Порошок чорного карбіду кремнію: зернистість, властивості та пиляння дроту

Що таке чорний карбід кремнію і як його виготовляють

Чорний карбід кремнію — це синтетичний абразивний мінерал, який отримують плавленням шихти з кварцового піску, нафтового коксу та кремнезему в електричній печі опору. У печі досягається температура, достатньо висока для формування кристалів альфа-карбіду кремнію, які потім подрібнюються, подрібнюються, очищаються та сортуються. Чорний колір походить від залишків вільного вуглецю та заліза в кристалі, і це відрізняє матеріал від більш екологічного, вищого ступеня чистоти, який використовується для точного шліфування.

Порошкова форма виготовляється шляхом подрібнення сирого злитка та класифікації отриманого зерна на частинки строго контрольованого розміру. Абразивні порошки — це продукти мікрон-класу: класифікація сорту сувора, і частки великого розміру не повинні з’являтися, оскільки одне грубе зерно може подряпати напівпровідникову пластину або порізати готову поверхню.

Ступені та класифікація зернистості

Абразивні порошки карбіду кремнію класифікуються за визнаними системами розміру зерна, а не за хімічним складом. Макро- та мікрозерна позначаються в серії F для зв’язаних абразивів і в серії P для абразивів з покриттям, і національні стандарти відображають однакові діапазони розмірів.

система	Діапазон	Еталонний стандарт	Типове використання
Макрозерна серії F	від F4 до F220	ISO 8486-1, GB/T 2481.1	Склеєні колеса, піскоструминна обробка, вогнетривке зерно
Мікрозерна серії F	F230 до F1200	ISO 8486-2	Тонка обробка, притирка, полірування
Серія P	P12 до P2500	ISO 6344	Абразиви з покриттям, папір і стрічки
Мікронний порошок	Під-мікрон до десятків мікрометрів	Контроль лазерної дифракції	Шлам для пиляння дроту, точне притирання

Розподіл частинок за розміром перевіряється просіюванням на макрозернину та лазерною дифракцією на мікрозернистість, а середній розмір частинок, або D50, повідомляється для кожної партії. Форма частинок також має значення: блокові, рівновісні зерна ріжуться більш рівномірно, ніж витягнуті, а консистенція форми – це те, що забезпечує стабільність ефективності різання та якості поверхні від однієї доставки до іншої.

Типові хімічні та фізичні властивості

Власність	Типове значення
Вміст карбіду кремнію	98,0 відсотка мінімум
Вільний вуглець	0,30 відсотка максимум
Оксид заліза	0,60 відсотка максимум
Кристалічна структура	Гексагональний альфа-карбід кремнію
Твердість за шкалою Мооса	9.5
Твердість по Кнупу	Близько 2500 кілограмів на квадратний міліметр
Питома вага	3,1-3,2 г/см3
Насипна щільність	Приблизно від 1,2 до 1,6 г/см3 залежно від розміру зернистості
Термостабільність	Зберігає твердість при високій температурі, дисоціює вище приблизно 2700 градусів Цельсія

Вміст кремнію в зерні визначає твердість продукту, а вміст заліза залишається низьким, оскільки залізо видаляється за допомогою магнітної сепарації, а для найкращих сортів — кислотним промиванням. Порошок доставляється сухим і сипучим, упакованим у вологонепроникні-мішки та запечатаний, щоб зберегти класифікований розподіл розміру.

Розпилювання дроту з кремнію та складних напівпровідників

Одним із найбільших застосувань тонкого чорного порошку карбіду кремнію є нарізка крихкого напівпровідникового матеріалу. Дротові пилки на основі суспензії переносять абразив у розріз, де зерно виконує різальну роботу, а дріт лише транспортує його. Процес застосовується до монокристалічного кремнію розміром від 3 до 12 дюймів, полікремнію, кристалів кварцу та складних напівпровідникових матеріалів, таких як арсенід галію.

Ефективність різання- твердіше, добре сортоване зерно видаляє матеріал швидше, утримуючи знос дроту в межах.

Якість поверхні- вузький розподіл частинок за розміром зменшує пошкодження під поверхнею, що має значення для полірованих пластин, які слідують.

Контроль пропилу- постійний розмір зерен і форма зберігають постійну ширину пропилу, захищаючи вихід дорогих монокристалів.

Стабільність шламу- контрольований хімічний склад поверхні утримує абразив у зваженому стані та запобігає осіданню в резервуарі для шламу.

Ті ж сорти порошків служать для притирки кварцу, кераміки і сапфіру, шліфування твердих сплавів, де алмазний інструмент був би неекономічним.

Абразивне, вогнетривке та металургійне застосування

Абразиви на склеюванні та з покриттям- шліфувальні круги, сегменти, стрічки, папір і диски для чавуну, кольорових-металу, каменю, скла та кераміки.

Піскоструминна обробка та підготовка поверхні- грубоструминний засіб для видалення накипу та травлення.

Вогнетриви- меблі для печі, мішечки, тиглі та зносостійкі-підкладки, які мають витримувати термічний удар.

Металургія- розкислювач і додавання сплаву у виробництві чавуну та сталі, часто постачається у вигляді брикетів.

Кераміка та композити- матеріал вагона печі, керамічні фільтри та армування для зносостійких композитних деталей.

Електроніка та фотовольтаїка- описані вище обов’язки нарізання та притирання вафель.

Замовлення та контроль якості

Для правильного визначення ціни для замовлення потрібні чотири частини інформації: позначення зернистості або мікрон, кількість, кінцеве використання та необхідний максимальний розмір частинок. З цього постачальник фіксує клас, вибирає шлях класифікації та підтверджує партію за допомогою лазерної дифракції або ситового аналізу. Регулярний контроль включає хімічний аналіз на карбід кремнію, вільний вуглець і оксид заліза, магнітну сепарацію для видалення металевих забруднень, контроль вологості перед пакуванням і зразок утримання кожної партії. Стандартне пакування — це 25-кілограмові вологонепроникні-мішки в тонних мішках або на піддонах, які зберігають дрібні сорти сухими та неушкодженими під час тривалого морського транспортування.

Чорний карбід кремнію є економічною «робочою конячкою» сімейства карбіду кремнію: нижча чистота, ніж зелений сорт, але міцніший, і тому його вважають за краще скрізь, де міцна ріжуча кромка та висока пропускна здатність важливіші за найтоншу обробку.

Часті запитання

З: Яка різниця між чорним і зеленим карбідом кремнію?
Чорний карбід кремнію має нижчий вміст карбіду кремнію, як правило, 98 відсотків або більше, і є міцнішим і менш крихким, у той час як зелений карбід кремнію має високу чистоту, більш крихке зерно, яке краще використовувати для точного шліфування твердих матеріалів.

З: Яким чином гарантується розмір зернистості?
Кожна партія класифікується відповідно до діапазону стандартних розмірів, потім перевіряється за допомогою ситового аналізу на макрозернистість або лазерної дифракції на мікрозернистість, із зазначенням середнього розміру частинок у протоколі перевірки.

З: Чому форма частинок має більше значення, ніж розмір?
Блокові зерна ріжуть рівномірно та зберігають передбачуваний розріз, тоді як подовжені або лускаті зерна спричиняють нерівномірне різання, більший знос дроту та погану обробку поверхні.

Питання: Чи підходить чорний карбід кремнію для нарізання сонячних пластин?
так Тонкі сорти використовуються для розпилювання шламового дроту монокристалічного та полікристалічного кремнію, а також кристалів кварцу та складних напівпровідників.

З: Які норми заліза та вільного вуглецю типові?
Абразивний матеріал зазвичай містить 0,30 відсотка вільного вуглецю та максимум 0,60 відсотка оксиду заліза, для досягнення цих рівнів використовується магнітна сепарація та кислотне промивання.

Q: Як упаковується порошок для експорту?
Порошок висушують, запаюють у вологонепроникні-мішки та пакують у 25-кілограмові одиниці на піддонах або в мішки на одну тонну, щоб класифікований діапазон розмірів залишався незмінним.