सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) उत्पादन प्रक्रियेचा सारांश

सिलिकॉन कार्बाइडप्राथमिक कच्चा माल म्हणून क्वार्ट्ज आणि पेट्रोलियम कोक वापरून ऍब्रेसिव्ह तयार केले जातात. तयारीच्या टप्प्यात, फर्नेस चार्जमध्ये रासायनिक रीतीने प्रमाणबद्ध होण्यापूर्वी या सामग्रीवर इच्छित कण आकार मिळविण्यासाठी यांत्रिक प्रक्रिया केली जाते.फर्नेस चार्जच्या पारगम्यतेचे नियमन करण्यासाठी, मिश्रण करताना योग्य प्रमाणात भूसा जोडला जातो. ग्रीन सिलिकॉन कार्बाइडच्या उत्पादनासाठी, फर्नेस चार्जमध्ये विशिष्ट प्रमाणात मीठ देखील समाविष्ट केले जाते.

फर्नेस चार्ज बॅच-प्रकार रेझिस्टन्स फर्नेसमध्ये लोड केला जातो, ज्यामध्ये मध्यभागी स्थित ग्रेफाइट इलेक्ट्रोडसह दोन्ही टोकांना शेवटच्या भिंती असतात. फर्नेस कोअर बॉडी दोन इलेक्ट्रोड्सना जोडते, रिऍक्टिव फर्नेस चार्ज मटेरियलने वेढलेले असते, तर इन्सुलेट मटेरियल बाहेरील परिमितीला वेढलेले असते. ऑपरेशन दरम्यान, इलेक्ट्रिकल पॉवर फर्नेस कोरला 2600-2700 डिग्री सेल्सियस तापमानात गरम करते. कोर पृष्ठभागावरून चार्ज मटेरियलमध्ये उष्णता हस्तांतरण होते, जे 1450°C पेक्षा जास्त झाल्यावर, कार्बन मोनोऑक्साइड सोडताना सिलिकॉन कार्बाइड तयार करण्यासाठी रासायनिक अभिक्रिया करतात.

प्रक्रिया चालू असताना, उच्च-तापमान क्षेत्राचा विस्तार होतो, हळूहळू अधिक सिलिकॉन कार्बाइड क्रिस्टल्स तयार होतात. हे क्रिस्टल्स बाष्पीभवन करतात, स्थलांतर करतात आणि भट्टीत वाढतात, शेवटी एक दंडगोलाकार क्रिस्टलाइज्ड वस्तुमानात एकत्र होतात. या वस्तुमानाच्या आतील भिंती 2600°C पेक्षा जास्त तापमान अनुभवतात, ज्यामुळे सिलिकॉनचे विघटन होते, जे नंतर कार्बनशी पुन्हा संयोग होऊन नवीन सिलिकॉन कार्बाइड तयार करते.

इलेक्ट्रिकल पॉवर वितरण तीन ऑपरेशनल टप्प्यांमध्ये बदलते:

1.प्रारंभिक टप्पा: मुख्यतः भट्टी चार्ज गरम करण्यासाठी वापरला जातो

2.मध्यम टप्पा: सिलिकॉन कार्बाइड निर्मितीसाठी वाढलेले प्रमाण

3.अंतिम टप्पा: थर्मल तोट्याचे वर्चस्व

वर्कफ्लो समन्वय सुलभ करण्यासाठी मोठ्या प्रमाणात भट्टीसाठी साधारण ऑपरेशन कालावधी सुमारे 24 तासांसह, थर्मल कार्यक्षमता वाढवण्यासाठी इष्टतम पॉवर-टाइम संबंध विकसित केले जातात.

ऑपरेशन दरम्यान, दुय्यम प्रतिक्रियांमध्ये विविध अशुद्धता आणि क्षारांचा समावेश होतो, ज्यामुळे सामग्रीचे विस्थापन आणि खंड कमी होतो. उत्पादित कार्बन मोनोऑक्साइड वातावरणातील प्रदूषक म्हणून बाहेर पडतो. पॉवर शटडाऊननंतर, थर्मल जडत्वामुळे अवशिष्ट प्रतिक्रिया 3-4 तास टिकून राहते, जरी लक्षणीयरीत्या कमी तीव्रतेवर. पृष्ठभागाचे तापमान कमी होत असताना, कार्बन मोनोऑक्साइडचे अपूर्ण ज्वलन अधिक स्पष्ट होते, सतत व्यावसायिक सुरक्षा उपायांची आवश्यकता असते.

भट्टीनंतरची सामग्री बाहेरील ते आतील थरांमध्ये खालील घटक असतात:

(१) ‘अप्रतिक्रिया न केलेले शुल्क साहित्य’

चार्जचे काही भाग जे स्मेल्टिंग दरम्यान प्रतिक्रिया तापमानापर्यंत पोहोचू शकत नाहीत ते निष्क्रिय राहतात, पूर्णपणे इन्सुलेशन म्हणून काम करतात. या झोनला इन्सुलेशन बँड म्हणतात. रचना आणि वापराच्या पद्धती प्रतिक्रिया क्षेत्रापेक्षा लक्षणीय भिन्न आहेत. काही प्रक्रियांमध्ये फर्नेस लोडिंग दरम्यान विशिष्ट इन्सुलेशन बँड भागात ताजे चार्ज लोड करणे समाविष्ट असते, जे स्मेल्टिंगनंतर पुनर्प्राप्त केले जाते आणि कॅलक्लाइंड सामग्री म्हणून प्रतिक्रिया चार्जमध्ये मिसळले जाते. वैकल्पिकरित्या, अप्रतिक्रिया न केलेल्या इन्सुलेशन बँड सामग्रीवर कोक आणि भूसा टाकून पुनर्जन्म उपचार केले जाऊ शकतात आणि थकलेले शुल्क म्हणून पुनर्वापर करू शकतात.

(२) ‘ऑक्सिडाइज्ड सिलिकॉन कार्बाइड लेयर’

या अर्ध-प्रतिक्रिया केलेल्या थरामध्ये प्रामुख्याने प्रतिक्रिया न केलेला कार्बन आणि सिलिका (20-50% आधीच SiC मध्ये रूपांतरित) समाविष्ट आहे. या घटकांचे बदललेले मॉर्फोलॉजी त्यांना थकलेल्या चार्जपासून वेगळे करते. सिलिका-कार्बन मिश्रण सैल संयोगाने आकारहीन राखाडी-पिवळे एकत्रित बनवते, दाबाखाली सहजपणे पल्व्हराइज करते- थकलेल्या चार्जच्या विपरीत जेथे सिलिका मूळ ग्रॅन्युलॅरिटी टिकवून ठेवते.

(३) ‘बॉन्डिंग लेयर’

ऑक्सिडाइज्ड लेयर आणि अमोर्फस झोनमधील कॉम्पॅक्ट ट्रान्सिशनल झोन, ज्यामध्ये 5-10% मेटल ऑक्साईड असतात (Fe, Al, Ca, Mg). फेज कंपोझिशनमध्ये प्रतिक्रिया न केलेले सिलिका/कार्बन (40-60% SiC) आणि सिलिकेट संयुगे समाविष्ट आहेत. विशेषत: काळ्या SiC फर्नेसमध्ये अशुद्धता मुबलक प्रमाणात असल्याशिवाय समीप स्तरांपासून वेगळे करणे आव्हानात्मक होते.

(4) ‘अनाकार क्षेत्र’

अवशिष्ट कार्बन/सिलिका (2-5% मेटल ऑक्साईड) सह प्रामुख्याने घन β-SiC (70-90% SiC). नाजूक सामग्री सहजपणे पावडर बनते. काळ्या SiC फर्नेसेसमध्ये काळे आकारहीन झोन मिळतात, तर हिरव्या SiC फर्नेसेस पिवळसर-हिरव्या प्रकारांची निर्मिती करतात-कधीकधी रंग ग्रेडियंटसह. खडबडीत सिलिका कण किंवा कमी-कार्बन कोक सच्छिद्र संरचना तयार करू शकतात.

(५) ‘दुय्यम दर्जा SiC’

α-SiC स्फटिकांचा समावेश (90-95% शुद्धता) अपघर्षक वापरासाठी खूपच नाजूक. आकारहीन β-SiC (पावडर, कंटाळवाणा) पेक्षा वेगळे, दुय्यम दर्जाचे षटकोनी क्रिस्टल जाळी आरशासारखी चमक दाखवते. दुय्यम आणि प्राथमिक श्रेणींमधील विभागणी पूर्णपणे कार्यात्मक आहे, जरी पूर्वीची सच्छिद्र संरचना टिकवून ठेवू शकते.

(6) ‘प्राथमिक-ग्रेड SiC क्रिस्टल्स’

भट्टीचे मुख्य उत्पादन: प्रचंड α-SiC क्रिस्टल्स (>96% शुद्धता, 50-450 मिमी जाडी). हे घट्ट बांधलेले ब्लॉक्स काळे किंवा हिरवे दिसतात, ज्याची जाडी भट्टीची शक्ती आणि स्थानानुसार बदलते.

(७) ‘ग्रेफाइट फर्नेस कोर’

क्रिस्टलीय सिलेंडरला लागून, विघटित SiC मूळ क्रिस्टल संरचनांच्या ग्रेफाइट प्रतिकृती बनवते. आतील कोरमध्ये थर्मल सायकलिंगनंतर वर्धित ग्राफिटायझेशनसह प्री-लोड केलेले ग्रेफाइट असते. दोन्ही ग्रेफाइट प्रकार पुढील भट्टी बॅचसाठी मुख्य सामग्री म्हणून पुनर्नवीनीकरण केले जातात.