실리콘카바이드(SiC) 제조 공정 요약

탄화규소연마재는 일반적으로 석영과 석유 코크스를 주요 원료로 사용하여 생산됩니다. 준비 단계에서 이러한 재료는 화학적으로 용광로 장입물에 혼합되기 전에 원하는 입자 크기를 얻기 위해 기계적 처리를 거칩니다.용광로 장입물의 투과성을 조절하기 위해 혼합 중에 적절한 양의 톱밥을 첨가합니다. 친환경 탄화규소 생산을 위해 일정량의 소금도 용광로 장입물에 포함됩니다.

노 충전물은 배치형 저항로에 로드되며, 이 저항로는 양쪽 끝에 흑연 전극이 중앙 근처에 위치하는 끝벽이 있습니다. 노 코어 본체는 반응성 노 충전 물질로 둘러싸인 두 개의 전극을 연결하고, 절연 재료는 외부 둘레를 둘러쌉니다. 작동 중에 전력은 용광로 코어를 2600~2700°C 사이의 온도로 가열합니다. 열은 코어 표면에서 충전 물질로 전달되며, 1450°C를 초과하면 화학 반응을 거쳐 탄화규소를 형성하고 일산화탄소를 방출합니다.

공정이 계속됨에 따라 고온 영역이 확장되어 점차적으로 더 많은 탄화규소 결정이 형성됩니다. 이러한 결정은 용광로 내에서 증발, 이동 및 성장하여 결국 원통형 결정 덩어리로 합쳐집니다. 이 덩어리의 내부 벽은 2600°C를 초과하는 온도를 경험하여 실리콘을 방출하는 분해를 일으키며, 이 실리콘은 탄소와 재결합하여 새로운 탄화규소를 형성합니다.

전력 분배는 세 가지 작동 단계에 따라 다릅니다.

1. 초기 단계: 주로 가열로 장입에 사용됩니다.

2.중간 단계: 탄화규소 형성 비율 증가

3. 최종 단계: 열 손실이 지배적

최적의 전력-시간 관계는 열 효율을 극대화하기 위해 개발되었으며, 대규모 용광로의 경우 일반적인 작동 기간은 약 24시간으로 작업 흐름 조정을 용이하게 합니다.

작동 중에 다양한 불순물과 염분과 관련된 2차 반응이 발생하여 재료 변위 및 부피 감소가 발생합니다. 생성된 일산화탄소는 대기 오염물질로 배출됩니다. 전원 차단 후 잔류 반응은 열 관성으로 인해 3~4시간 동안 지속되지만 강도는 크게 감소합니다. 표면 온도가 낮아지면 일산화탄소의 불완전 연소가 더욱 두드러지므로 지속적인 산업 안전 조치가 필요합니다.

외부 층에서 내부 층까지의 노 후 재료는 다음 구성 요소로 구성됩니다.

(1) ‌미반응 충전물질‌

제련 중 반응 온도에 도달하지 못한 충전물 부분은 불활성 상태로 남아 있어 절연체로만 사용됩니다. 이 구역을 절연 밴드라고 합니다. 구성과 활용 방법은 반응 구역과 크게 다릅니다. 특정 공정에는 용해로 장전 중에 특정 절연 밴드 영역에 새로운 장입물을 장입하는 작업이 포함되며, 이는 제련 후 회수되어 하소된 재료로 반응 장입물에 혼합됩니다. 대안으로, 반응하지 않은 절연 밴드 재료는 소진된 충전재로 재사용하기 위해 코크스와 톱밥을 추가하여 재생 처리를 거칠 수 있습니다.

(2) ‌산화규소층‌

이 반반응 층은 주로 미반응 탄소와 실리카(20-50%가 이미 SiC로 변환됨)를 포함합니다. 이러한 구성 요소의 변경된 형태는 소진된 전하와 구별됩니다. 실리카-탄소 혼합물은 응집력이 느슨한 무정형 회색-노란색 집합체를 형성하며, 실리카가 원래의 입상성을 유지하는 소진된 충전물과 달리 압력 하에서 쉽게 분쇄됩니다.

(3) ‌접합층‌

5~10%의 금속 산화물(Fe, Al, Ca, Mg)을 포함하는 산화층과 비정질 영역 사이의 조밀한 전이 영역입니다. 상 조성에는 미반응 실리카/탄소(40-60% SiC) 및 규산염 화합물이 포함됩니다. 특히 흑색 SiC 용광로에서는 불순물이 풍부하지 않으면 인접한 층과의 구별이 어려워집니다.

(4) ‌비정질 영역‌

주로 입방체 β-SiC(70-90% SiC)와 잔류 탄소/실리카(2-5% 금속 산화물). 부서지기 쉬운 물질은 쉽게 부서져 가루가 됩니다. 검은색 SiC 용해로는 검은색 비정질 영역을 생성하는 반면, 녹색 SiC 용해로는 황록색 변형을 생성하며 때로는 색상 그라데이션이 포함됩니다. 거친 실리카 입자나 저탄소 코크스는 다공성 구조를 생성할 수 있습니다.

(5) 2등급 SiC

α-SiC 결정(순도 90-95%)으로 구성되어 있어 연마용으로 사용하기에는 너무 약합니다. 비정질 β-SiC(분말형, 무광)와는 달리 2급은 거울 같은 광택을 지닌 육각형 결정 격자를 나타냅니다. 2차 등급과 1차 등급 사이의 구분은 순전히 기능적이지만 전자는 다공성 구조를 유지할 수 있습니다.

(6) ‌1차 등급 SiC 결정‌

용광로의 주요 제품: 거대한 α-SiC 결정(>96% 순도, 50-450mm 두께). 이 촘촘하게 채워진 블록은 검은색이나 녹색으로 나타나며, 두께는 용광로 전력과 위치에 따라 다릅니다.

(7) ‌흑연로 코어‌

결정질 원통에 인접하여 분해된 SiC는 원래 결정 구조의 흑연 복제물을 형성합니다. 내부 코어는 열 순환 후 흑연화가 강화된 사전 로드된 흑연으로 구성됩니다. 두 흑연 유형 모두 후속 용해로 배치의 핵심 재료로 재활용됩니다.