كربيد السيليكون الأسود للبوتقة

يُستخدم كربيد السيليكون (SiC) على نطاق واسع في تصنيع  البوتقات  نظرًا لخصائصه الحرارية والميكانيكية والكيميائية الاستثنائية. وتُعدّ بوتقات كربيد السيليكون ذات قيمة خاصة في التطبيقات عالية الحرارة، مثل  صهر المعادن، ونمو البلورات (مثل سبائك السيليكون)، والمعالجة الكيميائية . فيما يلي لمحة عامة مفصلة عن بوتقات كربيد السيليكون، بما في ذلك مزاياها وأنواعها وطرق تصنيعها وتطبيقاتها.

1. لماذا نستخدم كربيد السيليكون في البواتق؟

الخصائص الرئيسية لبوتقات SiC:

• موصلية حرارية عالية  (~120 واط/م·ك) – تضمن تسخينًا موحدًا ونقلًا فعالًا للحرارة.

• مقاومة ممتازة للصدمات الحرارية  – يمكنها تحمل التغيرات السريعة في درجات الحرارة دون التشقق.

• نقطة انصهار عالية  (~2700 درجة مئوية) – مناسبة للعمليات ذات درجات الحرارة القصوى.

• الخمول الكيميائي  – يقاوم التآكل الناتج عن المعادن المنصهرة (مثل الألومنيوم والنحاس والزنك) والبيئات الحمضية/القلوية.

• القوة الميكانيكية  – الصلابة (~9.5 موس) والصلابة تمنع التشوه تحت الحمل.

• عمر خدمة طويل  – أكثر متانة من بوتقات الجرافيت أو الطين والجرافيت في العديد من التطبيقات.

2. أنواع بوتقات SiC

(أ) بوتقات SiC المسحوقة (SSiC)

• يتم تصنيعها عن طريق  التلبيد بدون ضغط  أو  الضغط الساخن  لمسحوق SiC عالي النقاء.

• المزايا : كثافة عالية، قوة ميكانيكية فائقة، وموصلية حرارية ممتازة.

• التطبيقات : نمو بلورات أشباه الموصلات (على سبيل المثال، بلورات السيليكون المفردة)، ذوبان المعادن عالية النقاء.

(ب) بوتقات SiC المرتبطة بالتفاعل (RB-SiC)

• يتم إنتاجه عن طريق تسلل قالب كربون مسامي مع السيليكون المنصهر، لتشكيل SiC عن طريق التفاعل.

• المزايا : تكلفة أقل من SSiC، ومقاومة جيدة للصدمات الحرارية.

• العيوب : يحتوي على السيليكون الحر (~8-15%)، مما يقلل من المقاومة الكيميائية في بعض البيئات.

• التطبيقات : صهر المعادن غير الحديدية (مثل الألومنيوم والنحاس).

(ج) بوتقات SiC المرتبطة بالطين

• يتم تصنيعها عن طريق خلط حبيبات SiC مع المواد الرابطة الطينية ثم إطلاقها.

• المميزات : أرخص، وأسهل في التصنيع.

• العيوب : الموصلية الحرارية والقوة المنخفضة مقارنة بـ SiC النقي.

• التطبيقات : مصانع صهر المعادن غير الحديدية.

3. عملية تصنيع بوتقات SiC

1. تحضير المسحوق : يتم اختيار مسحوق SiC عالي النقاء (عادةً α-SiC للتلبيد).

2. تشكيل :

   • الضغط المتساوي القياس  (لـ SSiC) أو  الصب الانزلاقي  (لـ RB-SiC).

   • بالنسبة للأواني المرتبطة بالطين، يتم استخدام الضغط التقليدي أو البثق.

3. التلبيد/الترابط التفاعلي :

   • SSiC : تم تلبيده عند درجة حرارة حوالي 2000 درجة مئوية في جو خامد.

   • RB-SiC : يتم تسخينه إلى حوالي 1600 درجة مئوية عند ملامسته للسيليكون.

4. التصنيع والتشطيب : الطحن وفقًا للأبعاد الدقيقة.

5. مراقبة الجودة : اختبار الكثافة والمسامية ومقاومة الصدمات الحرارية.

4. تطبيقات بوتقات SiC

5. المقارنة مع مواد البوتقة الأخرى

→ يتم تفضيل SiC عندما تكون مقاومة الصدمات الحرارية العالية والمتانة أمرًا بالغ الأهمية.