammare där de reagerar tillsammans och avsätts på ytor av substrat. CVD är en värdefull tillverkningsteknik som fortsätter att utvecklas och förfinas, från att skapa silvriga beläggningar på chipspåsar till komplex utrustning för elektroniktillverkning som dagens elektronik kräver.
Tillverkningsprocesser för kiselkarbid som CVD gör det möjligt att skapa produkter med överlägsen hållbarhet som tål höga temperaturer, strålningsexponering och kemisk erosionsbeständighet. Dessutom föredrar konstruktörer ofta kiselkarbid på grund av dess lägre elektriska motstånd på cirka en ohm cm.
I motsats till termiska oxidprocesser som används för att producera kiseldioxid, som förbrukar en del av det som beläggs, kan CVD-processer för kiselkarbid utföras på alla kristallina halvledarmaterial. De kombinerar sönderdelad metyltriklorsilan (MTS) med väte vid förhöjd temperatur och reducerat tryck vid förhöjd temperatur för att producera rena SiC-kristaller med en teoretisk densitet som överstiger 90%.
TevTechs HTCVD-system kombinerar ett MTS ångleveranssystem med exakta temperatur-, tryck- och substratpositioneringskontroller för att producera oöverträffad kvalitet och enhetlighet i CVD SiC-filmer. Detta gör att du kan maximera användningen av dem för din applikation.
Termisk sintring
Sintring är en mångsidig process som används för att omvandla material som keramik och hårdmetall, metaller och polymerer till form. Sintering kan också producera sintrad kiselkarbid som har många användningsområden; till exempel kan plana strukturer som elektroniska substrat eller porslinsstatyer (bandgjutning), tredimensionella delar som mekaniska tätningsytor eller klockfodral eller unika prototyper alla produceras med denna teknik.
Före sintring måste kiselkarbidpulver först formas till önskad form med hjälp av en av flera processer. För enklare former är matrispressning ofta att föredra, medan formsprutning bör övervägas för mer komplexa former. Andra tekniker finns för att forma långa, tunna strukturer som elektroniska kretskort eller påfyllningar för mekaniska pennor.
Gelgjutningsprocessen innebär att det pulveriserade materialet blandas med vatten eller icke vattenhaltigt lösningsmedel, dispergeringsmedel och dispersionshjälpmedel för att bilda en keramisk slurry. Därefter appliceras ett partiellt vakuum för att avlägsna luftbubblor som kan skapa brister i slutprodukten, innan man tillsätter kemiska polymerisationsinitiatorer som får monomererna att bindas samman till en gummiaktig polymer-vattengel.
Slurry gjuts i formar av metall, glas, plast eller vax för gjutning i formar för uppvärmning vid sintringstemperaturer för att skapa ett smält flytande tillstånd - vanligtvis bestående av fluorit men ibland andra sammansättningar som kan smälta vid denna temperatur och som också erbjuder elektrisk ledningsförmåga.
Swedish 
English