Когда слышишь про ковалентную связь в карбиде кремния, сразу представляешь идеальные кристаллы — но в цехе АО Ланьчжоу Хуая Карбид Кремния знаешь: даже при температуре 2200°C материал живёт своей жизнью. Заметил, что многие поставщики называют любые чёрные кристаллы 'высокосвязанными', хотя там сплошные примеси алюминия и кислородные прослойки. Наш технолог как-то раз сказал: 'Если на изломе зёрна не дают металлический блеск — это брак, а не ковалентность'.
В 2018 году мы в АО Ланьчжоу Хуая Карбид Кремния получили партию с аномальной хрупкостью — казалось, соблюдены все ГОСТы по химическому составу. Разбирались три недели: оказалось, в печи №4 датчики температуры 'врали' на 70°C, и вместо формирования равномерных sp3-гибридных орбиталей шло образование аморфных фаз. Пришлось полностью менять систему термопар, но это дало неожиданный бонус — научились контролировать градиент нагрева по высоте тигля.
Сейчас на сайте https://www.lzhy.ru мы честно пишем про диапазон 2,5–3,2 г/см3 для плотности связанных зёрен, хотя конкуренты округляют до 'не менее 3,0'. В промышленной абразивке это критично — при прессовании кругов разница в 0,15 г/см3 даёт либо брак по прочности, либо перерасход связки. Как-то пришлось перерабатывать 12 тонн готовой продукции из-за такого 'округления'.
Кстати, про карбид кремния с ковалентной связью часто забывают, что его электрофизические свойства зависят от ориентации кристаллографических плоскостей. В прошлом месяце корейские партнёры вернули партию 4H-SiC — жаловались на пробой при 18 кВ/мм вместо заявленных 22. При микроскопии увидели: в 30% кристаллов ориентация [0001] отклонялась на 8–12 градусов. Теперь вводим дополнительную калибровку перед резкой слитков.
Наше производство в АО Ланьчжоу Хуая Карбид Кремния начиналось с печей Ачесона — дешёво, но для карбида кремния с гарантированной ковалентностью не годится. Перешли на систему Lely с индукционным нагревом, хотя себестоимость выросла на 40%. Зато смогли выйти на рынок полупроводниковых подложек — сейчас именно такие партии идут на https://www.lzhy.ru в раздел 'Премиум-класс'.
Самое сложное — выдержать чистоту кварцита. В 2021 году пришлось расторгнуть контракт с казахстанским поставщиком: в его сырье было 0,3% кальцита, что давало вспенивание расплава и включения оксида кальция в кристаллическую решётку. Пришлось экстренно закупать кварцит из Украины по двойной цене — но спасло репутацию.
Интересный случай: при отжиге в аргоне иногда появляются микродефекты из-за остаточного азота. Сначала грешили на негерметичность камеры, пока лаборантка не заметила корреляцию с влажностью на улице. Оказалось, адсорбционный осушитель газа работал с перебоями при +30°C — пришлось ставить дополнительный чиллер.
Самый ценный наш 'калибратор' — старый советский микроскоп МИС-11, который показывает распределение фаз лучше любого импортного SEM. На нём ещё в 2004 году, когда создавалось АО Ланьчжоу Хуая Карбид Кремния, научились визуально определять степень ковалентности по интерференционным картинам. Новые инженеры сначала смеются, пока не видят результаты — этот метод до сих пор помогает отбраковывать 15% сырья перед отправкой на дорогостоящий рентгеноструктурный анализ.
А вот японскую установку для CVD-покрытий пришлось дорабатывать полгода — их стандартные режимы не учитывали особенностей нашего сырья. При температуре 1280°C наш карбид кремния давал аномальную скорость эпитаксиального роста, пришлось разрабатывать собственный температурный профиль с плато на 1150°C.
В 2019 году отгрузили партию с нестандартным размером зёрен 80–100 мкм (вместо 50–70 по ТУ) для одного завода бронекерамики. Оказалось, такой разброс даёт лучшее переплетение зёрен в матрице — теперь это наша отдельная линейка 'Армосиг'. Иногда стоит отступать от стандартов, если понимаешь физику процесса.
А вот с ферросилицием получилась осечка — пытались использовать отходы производства карбида кремния с ковалентной связью для упрочнения сплава. Вышла хрупкая структура с включениями карбидов неправильной формы. Пришлось признать: даже высококачественные отходы не всегда подходят для смежных продуктов.
Сейчас экспериментируем с легированием азотом — для электротехнических применений. Но столкнулись с проблемой: при концентрации выше 101? см?3 начинает доминировать n-тип проводимости, хотя нужен компенсированный материал. Пока остановились на 5×101? см?3 — не идеально, но стабильно.
Никто не рассказывает про утилизацию пыли после дробилки — а это до 8% от массы слитка. Мы в АО Ланьчжоу Хуая Карбид Кремния годами не могли найти применение, пока не попробовали добавлять в огнеупорные смеси. Теперь этот 'отсев' идёт на производство тормозных колодок для грузовиков — не самый технологичный продукт, но даёт дополнительную прибыль.
Ещё нюанс: при транспортировке морским путём карбид кремния абсорбирует пары солей. Однажды вся партия для фотоники пришла с повышенным содержанием хлора — теперь упаковываем в тройные мешки с азотной продувкой. Таких мелочей нет в учебниках, но они решают всё.
На https://www.lzhy.ru мы сознательно не указываем 'сверхвысокую' чистоту — после того как в 2017 году провалили контракт на поставку для космической отрасли. Обещали 99,9995%, а стабильно давали 99,998%. Лучше честно указывать реальные параметры, чем терять клиентов.
Сейчас наблюдаем странный тренд: многие переходят на китайский карбид кремния из-за цены, но через полгода возвращаются — их технологи не могут стабилизировать процессы из-за колебаний качества. Наше преимущество АО Ланьчжоу Хуая Карбид Кремния — в предсказуемости параметров от партии к партии, даже если где-то проигрываем в цене.
Думаем над гибридными материалами — например, спеканием карбида кремния с нитридом алюминия. Пока получается нестабильно, но если удастся преодолеть проблему термического расширения — будет прорывной продукт. Как говорится, ковалентная связь требует ковалентного же терпения.
