Čierny prášok z karbidu kremíka: Zrnitosť, vlastnosti a pílenie drôtom

Čo je čierny karbid kremíka a ako sa vyrába

Čierny karbid kremíka je syntetický abrazívny minerál vyrábaný tavením vsádzky kremenného piesku, ropného koksu a oxidu kremičitého v elektrickej odporovej peci. Pec dosahuje dostatočne vysokú teplotu na vytvorenie alfa kryštálov karbidu kremíka, ktoré sa potom drvia, melú, čistia a triedia. Čierna farba pochádza zo zvyškového voľného uhlíka a železa v kryštáli a odlišuje materiál od zelenšieho, vyššieho stupňa čistoty používaného na presné brúsenie.

Prášková forma sa vyrába mletím surového ingotu a triedením výsledného zrna na prísne kontrolované veľkosti častíc. Brúsne prášky sú produkty mikrónovej{1}}triedy: klasifikácia je prísna a nesmú sa objaviť príliš veľké častice, pretože jediné hrubé zrno môže poškriabať polovodičový plátok alebo poškriabať hotový povrch.

Triedy a klasifikácia zrnitosti

Brúsne prášky karbidu kremíka sú klasifikované skôr podľa uznávaných systémov veľkosti zŕn než podľa samotnej chémie. Makrogrity a mikrobrúsy sú určené v sérii F pre lepené brúsivá a v sérii P pre brúsivá s povlakom a národné normy odrážajú rovnaké rozsahy veľkostí.

Systém	Rozsah	Referenčný štandard	Typické použitie
makrozrná radu F	F4 až F220	ISO 8486-1, GB/T 2481.1	Lepené kotúče, tryskanie, žiaruvzdorné zrno
Mikrozrná radu F	F230 až F1200	ISO 8486-2	Jemná konečná úprava, lapovanie, leštenie
Séria P	P12 až P2500	ISO 6344	Natierané brúsivá, papiere a pásy
Mikronový prášok	Sub-mikrónové až desiatky mikrometrov	Riadená laserová difrakcia	Drôtové rezanie kalu, presné lapovanie

Distribúcia veľkosti častíc sa overí preosievaním pre makrozrny a laserovou difrakciou pre mikrozrny a pre každú dávku sa uvádza stredná veľkosť častíc alebo D50. Dôležitý je aj tvar častíc: blokové, rovnoosé zrná rezajú rovnomernejšie ako predĺžené a tvarová stálosť je to, čo udržuje účinnosť rezania a kvalitu povrchu stabilnú od jednej dodávky k druhej.

Typické chemické a fyzikálne vlastnosti

Nehnuteľnosť	Typická hodnota
Obsah karbidu kremíka	minimálne 98,0 percent
Voľný uhlík	maximálne 0,30 percenta
Oxid železa	maximálne 0,60 percenta
Kryštálová štruktúra	Šesťhranný alfa karbid kremíka
Tvrdosť podľa Mohsa	9.5
Knoopova tvrdosť	Približne 2500 kilogramov na štvorcový milimeter
Špecifická hmotnosť	3,1 až 3,2 g/cm3
Objemová hmotnosť	Približne 1,2 až 1,6 g/cm3 v závislosti od zrnitosti
Tepelná stabilita	Zachováva si tvrdosť pri zvýšenej teplote, disociuje nad asi 2700 stupňov Celzia

Obsah kremíka v zrne určuje tvrdosť produktu a obsah železa je udržiavaný na nízkej úrovni, pretože železo sa odstraňuje magnetickou separáciou a pri najjemnejších druhoch praním kyselinou. Prášok sa dodáva suchý a voľne tečúci, balený vo vreciach proti vlhkosti-a zapečatený, aby sa zachovalo rozdelenie podľa klasifikácie veľkosti.

Drôtové pílenie kremíka a kompozitných polovodičov

Jedným z najväčších použití jemného čierneho prášku z karbidu kremíka je rezanie krehkého polovodičového materiálu. Drôtové píly na báze kalu dopravia brusivo do rezu, kde zrno vykonáva reznú prácu a drôt ho iba prepravuje. Proces sa aplikuje na 3- až 12-palcový monokryštalický kremík, polysilikón, kryštál kremeňa a zložený polovodičový materiál, ako je arzenid gália.

Účinnosť rezania- tvrdšie, dobre odstupňované zrno odoberá materiál rýchlejšie a zároveň udržuje opotrebovanie drôtu v medziach.

Kvalita povrchu- úzka distribúcia veľkosti častíc znižuje podpovrchové poškodenie, čo je dôležité pre leštené plátky, ktoré nasledujú.

Kontrola Kerf- konzistentná veľkosť a tvar zrna udržujú šírku zárezu stabilnú, čím chráni výťažnosť drahých monokryštálov.

Stabilita kalu- riadená chémia povrchu udržuje brúsivo suspendované a zabraňuje usadzovaniu v nádrži na kal.

Rovnaké druhy práškov slúžia na lapovanie kremeňa, keramiky a zafíru a brúsenie tvrdých zliatin tam, kde by diamantové nástroje boli neekonomické.

Brúsne, žiaruvzdorné a metalurgické aplikácie

Lepené a natierané brúsivá- brúsne kotúče, segmenty, pásy, papiere a kotúče na liatinu,-neželezné kovy, kameň, sklo a keramiku.

Tryskanie a príprava povrchu- drsné otryskávacie médium na odstraňovanie okovín a leptanie.

Žiaruvzdorné materiály- nábytok do pece, vaky, tégliky a{1}}oteruvzdorné obklady, ktoré musia odolávať teplotným šokom.

Hutníctvo- deoxidačné činidlo a prísada do zliatin pri výrobe železa a ocele, často dodávané ako brikety.

Keramika a kompozity- materiál pre pece, keramické filtre a výstuže pre kompozitné diely-odolné voči opotrebovaniu.

Elektronika a fotovoltaika- povinnosti krájania a lapovania plátkov opísané vyššie.

Objednávanie a kontrola kvality

Objednávka potrebuje na správne nacenenie štyri informácie: označenie zrnitosti alebo mikrónov, množstvo, konečné použitie a požadovaná maximálna veľkosť častíc. Z toho dodávateľ zafixuje akosť, vyberie cestu klasifikácie a potvrdí šaržu laserovou difrakciou alebo sitovou analýzou. Rutinné kontroly zahŕňajú chemický test na karbid kremíka, voľný uhlík a oxidy železa, magnetickú separáciu na odstránenie kovovej kontaminácie, kontrolu vlhkosti pred balením a retenčnú vzorku každej šarže. Štandardným balením sú 25-kilogramové vrecia proti vlhkosti-v jednotonových vreciach alebo na paletách, ktoré udržujú jemné druhy suché a neporušené počas dlhej námornej prepravy.

Čierny karbid kremíka je ekonomickým ťahúňom rodiny karbidu kremíka: má nižšiu čistotu ako surový typ, ale je odolnejší, a preto sa uprednostňuje všade tam, kde na trvácnej reznej hrane a veľkom objeme záleží viac ako na najlepšej možnej povrchovej úprave.

Často kladené otázky

Otázka: Aký je rozdiel medzi čiernym a zeleným karbidom kremíka?
Čierny karbid kremíka má nižší obsah karbidu kremíka, zvyčajne 98 percent alebo viac, a je húževnatejší a menej drobivý, zatiaľ čo zelený karbid kremíka je zrno s vyššou čistotou, drobivejšie, uprednostňované na presné brúsenie tvrdých materiálov.

Otázka: Ako je zaručená veľkosť zrna?
Každá šarža sa klasifikuje podľa štandardného rozsahu veľkostí, potom sa overí sitovou analýzou pre makrozrny alebo laserovou difrakciou pre mikrozrná, pričom stredná veľkosť častíc je uvedená v zázname o kontrole.

Otázka: Prečo na tvare častíc záleží viac ako na samotnej veľkosti?
Hranaté zrná rezajú rovnomerne a držia predvídateľný zárez, zatiaľ čo predĺžené alebo vločkovité zrná spôsobujú nerovnomerné rezanie, vyššie opotrebenie drôtu a horšiu povrchovú úpravu.

Otázka: Je čierny karbid kremíka vhodný na krájanie solárnych plátkov?
áno. Jemné druhy sa používajú na rezanie monokryštalického a polykryštalického kremíka, ako aj kremeňa a zložených polovodičových kryštálov.

Otázka: Aké limity železa a voľného uhlíka sú typické?
Abrazívny materiál sa bežne dodáva s voľným uhlíkom maximálne 0,30 percenta a oxidom železa maximálne 0,60 percenta, pričom na dosiahnutie týchto úrovní sa používa magnetická separácia a premývanie kyselinou.

Otázka: Ako je prášok zabalený na vývoz?
Prášok sa suší, uzatvára sa do vreciek proti vlhkosti- a balí sa do 25 kilogramových jednotiek na paletách alebo do veľkoobjemových vriec s hmotnosťou jednej tony, takže klasifikovaný rozsah veľkostí zostane nedotknutý.