Когда говорят про высокое качество карбида кремния, часто представляют лабораторные условия и идеальные параметры. Но в реальности всё начинается с шихты – и здесь большинство новичков ошибаются, думая, что можно взять любой кварцит. Помню, как на одном из подмосковных производств пытались экономить на сырье, используя низкосортный материал... В итоге партия SiC пошла с трещинами ещё до отжига. Вот почему я всегда обращаю внимание на производителей, которые контролируют цепочку от добычи до упаковки – например, как АО Ланьчжоу Хуая Карбид Кремния, где с 2004 года отработали схему подготовки шихты.
Если брать усреднённые данные по рынку, то до 40% брака связано именно с нестабильностью шихты. Причём проблема не всегда в химическом составе – бывает, фракционный состав нарушен, и в печи Ачесона идёт неравномерный прогрев. Мы в 2018 году столкнулись с таким на экспериментальной линии: казалось бы, все ГОСТы соблюдены, а кристаллы растут с дефектами. Пришлось отдельно дробить крупную фракцию и добавлять связующие.
Кокс – отдельная история. Некоторые думают, что можно брать любой каменноугольный, но для чёрного карбида кремния нужен именно нефтяной кокс с низкой зольностью. В АО Ланьчжоу Хуая это поняли ещё в начале 2000-х – видно по тому, как у них построен входной контроль. Хотя признаюсь, поначалу скептически относился к их методу отжига... Пока не увидел результаты тестов на абразивную стойкость.
С ферросилицием вообще интересно вышло – его часто недооценивают как побочный продукт, а ведь именно от его своевременного отделения зависит чистота конечного SiC. Помню, как на старом заводе в Челябинске пытались использовать непереработанный ферросилиций для литья – получили вспенивание металла. Теперь всегда смотрю, есть ли у производителя отдельная линия для его обработки.
В теории всё просто: загружаем шихту, подаём ток, ждём 30 часов. На практике же каждый производитель держит свои секреты по расположению графитовых электродов и системе охлаждения. У китайских коллег из АО Ланьчжоу Хуая Карбид Кремния я подсмотрел интересное решение – они используют керамические вставки в зоне термического градиента, что снижает риск образования пор. Не идеально, конечно, но для массового производства работает.
С отжигом тоже не всё однозначно. Стандартная температура 2400°C подходит далеко не для всех марок – для электротехнического карбида кремния нужен более плавный нагрев. Мы как-то пробовали ускорить процесс... Результат – повышенное содержание свободного кремния до 1.8%. Пришлось перерабатывать всю партию для металлургии.
А ведь есть ещё проблема с кислородными включениями! Особенно при производстве зелёного карбида кремния. Некоторые производители пытаются бороться с этим вакуумированием, но это удорожает процесс на 20-25%. В https://www.lzhy.ru я заметил, что они используют комбинированную систему инертной атмосферы – не самое дешёвое решение, но эффективное для крупных партий.
До сих пор встречаю производства, где основной метод контроля – 'посмотреть на цвет и постучать молотком'. Это работает разве что для низших сортов металлургического назначения. Для абразивных и тем более электронных марок нужен как минимум рентгенофлуоресцентный анализ. В АО Ланьчжоу Хуая Карбид Кремния, судя по описанию процессов, используют ещё и электронную микроскопию для проверки структуры кристаллов – редкость для российского рынка.
Запомнился случай, когда мы принимали партию карбида кремния для производства нагревателей... Внешне всё идеально, химический состав в норме, а при термоциклировании трескаются. Оказалось – микротрещины от слишком быстрого охлаждения. Теперь всегда запрашиваю протоколы термостатирования.
С зерновым составом отдельная головная боль – особенно для наждачной бумаги. Казалось бы, просеивай и всё. Но если фракция содержит более 15% игольчатых зёрен – абразив будет рвать материал. Видел, как на https://www.lzhy.ru решают эту проблему многоуровневой сепарацией... Хотя признаю, их метод не всегда подходит для мелких фракций ниже F240.
Многие заказчики ошибочно считают, что высокое качество карбида кремния всегда должно сопровождаться премиальной ценой. Но на самом деле часто переплачивают за ненужные характеристики. Например, для огнеупорных смесей не нужна чистота 99,5% – достаточно 98,2%, но с определённым гранулометрическим составом.
Помню, как один завод платил на 40% больше за 'элитный' карбид кремния для литейных форм... А потом выяснилось, что проблема была не в материале, а в технологии трамбовки. Иногда стоит сначала провести технологический аудит, а уже потом гнаться за дорогим сырьём.
В АО Ланьчжоу Хуая Карбид Кремния, кажется, это поняли – у них есть разные линейки продукции под конкретные применения. Хотя их сайт https://www.lzhy.ru не всегда отражает все нюансы... Надо бы им посоветовать добавить больше технических кейсов.
Сейчас много говорят про нанопорошки карбида кремния для композитов... Но на практике для 80% применений это пока экономически неоправданно. Гораздо важнее совершенствовать существующие технологии – например, снижать энергозатраты на синтез. Тот же АО Ланьчжоу Хуая экспериментирует с рекуперацией тепла от печей – перспективно, но пока сложно масштабировать.
Ещё одно направление – модифицированные покрытия для карбидокремниевых зёрен. Пробовали разные составы... Никелевые работают, но дороги, медные нестабильны. Возможно, стоит посмотреть в сторону композитных покрытий – но это уже для специализированных применений.
В целом же, высокое качество карбида кремния – это не про соответствие одному стандарту, а про понимание технологии применения. Как показывает практика АО Ланьчжоу Хуая Карбид Кремния, успешные производители не просто делают материал по ТУ, а помогают клиентам подобрать оптимальное решение под конкретную задачу. Хотя в их случае ещё есть куда расти – особенно в части кастомизации партий под нестандартные требования.
