Černý prášek z karbidu křemíku: Zrnitost, vlastnosti a řezání drátem

Co je černý karbid křemíku a jak se vyrábí

Černý karbid křemíku je syntetický abrazivní minerál vyráběný tavením vsázky křemenného písku, ropného koksu a oxidu křemičitého v elektrické odporové peci. Pec dosahuje dostatečně vysoké teploty, aby se vytvořily alfa krystaly karbidu křemíku, které se pak drtí, melou, čistí a třídí. Černá barva pochází ze zbytkového volného uhlíku a železa v krystalu a odlišuje materiál od zelenějšího, vyššího stupně čistoty používaného pro přesné broušení.

Prášková forma se vyrábí mletím surového ingotu a klasifikací výsledného zrna do přísně kontrolované velikosti částic. Brusné prášky jsou mikronové-výrobky: klasifikace jakosti je přísná a nesmí se objevit příliš velké částice, protože jediné hrubé zrno může poškrábat polovodičový plátek nebo poškrábat hotový povrch.

Třídy a zrnitost klasifikace

Brusné prášky z karbidu křemíku jsou klasifikovány spíše podle uznávaných systémů velikosti zrna než pouze podle chemie. Makrogrity a mikrozrny jsou určeny v řadě F pro lepená brusiva a v řadě P pro brusiva s povlakem a národní normy odrážejí stejné rozsahy velikostí.

Systém	Rozsah	Referenční standard	Typické použití
makrozrny řady F	F4 až F220	ISO 8486-1, GB/T 2481.1	Lepené kotouče, tryskání, žáruvzdorné zrno
Mikrozrny řady F	F230 až F1200	ISO 8486-2	Jemná konečná úprava, lapování, leštění
série P	P12 až P2500	ISO 6344	Natírané brusivo, papíry a pásy
Mikronový prášek	Sub-mikrometrové až desítky mikrometrů	Řízená laserová difrakce	Řez drátu, přesné lapování

Distribuce velikosti částic se ověřuje proséváním pro makrozrny a laserovou difrakcí pro mikrozrny a pro každou šarži se uvádí střední velikost částic nebo D50. Důležitý je také tvar částic: kvádrová, rovnoosá zrna se řežou rovnoměrněji než podlouhlá a tvarová konzistence je to, co udržuje účinnost řezání a kvalitu povrchu stabilní od jedné dodávky k druhé.

Typické chemické a fyzikální vlastnosti

Vlastnictví	Typická hodnota
Obsah karbidu křemíku	Minimálně 98,0 procenta
Volný uhlík	maximálně 0,30 procenta
Oxid železa	maximálně 0,60 procenta
Krystalová struktura	Hexagonální alfa karbid křemíku
Mohsova tvrdost	9.5
Knoopova tvrdost	Asi 2500 kilogramů na čtvereční milimetr
Specifická hmotnost	3,1 až 3,2 g/cm3
Objemová hmotnost	Přibližně 1,2 až 1,6 g/cm3 v závislosti na velikosti zrna
Tepelná stabilita	Zachovává tvrdost při zvýšené teplotě, disociuje nad asi 2700 stupňů Celsia

Obsah křemíku v zrnu určuje tvrdost produktu a obsah železa je udržován na nízké úrovni, protože železo se odstraňuje magnetickou separací a u nejjemnějších jakostí kyselým praním. Prášek je dodáván suchý a volně tekoucí, balený v sáčcích s ochranou proti vlhkosti-a zapečetěný, aby se zachovalo rozdělení podle klasifikace velikosti.

Drátové řezání křemíku a složených polovodičů

Jedním z největších použití jemného černého prášku z karbidu křemíku je řezání křehkého polovodičového materiálu. Drátové pily na kalové bázi přenášejí brusivo do řezu, kde zrno vykonává řeznou práci a drát jej pouze dopravuje. Proces se aplikuje na 3 až 12 palcový monokrystalický křemík, polysilikon, křemenný krystal a složený polovodičový materiál, jako je arsenid galia.

Účinnost řezání- tvrdší, dobře odstupňované zrno odstraňuje materiál rychleji a přitom udržuje opotřebení drátu v mezích.

Kvalita povrchuÚzká distribuce velikosti částic - snižuje podpovrchové poškození, což je důležité pro leštěné plátky, které následují.

Kontrola Kerf- konzistentní velikost a tvar zrna udržují šířku zářezu stabilní a chrání výtěžnost drahých monokrystalů.

Stabilita kejdy- řízená povrchová chemie udržuje brusivo suspendované a zabraňuje usazování v nádrži na kal.

Stejné druhy prášku slouží k lapování křemene, keramiky a safíru a broušení tvrdých slitin tam, kde by diamantové nástroje byly neekonomické.

Abrazivní, žáruvzdorné a metalurgické aplikace

Lepené a potažené brusivo- brusné kotouče, segmenty, pásy, papíry a kotouče na litinu,-neželezné kovy, kámen, sklo a keramiku.

Tryskání a příprava povrchu- hrubé tryskací médium pro odstraňování okují a leptání.

Žáruvzdorné materiály- nábytek do pece, žlaby, kelímky a-otěruvzdorné obložení, které musí odolat teplotním šokům.

Hutnictví- deoxidační činidlo a přísada do slitin při výrobě železa a oceli, často dodávané jako brikety.

Keramika a kompozity- materiál pro pece, keramické filtry a výztuhy pro kompozitní díly odolné proti opotřebení-.

Elektronika a fotovoltaika- povinnosti krájení a lapování plátků popsané výše.

Objednávání a kontrola kvality

Aby byla objednávka správně oceněna, potřebuje čtyři informace: označení zrna nebo mikronů, množství, konečné použití a požadovaná maximální velikost částic. Z toho dodavatel zafixuje jakost, vybere cestu klasifikace a potvrdí šarži laserovou difrakcí nebo sítovou analýzou. Rutinní kontroly zahrnují chemický test na karbid křemíku, volný uhlík a oxid železa, magnetickou separaci k odstranění kovové kontaminace, kontrolu vlhkosti před balením a retenční vzorek každé šarže. Standardní balení je 25 kilogramové vaky s bariérou proti vlhkosti-v jednotunových velkoobjemových pytlích nebo na paletách, které udržují jemné druhy suché a neporušené při dlouhé námořní přepravě.

Černý karbid křemíku je ekonomickým tahounem rodiny karbidu křemíku: nižší čistota než u surového materiálu, ale houževnatější, a proto je preferován všude tam, kde na odolné řezné hraně a velkém objemu záleží více než na nejjemnější možné povrchové úpravě.

Často kladené otázky

Otázka: Jaký je rozdíl mezi černým a zeleným karbidem křemíku?
Černý karbid křemíku má nižší obsah karbidu křemíku, obvykle 98 procent nebo více, a je houževnatější a méně drobivý, zatímco zelený karbid křemíku má vyšší čistotu a drobivější zrno, které se upřednostňuje pro přesné broušení tvrdých materiálů.

Otázka: Jak je zaručena velikost zrna?
Každá šarže je klasifikována do standardního rozsahu velikostí, poté ověřena sítovou analýzou pro makrozrny nebo laserovou difrakcí pro mikrozrny, přičemž střední velikost částic je uvedena v kontrolním záznamu.

Otázka: Proč na tvaru částic záleží více než na samotné velikosti?
Hranatá zrna řežou rovnoměrně a udržují předvídatelný zářez, zatímco prodloužená nebo šupinatá zrna způsobují nerovnoměrné řezání, vyšší opotřebení drátu a horší povrchovou úpravu.

Otázka: Je černý karbid křemíku vhodný pro krájení solárních plátků?
Ano. Jemné třídy se používají při drátovém řezání monokrystalického a polykrystalického křemíku, jakož i křemene a složených polovodičových krystalů.

Otázka: Jaké limity železa a volného uhlíku jsou typické?
Abrazivní materiál se běžně dodává s volným uhlíkem maximálně 0,30 procenta a oxidem železa maximálně 0,60 procenta, k dosažení těchto úrovní se používá magnetická separace a promývání kyselinou.

Otázka: Jak je prášek zabalen pro export?
Prášek se suší, uzavírá do sáčků s bariérou proti vlhkosti{0}} a balí se do 25 kilogramových jednotek na paletách nebo do velkoobjemových pytlů o hmotnosti jedné tuny, takže klasifikovaný rozsah velikostí zůstane nedotčen.