Когда говорят ?производитель ведущего карбида кремния 4?, многие сразу представляют лаборатории с идеальными кристаллами. На деле же 80% проблем начинаются с шихты – тот, кто контролирует сырьё, контролирует и финальные свойства продукта. В АО Ланьчжоу Хуая Карбид Кремния это осознали ещё в 2004-м, когда начинали с рудных партий из Монголии. Сейчас их сайт lzhy.ru скромно указывает на производство шихты, но именно эта ?скучная? специфика определяет, будет ли карбид держать температуру в печах металлургов или рассыплется при первом термическом ударе.
Раньше мы считали, что главное – добиться чистоты SiC 98.5%. Пока в 2012-м китайский завод не прислал партию с идеальными цифрами, но с абразивностью как у песка. Оказалось, они экономили на обогащении кварцита. После этого мы в Ланьчжоу Хуая стали тестировать не только химический состав, но и микротвёрдость каждой партии кокса – даже если заказчик не требует.
Кстати, про ?ведущий карбид кремния 4?. Цифра тут – не сортность, а скорее условный код технологии. Четвёрка означает спекание при 2400°C с контролем атмосферы, но у японцев, например, своя нумерация. Путаница возникает, когда менеджеры по закупкам гонятся за маркировкой, не понимая, что для литья алюминия подойдёт и ?тройка?, а для полупроводников – только модифицированная ?четвёрка? с легированием азотом.
Однажды пришлось перерабатывать 20 тонн готового продукта из-за серы в коксе – металлурги жаловались на трещины в отливках. Теперь вводим прокалку кокса в два этапа, хотя это удорожает процесс на 7%. Но дешевле, чем терять контракты.
Если на lzhy.ru упоминают шихту кроме угля – это не просто формальность. Уголь даёт зольность, которую потом не выведешь. Мы используем кокс нефтяной, но его надо дробить до фракции 3-5 мм, иначе в печах образуются пустоты. Мелкая фракция – тоже плохо: спекается в комки.
Ферросилиций в шихте многие недооценивают. Добавляют ?на глазок?, а потом удивляются, почему карбид неравномерно проводит ток. Мы вывели эмпирическую формулу: на тонну кварцита – 47 кг ферросилиция марки ФС75, но только если содержание алюминия в нём не превышает 0.3%. Превышение – и термостойкость падает на 15%.
Минеральную продукцию (кроме лицензируемой) мы берём только с Урала – там кварциты с естественным содержанием железа до 0.8%. Сибирские хоть и дешевле, но дают примеси титана, которые потом аукаются в электронике.
В 2016-м пробовали снизить температуру обжига до 2200°C – думали, сэкономим на электродах. Получили рыхлый карбид, который при транспортировке превращался в пыль. Вернулись к 2400°C, но изменили график нагрева: теперь 800°C выдерживаем 4 часа для дегазации – это снижает пористость.
Электроды – отдельная головная боль. Используем самоспекающиеся, но если пересушить – появляются трещины. Один раз испортили печь из-за влажности электродов в 8% (норма – 2.5%). Пришлось останавливать производство на трое суток.
Сейчас внедряем систему рекуперации тепла от печей – для подогрева сырья. Экономия пока 3%, но для масштабов Ланьчжоу Хуая это тысячи долларов в месяц. Правда, пришлось переделывать газоотводы – конденсат забивал трубы.
ГОСТы устарели – они не учитывают скорость охлаждения. Если карбид остывает быстрее 50°C/час, возникают внутренние напряжения. Мы разработали свой метод: погружаем образец в жидкий азот и смотрим на трещины под микроскопом. Если сетка трещин радиальная – партия бракуется.
Для проверки абразивности используем стальные шарики – прокатываем 100 кг карбида в барабане и замеряем износ шариков. Норму установили опытным путём: 0.8 г/тонна. Выше – значит, в структуре есть острые кристаллы, которые повредят шлифовальные круги.
Самое сложное – проверить термостойкость для сталелитейных предприятий. Стандартный тест – 10 циклов нагрев/охлаждение. Но мы добавили имитацию попадания расплава металла – брызгаем сталью на образец и смотрим на эрозию. После этого теста потеряли двух клиентов, зато оставшиеся платят на 20% дороже.
Карбид кремния 4 гигроскопичен – это знают все. Но мало кто учитывает, что при перевозке в контейнерах возникает статическое электричество. Однажды в Новосибирске разгрузили вагон, где мелкие фракции слиплись в комья из-за статики. Теперь заземляем все ёмкости перед погрузкой.
Морские перевозки – отдельный кошмар. В 2019-м партия в Турцию пришла с влажностью 4% вместо допустимых 0.5%. Оказалось, конденсат скапливался под крышкой контейнера. Теперь используем мешки с силикагелем – не по стандарту, но работает.
Для минеральной продукции (кроме лицензируемой) вообще свой стандарт упаковки – двойной полипропиленовый мешок, хотя обычно хватает одного. Но уральские кварциты абразивнее, быстро протирают тару.
Сейчас все гонятся за наноразмерным карбидом для композитов. Но наш опыт показывает: частицы менее 5 микрон слипаются при хранении. Пытались добавлять диспергаторы – помогает, но дорого. Возможно, стоит ориентироваться на фракцию 10-15 мкм – для большинства применений хватает.
Интересно, что ферросилиций снова входит в моду – но уже как модификатор для карбидных покрытий. Экспериментируем с добавкой 0.5% в шихту – пока результаты противоречивые.
На lzhy.ru скромно умалчивают, но мы уже тестируем карбид для солнечных панелей – нужна особая чистота по бору. Если получится, это будет новый рынок. Пока же основной доход – от металлургов и производителей абразивов. И здесь важно не гнаться за модными терминами, а делать стабильный продукт – тот самый производитель ведущего карбида кремния 4, который не подводит при критических температурах.
