Когда говорят про производителей высококачественного карбида кремния, многие сразу представляют лаборатории с идеальными монокристаллами. На деле же 80% проблем начинаются на этапе шихты – тут и кроется разница между условным 'техническим' и тем самым высококачественным карбидом кремния. Помню, как в 2012-м мы полгода не могли выйти на стабильные показатели по содержанию свободного углерода, пока не пересмотрели пропорции кокса и кварцита в шихтовке. Именно такие нюансы и определяют, кто останется на рынке ещё лет десять, а кто свернёт производство после первой же партии с дефектными зёрнами.
До сих пор встречаю заблуждение, что можно взять любой кокс и кварцевый песок – авось прореагирует. На самом деле даже 0.3% примесей алюминия в кварците дают потом жёлтые пятна в кристаллах. Мы в своё время закупали сырьё с трёх карьеров, пока не остановились на кварцитах из Карелии – там стабильнее границы зёрен. Кстати, про производителей высококачественного карбида кремния – те, кто реально держит марку, всегда держат пробы с каждой партии сырья лет пять назад. Это не паранойя, а необходимость: когда в прошлом году у нас внезапно поплыла плотность, за неделю нашли проблему – поставщик сменил карьер добычи, не предупредив.
С коксом отдельная история. Металлургический не подходит категорически – слишком высокая зольность. Использовали нефтяной кокс, но тут важно следить за содержанием серы. Как-то раз получили партию с превышением – пришлось перерабатывать всю шихту, добавлять больше кварцита. Экономически невыгодно, но дешевле, чем потом выбраковывать готовую продукцию. Кстати, у АО Ланьчжоу Хуая Карбид Кремния в описании деятельности прямо указано про шихту – значит, понимают важность контроля на этом этапе.
Сейчас многие пытаются автоматизировать шихтовку, но полностью доверять автоматике нельзя. До сих пор визуально проверяю цвет пламени в печи – если появляются жёлтые язычки, значит, где-то в шихте есть примеси натрия. Технология производства карбида кремния за сто лет принципиально не изменилась, просто печи стали больше и КПД повыше.
Самое сложное – поймать момент завершения реакции. Если остановить раньше – получится много несвязанного кремния, если передержать – начинается разложение карбида. У нас был случай, когда новый мастер решил 'дожать' печь ещё на два часа – в итоге треть продукции пошла в переплавку. Кстати, для высококачественного карбида кремния критично поддерживать температурный градиент по всей длине печи. Разница даже в 50 градусов между зонами даёт разброс по размеру зёрен до 20%.
Электроды – отдельная головная боль. Графитированные подходят лучше, но дороже. Пробовали комбинировать – результат нестабильный. Сейчас используем только графитированные, хотя себестоимость растёт. Но для производителей высококачественного карбида кремния это оправдано – меньше примесей переходит в массу.
Охлаждение – тот этап, которому часто не уделяют внимания. А зря – если охлаждать слишком быстро, в кристаллах появляются микротрещины. Идеальный вариант – естественное охлаждение в течение 36-48 часов. Но производственные планы редко это позволяют, поэтому ищем компромиссы. Кстати, на сайте lzhy.ru есть фото готовой продукции – по цвету видно, что охлаждение проводят правильно, равномерное серо-зелёное свечение.
После печи получаем блоки, которые надо дробить и сортировать. Вот тут многие экономят на оборудовании – ставят обычные дробилки, а потом удивляются высокому проценту мелочи. Мы перешли на гидравлические дробилки – да, дороже, но выход фракции 0-1 мм снизился с 15% до 7%. Для производителей высококачественного карбида кремния это прямые деньги, а не расходы.
Химическая очистка – обязательно или нет? Зависит от применения. Для абразивов можно пропустить, но для электроники – обязательно. Используем плавиковую кислоту с последующей промывкой. Важно контролировать температуру раствора – если выше 60°C, начинается поверхностное окисление. Как-то недосмотрели – вся партия пошла на абразивы вместо запланированного использования в полупроводниках.
Магнитная сепарация – казалось бы, простая операция. Но интенсивность поля нужно подбирать под каждую фракцию. Для мелких зёрен 240-320 слишком сильное поле вытягивает и нормальные зёрна. Приходится делать несколько проходов с разными настройками. Кстати, у АО Ланьчжоу Хуая Карбид Кремния в ассортименте есть ферросилиций – значит, понимают важность контроля металлических примесей.
Лаборатория должна быть независимой от производства. У нас был период, когда лаборанты подчинялись начальнику цеха – и о чудо, брак упал до 0.5%. Пока случайная проверка не выявила, что стандартные образцы 'теряются' при анализе. Теперь лаборатория в отдельном здании, с своим начальником.
Микроскопия – основа основ. Недостаточно смотреть на размер зёрен, важно оценивать форму. Округлые зёрна дают другой износ, чем угловатые. Для шлифовальных кругов это критично. Кстати, для высококачественного карбида кремния содержание угловатых зёрен не должно превышать 12-15% в зависимости от фракции.
Химический анализ – делаем не только на основные компоненты, но и на следовые элементы. Особенно важен кальций – если больше 0.01%, при высокотемпературном применении начинается преждевременное окисление. Как-то пропустили партию с повышенным кальцием – клиент вернул всю поставку, пришлось компенсировать убытки.
Сейчас многие производители карбида кремния переориентируются на зелёные технологии – солнечная энергетика, электромобили. Но тут требования к качеству на порядок выше. Для фотоэлектрики нужен карбид с содержанием SiC не менее 99.95% – достижимо, но дорого.
Китайские производители активно теснят всех на рынке абразивов. Но в сегменте высококачественного карбида кремния пока проигрывают по стабильности параметров. Брали их образцы – партия к партии разброс по плотности до 0.1 г/см3. Для точных шлифовальных операций это неприемлемо.
Интересно, что АО Ланьчжоу Хуая Карбид Кремния работает с 2004 года – значит, пережили несколько кризисов в отрасли. Это о чём-то говорит. Обычно те, кто старше 10 лет в этом бизнесе, понимают толк в качестве. На их сайте https://www.lzhy.ru видно, что ориентируются не только на внутренний рынок – значит, продукция конкурентоспособна.
Лично я считаю, что будущее за специализированными производителями. Универсальные заводы, выпускающие и технический, и электронный карбид, редко достигают стабильного качества в премиум-сегменте. Слишком разные технологии, требования, контроль. Лучше делать одно, но хорошо – как в случае с профильными производителями высококачественного карбида кремния.
