실리콘 카바이드 (SiC) 세라믹열, 기계 및 화학적 특성이 뛰어나다는 점에서 널리 알려져 있습니다. 열 확장이 낮고, 열 전도성이 높고, 단단하고, 강한 열 안정성,그리고 탁월한 연식 저항, SiC 세라믹은 반도체 제조, 항공우주, 에너지, 기계 밀폐, 고온 가공 및 기타 까다로운 산업에서 중요한 엔지니어링 재료가되었습니다.
그러나 한 가지 도전은 항상 실리콘 카바이드 세라믹의 가공을 제한했습니다.
SiC는 전통적인 합금으로 완전히 밀집하기가 매우 어렵습니다.
이것은 주로 실리콘 카바이드의 강한 공동 결합과 상대적으로 낮은 원자 확산율에 의해 발생합니다.
이 한계를 극복하기 위해 다음과 같은 여러 SiC 합금 기술이 개발되었습니다.
각 프로세스는 포러스성을 줄이고 입자 결합을 개선하고 SiC 세라믹 구성 요소의 최종 미세 구조를 제어하기 위해 다른 메커니즘을 사용합니다.
실리콘 카바이드의 우수한 특성은 강한 Si-C 공동 결합과 밀접하게 관련이 있습니다.
이 결합 은 SiC 에 높은 단단 함, 뛰어난 열 저항성, 그리고 뛰어난 화학적 안정성 을 부여 한다.그들은 시너지 처리 과정에서 원자의 이동성을 크게 감소시킵니다..
전통적인 세라믹 시너링에서 밀도화는 다음과 같은 메커니즘에 달려 있습니다.
SiC의 경우, 이러한 확산 과정은 매우 높은 온도에서도 상대적으로 느립니다.
단순히 합금 온도를 높이는 것은 이상적인 해결책이 아닙니다. 왜냐하면 과도한 온도는 비정상적인 곡물 성장, 분해,또는 생산 비용의 증가.
따라서 산업용 SiC 세라믹 생산에는 일반적으로 다음과 같은 하나 이상의 추가 밀도화 메커니즘이 필요합니다.
이 메커니즘은 오늘날 사용되는 주요 SiC 합금 기술의 기초를 형성합니다.
반응 결합 실리콘 탄화물은 일반적으로 RB-SiC 또는 RBSiC로 알려져 있습니다.
이 과정은 일반적으로 다음과 같은 혼합물로 시작됩니다.
혼합물은 엽기성 녹색 몸으로 형성됩니다.
고온 가공 과정에서 녹은 실리콘은 녹색 몸의 구멍으로 침투하여 탄소와 반응합니다.
Si + C → SiC
이 반응은 원 SiC 입자를 결합시키는 2차 실리콘 탄화물을 형성합니다.
그 후 남은 자유 실리콘이 나머지 구멍의 일부를 채우고, 세라믹 몸체가 상대적으로 높은 밀도를 달성 할 수 있습니다.
반응 결합된 SiC 제조에서 가장 중요한 요소 중 하나는 녹색 몸의 엽기성을 제어하는 것입니다.
녹색 몸체가 너무 밀도가 높으면 녹은 실리콘이 내부 구조에 완전히 침투하지 않을 수 있습니다.
이 상황에서, 세라믹의 외부 영역은 반응하지 않은 탄소와 잔류 구멍이 구성 요소 내부에 남아있는 동안 성공적으로 반응 할 수 있습니다.
따라서 제조업체는 다음과 같은 사항을 주의 깊게 통제해야합니다.
반응 결합의 가장 큰 장점 중 하나는 매우 낮은 차원 축소입니다.
합금 과정에서 수축이 제한적이기 때문에 RB-SiC는 특히 제조에 적합합니다.
이 거의 직물 모양의 능력은 합금 후 가공 요구 사항을 크게 줄일 수 있습니다.
전통적인 반응 결합 SiC는 일반적으로 일정 양의 잔류 자유 실리콘을 포함합니다.
자유 실리콘의 존재는 다음과 같은 영향을 줄 수 있습니다.
반도체 장비의 응용 프로그램에서는 자유 실리콘 함유량과 전체 불순물 수준 모두 신중한 통제가 필요합니다.
압력 없는 합금은 고성능 실리콘 탄화물 세라믹의 또 다른 중요한 제조 방법이다.
뜨거운 압축과 달리, 이 과정은 시너지 가공 중에 지속적인 외부 기계적 압력을 필요로 하지 않습니다.
압력 없는 SiC sintering은 일반적으로 두 가지로 나눌 수 있습니다.
고체 합금
그리고
액체상 Sintering
고체 상태의 SiC sintering에는 일반적으로 소량의 sintering 첨가물이 필요합니다.
일반적인 첨가물 시스템은 다음과 같습니다.
클래식 B-C 시스템은 실리콘 탄화소의 밀도를 촉진하는 데 널리 사용됩니다.
고체 합금은 일반적으로 약 1900 °C ~ 2100 °C에서 수행되지만 정확한 조건은 분말 특성, 첨가물, 대기 및 대상 특성에 달려 있습니다.
주요 장점 은 높은 온도 에서 탁월 한 안정성 이다.
물질은 일반적으로 낮은 녹기 곡물 경계 단계가 거의 없기 때문에 고온에서 고도의 기계적 및 열적 특성을 유지할 수 있습니다.
그것은 광범위하게 적합합니다:
고체 합금 또한 몇 가지 제한이 있습니다.
첫째, 필요 한 합금 온도는 높습니다.
2000°C 가까이 또는 그 이상에서 작동하면 에너지 소비가 증가하고 다음과 같은 엄격한 요구 사항이 있습니다.
둘째, 과도 한 온도 나 보관 시간 은 곡물 의 비정상적 인 성장 을 유발 할 수 있다.
이것은 강도, 신뢰성 및 미세 구조 균일성에 부정적인 영향을 줄 수 있습니다.
원자재 품질도 매우 중요합니다.
중요한 분말 매개 변수는 다음과 같습니다.
고성능 SiC 세라믹의 경우, 분말 품질은 최종 달성 가능한 특성에 강하게 영향을줍니다.
액체 단계 합금 은 높은 온도 에서 액체 의 작은 양 을 형성 하는 첨가물 을 사용 합니다.
이 액체 단계는 입자의 재배열을 개선하고 SiC 입자들 사이의 물질 운송을 크게 증가시킵니다.
그 결과, 밀도화는 전통적인 고체 합금에 비해 낮은 온도에서 발생할 수 있습니다.
널리 사용되는 시스템 중 하나는 다음과 같습니다.
알2O3-Y2O3
가열 중에, 이 산화물은 SiC 입자에 있는 표면 산화물 층과 상호작용하여 액체상태를 형성할 수 있다.
액체 상태는 입자를 젖게 하고, 재배열을 개선하고, 빠른 확산 경로를 만듭니다.
밀도화 메커니즘은 일반적으로 해소 및 재출입에 의해 제어됩니다.
주요 이점은 다음과 같습니다.
딱딱함과 견고함 모두 중요한 애플리케이션에서는 액체 단계 합금이 매력적인 균형을 제공 할 수 있습니다.
더 많은 액체 단계가 더 나은 성능을 의미하지는 않습니다.
과도한 곡물 경계 단계는 다음과 같은 것을 줄일 수 있습니다.
반도체 수준의 SiC 세라믹 부품의 경우 합금 첨가물의 종류와 양은 따라서 중요한 재료 사양이 될 수 있습니다.
뜨거운 압축은 높은 온도와 외부 기계적 압력을 결합합니다.
가공 도중, SiC 가루는 고강성 그래피트 폼에 부착 됩니다.
소재는 일축 압력을 가하는 동안 가열됩니다.
외부 압력은 입자 접촉을 증가시키고
열과 압력이 함께 작용하기 때문에, 고온 압축은 압력 없는 많은 과정과 비교하면 더 짧은 sintering 시간 내에 매우 높은 밀도를 얻을 수 있습니다.
일반적인 첨가물은 다음을 포함 할 수 있습니다.
용도에 따라 첨가물은 액체 단계 형성을 촉진하거나 곡물 경계 및 고체 용액 행동을 수정 할 수 있습니다.
핫프레싱은 다음과 같은 SiC 세라믹을 생산할 수 있습니다.
이 특성은 정밀 부품에 특히 중요합니다.
반도체 제조 장비에서 세라믹 부품은 다음과 같은 엄격한 통제가 필요할 수 있습니다.
이러한 애플리케이션에서 재료 성능은 최소 제조 비용보다 훨씬 중요할 수 있습니다.
이 과정에는 명백한 단점도 있습니다.
압력은 일반적으로 한 방향으로 적용되기 때문에, 뜨거운 압축 부품의 기하학은 곰팡이와 압축 방향에 의해 제한됩니다.
제조하기가 더 어렵습니다.
다른 단점으로는 다음과 같습니다.
따라서 열 압축은 예외적인 재료 성능을 요구하는 고부가가치 부품에 일반적으로 사용됩니다.
일반적으로 R-SiC로 알려진 재분석 실리콘 탄화물은 다른 합금 메커니즘을 사용합니다.
거칠고 얇은 SiC 분말은 먼저 제어된 입자 크기 분포로 혼합됩니다.
그 다음에는 다음과 같은 과정을 사용하여 혼합물을 형성 할 수 있습니다.
그 후 녹색체는 무활성 대기에 의해 약 2200°C ~ 2450°C로 가열됩니다.
이러한 극도로 높은 온도에서, 미세한 SiC 입자는 부분적으로 증발하거나 수비됩니다.
증기 단계의 종들은 더 큰 SiC 곡물의 접촉 지점 주위를 응고합니다.
이 증발-연결 메커니즘은 강한 입자 결합을 만들어 세 차원 SiC 구조를 형성합니다.
R-SiC의 중요한 장점은 일반적인 합금 보조 물질이 종종 불필요하다는 것입니다.
이것은 특히 금속 불순물, 산화물 첨가물 또는 곡물 경계 단계가 최소화되어야하는 응용 프로그램에서 유용합니다.
재 결정화 된 SiC는 또한 가공 중에 매우 적은 수축을 경험합니다.
이것은 다음을 생산하기에 적합합니다.
고밀도의 합성 SiC와 달리 재 결정화 된 SiC는 일반적으로 제어 된 상호 연결 된 포스 구조를 포함합니다.
일부 응용 프로그램에서는 이 뚫림성이 결함이 아닙니다.
대신, 그것은:
이러한 이유로 R-SiC와 완전 밀도 SiC 세라믹은 종종 다른 엔지니어링 요구 사항을 충족시킵니다.
| 시너지 처리 방법 | 주요 밀도화 메커니즘 | 주요 이점 | 주요 한계점 |
|---|---|---|---|
| 반응 결합된 SiC | 실리콘 침투 및 반응 | 저축, 복잡한 모양, 큰 부품 | 잔류 없는 실리콘 |
| 고체 중산화 시크로소 | 고체분산 | 고온 안정성, 좋은 순도 | 매우 높은 시너지 온도 |
| 액체 단계 시너지화 된 SiC | 액체 보조 확산 | 낮은 온도, 높은 밀도, 강화된 강도 | 곡물 경계 중차 단계 |
| 고온 압축 SiC | 열과 외부 압력 | 높은 밀도, 정밀 곡물, 탁월한 강도 | 형태 및 크기 제한 |
| 다시 결정화 된 SiC | 증발-연결 | 높은 순도, 낮은 수축, 큰 구조 | 보통 뚫림성이 조절됩니다. |
모든 용도에 적합한 단일 SiC 합금 과정은 없습니다.
올바른 프로세스는 최종 구성 요소 요구 사항에 따라 선택해야합니다.
크고 기하학적으로 복잡한 SiC 부품의 경우, 반응 결합 SiC는 낮은 수축과 거의 네트워크 모양의 능력 때문에 종종 매력적입니다.
높은 온도 강도와 화학적 안정성이 뛰어난 애플리케이션에서는 고체 합성 SiC가 더 적합할 수 있습니다.
우선 순위가 낮은 시너지 온도와 향상된 강도와 함께 높은 밀도가 있다면 액체 단계 시너지가 장점을 제공 할 수 있습니다.
매우 높은 밀도, 미세한 곡물 구조, 우수한 기계적 특성을 필요로 하는 부품의 경우, 뜨거운 압축이 효과적인 해결책이 될 수 있습니다.
고 순수, 큰, 낮은 수축, 또는 제어 된 엽기성 구성 요소에 대한 경우, 재 결정화 된 SiC는 중요한 재료 옵션으로 남아 있습니다.
전통적으로 실리콘 탄화물 세라믹은 주로 밀도, 경화 및 기계적 강도에 따라 평가되었습니다.
그러나 반도체 제조업에서는 밀도만으로는 더 이상 충분하지 않습니다.
첨단 반도체 장비 내부에서 사용되는 SiC 세라믹 부품은 또한 다음과 같은 엄격한 통제가 필요할 수 있습니다.
금속 불순물 및 이동 이온은 웨이퍼 가공 중에 오염의 원천이 될 수 있습니다.
반응 결합된 SiC의 경우 잔류 실리콘은 고온 행동, 화학 저항성 및 플라스마 호환성에 영향을 줄 수 있습니다.
열린 구멍은 청소 효율, 화학 물질 침투, 오염 유지 및 입자 발생에 영향을 줄 수 있습니다.
곡물 구조는 기계적 특성, 가공 행동, 표면 완공 및 재료 일관성에 영향을 미칩니다.
높은 열전도성은 고온 처리 및 고전력 반도체 장비에서 특히 중요합니다.
안정적인 열 팽창 행동은 난방 및 냉각 주기에 차원 변화와 열 스트레스를 줄이는 데 도움이됩니다.
에칭 및 퇴적 장비의 경우, 플루오르 및 염소 기반 플라즈마 환경에 대한 저항은 부품의 수명에 직접적으로 영향을 줄 수 있습니다.
세라믹 물질은 훌륭한 대량 특성을 가질 수 있지만, 그 표면이 작동 중에 입자를 방출하는 경우 반도체 요구 사항에 여전히 실패합니다.
이것은 첨단 SiC 세라믹의 개발이 단순히 최대 밀도를 추구하는 것에서 점점 더 포괄적인 목표로 이동한다는 것을 의미합니다.
높은 순수성 + 높은 밀도 + 제어된 미세 구조 + 낮은 입자 생성 + 높은 차원 안정성
실리콘 탄화물을 밀폐시키는 어려움은 SiC에 특별한 특성을 부여하는 동일한 강한 공동 결합에서 비롯됩니다.
서로 다른 합금 기술은 다른 메커니즘을 통해 이 문제를 해결합니다.
반응 결합은 실리콘 침투와 화학 반응을 사용합니다.
고체 합금은 선택된 첨가물들에 의해 지원되는 고온 확산에 의존합니다.
액체상 Sintering은 빠른 물질 운송 경로를 만듭니다.
뜨거운 압축은 온도와 기계적 압력을 결합하여 밀도를 가속화합니다.
재 결정화는 전통적인 합금 보조 물질 없이 강한 SiC 입자 결합을 만들기 위해 증발-연결 메커니즘을 사용합니다.
이러한 다른 경로는 순수성, 밀도, 포러스성, 곡물 구조, 열 성능 및 제조 유연성의 다른 조합으로 이어집니다.
반도체 웨이퍼의 크기가 계속 증가하고 반도체 프로세스는 더 높은 온도, 더 적은 오염, 더 나은 차원 안정성을 요구합니다.반도체 제조 장비에서 실리콘 탄화물 세라믹이 점점 더 중요해지고 있습니다..
따라서 첨단 SiC 세라믹의 미래 경쟁은 단순히 가장 높은 밀도를 달성하는 것에 관한 것이 아닙니다.
그것은 순수성, 밀도화, 미세 구조, 열 성능, 표면 품질 및 각 특정 응용 프로그램에 대한 프로세스 호환성 사이의 최상의 균형을 달성하는 것입니다.
실리콘 카바이드 (SiC) 세라믹열, 기계 및 화학적 특성이 뛰어나다는 점에서 널리 알려져 있습니다. 열 확장이 낮고, 열 전도성이 높고, 단단하고, 강한 열 안정성,그리고 탁월한 연식 저항, SiC 세라믹은 반도체 제조, 항공우주, 에너지, 기계 밀폐, 고온 가공 및 기타 까다로운 산업에서 중요한 엔지니어링 재료가되었습니다.
그러나 한 가지 도전은 항상 실리콘 카바이드 세라믹의 가공을 제한했습니다.
SiC는 전통적인 합금으로 완전히 밀집하기가 매우 어렵습니다.
이것은 주로 실리콘 카바이드의 강한 공동 결합과 상대적으로 낮은 원자 확산율에 의해 발생합니다.
이 한계를 극복하기 위해 다음과 같은 여러 SiC 합금 기술이 개발되었습니다.
각 프로세스는 포러스성을 줄이고 입자 결합을 개선하고 SiC 세라믹 구성 요소의 최종 미세 구조를 제어하기 위해 다른 메커니즘을 사용합니다.
실리콘 카바이드의 우수한 특성은 강한 Si-C 공동 결합과 밀접하게 관련이 있습니다.
이 결합 은 SiC 에 높은 단단 함, 뛰어난 열 저항성, 그리고 뛰어난 화학적 안정성 을 부여 한다.그들은 시너지 처리 과정에서 원자의 이동성을 크게 감소시킵니다..
전통적인 세라믹 시너링에서 밀도화는 다음과 같은 메커니즘에 달려 있습니다.
SiC의 경우, 이러한 확산 과정은 매우 높은 온도에서도 상대적으로 느립니다.
단순히 합금 온도를 높이는 것은 이상적인 해결책이 아닙니다. 왜냐하면 과도한 온도는 비정상적인 곡물 성장, 분해,또는 생산 비용의 증가.
따라서 산업용 SiC 세라믹 생산에는 일반적으로 다음과 같은 하나 이상의 추가 밀도화 메커니즘이 필요합니다.
이 메커니즘은 오늘날 사용되는 주요 SiC 합금 기술의 기초를 형성합니다.
반응 결합 실리콘 탄화물은 일반적으로 RB-SiC 또는 RBSiC로 알려져 있습니다.
이 과정은 일반적으로 다음과 같은 혼합물로 시작됩니다.
혼합물은 엽기성 녹색 몸으로 형성됩니다.
고온 가공 과정에서 녹은 실리콘은 녹색 몸의 구멍으로 침투하여 탄소와 반응합니다.
Si + C → SiC
이 반응은 원 SiC 입자를 결합시키는 2차 실리콘 탄화물을 형성합니다.
그 후 남은 자유 실리콘이 나머지 구멍의 일부를 채우고, 세라믹 몸체가 상대적으로 높은 밀도를 달성 할 수 있습니다.
반응 결합된 SiC 제조에서 가장 중요한 요소 중 하나는 녹색 몸의 엽기성을 제어하는 것입니다.
녹색 몸체가 너무 밀도가 높으면 녹은 실리콘이 내부 구조에 완전히 침투하지 않을 수 있습니다.
이 상황에서, 세라믹의 외부 영역은 반응하지 않은 탄소와 잔류 구멍이 구성 요소 내부에 남아있는 동안 성공적으로 반응 할 수 있습니다.
따라서 제조업체는 다음과 같은 사항을 주의 깊게 통제해야합니다.
반응 결합의 가장 큰 장점 중 하나는 매우 낮은 차원 축소입니다.
합금 과정에서 수축이 제한적이기 때문에 RB-SiC는 특히 제조에 적합합니다.
이 거의 직물 모양의 능력은 합금 후 가공 요구 사항을 크게 줄일 수 있습니다.
전통적인 반응 결합 SiC는 일반적으로 일정 양의 잔류 자유 실리콘을 포함합니다.
자유 실리콘의 존재는 다음과 같은 영향을 줄 수 있습니다.
반도체 장비의 응용 프로그램에서는 자유 실리콘 함유량과 전체 불순물 수준 모두 신중한 통제가 필요합니다.
압력 없는 합금은 고성능 실리콘 탄화물 세라믹의 또 다른 중요한 제조 방법이다.
뜨거운 압축과 달리, 이 과정은 시너지 가공 중에 지속적인 외부 기계적 압력을 필요로 하지 않습니다.
압력 없는 SiC sintering은 일반적으로 두 가지로 나눌 수 있습니다.
고체 합금
그리고
액체상 Sintering
고체 상태의 SiC sintering에는 일반적으로 소량의 sintering 첨가물이 필요합니다.
일반적인 첨가물 시스템은 다음과 같습니다.
클래식 B-C 시스템은 실리콘 탄화소의 밀도를 촉진하는 데 널리 사용됩니다.
고체 합금은 일반적으로 약 1900 °C ~ 2100 °C에서 수행되지만 정확한 조건은 분말 특성, 첨가물, 대기 및 대상 특성에 달려 있습니다.
주요 장점 은 높은 온도 에서 탁월 한 안정성 이다.
물질은 일반적으로 낮은 녹기 곡물 경계 단계가 거의 없기 때문에 고온에서 고도의 기계적 및 열적 특성을 유지할 수 있습니다.
그것은 광범위하게 적합합니다:
고체 합금 또한 몇 가지 제한이 있습니다.
첫째, 필요 한 합금 온도는 높습니다.
2000°C 가까이 또는 그 이상에서 작동하면 에너지 소비가 증가하고 다음과 같은 엄격한 요구 사항이 있습니다.
둘째, 과도 한 온도 나 보관 시간 은 곡물 의 비정상적 인 성장 을 유발 할 수 있다.
이것은 강도, 신뢰성 및 미세 구조 균일성에 부정적인 영향을 줄 수 있습니다.
원자재 품질도 매우 중요합니다.
중요한 분말 매개 변수는 다음과 같습니다.
고성능 SiC 세라믹의 경우, 분말 품질은 최종 달성 가능한 특성에 강하게 영향을줍니다.
액체 단계 합금 은 높은 온도 에서 액체 의 작은 양 을 형성 하는 첨가물 을 사용 합니다.
이 액체 단계는 입자의 재배열을 개선하고 SiC 입자들 사이의 물질 운송을 크게 증가시킵니다.
그 결과, 밀도화는 전통적인 고체 합금에 비해 낮은 온도에서 발생할 수 있습니다.
널리 사용되는 시스템 중 하나는 다음과 같습니다.
알2O3-Y2O3
가열 중에, 이 산화물은 SiC 입자에 있는 표면 산화물 층과 상호작용하여 액체상태를 형성할 수 있다.
액체 상태는 입자를 젖게 하고, 재배열을 개선하고, 빠른 확산 경로를 만듭니다.
밀도화 메커니즘은 일반적으로 해소 및 재출입에 의해 제어됩니다.
주요 이점은 다음과 같습니다.
딱딱함과 견고함 모두 중요한 애플리케이션에서는 액체 단계 합금이 매력적인 균형을 제공 할 수 있습니다.
더 많은 액체 단계가 더 나은 성능을 의미하지는 않습니다.
과도한 곡물 경계 단계는 다음과 같은 것을 줄일 수 있습니다.
반도체 수준의 SiC 세라믹 부품의 경우 합금 첨가물의 종류와 양은 따라서 중요한 재료 사양이 될 수 있습니다.
뜨거운 압축은 높은 온도와 외부 기계적 압력을 결합합니다.
가공 도중, SiC 가루는 고강성 그래피트 폼에 부착 됩니다.
소재는 일축 압력을 가하는 동안 가열됩니다.
외부 압력은 입자 접촉을 증가시키고
열과 압력이 함께 작용하기 때문에, 고온 압축은 압력 없는 많은 과정과 비교하면 더 짧은 sintering 시간 내에 매우 높은 밀도를 얻을 수 있습니다.
일반적인 첨가물은 다음을 포함 할 수 있습니다.
용도에 따라 첨가물은 액체 단계 형성을 촉진하거나 곡물 경계 및 고체 용액 행동을 수정 할 수 있습니다.
핫프레싱은 다음과 같은 SiC 세라믹을 생산할 수 있습니다.
이 특성은 정밀 부품에 특히 중요합니다.
반도체 제조 장비에서 세라믹 부품은 다음과 같은 엄격한 통제가 필요할 수 있습니다.
이러한 애플리케이션에서 재료 성능은 최소 제조 비용보다 훨씬 중요할 수 있습니다.
이 과정에는 명백한 단점도 있습니다.
압력은 일반적으로 한 방향으로 적용되기 때문에, 뜨거운 압축 부품의 기하학은 곰팡이와 압축 방향에 의해 제한됩니다.
제조하기가 더 어렵습니다.
다른 단점으로는 다음과 같습니다.
따라서 열 압축은 예외적인 재료 성능을 요구하는 고부가가치 부품에 일반적으로 사용됩니다.
일반적으로 R-SiC로 알려진 재분석 실리콘 탄화물은 다른 합금 메커니즘을 사용합니다.
거칠고 얇은 SiC 분말은 먼저 제어된 입자 크기 분포로 혼합됩니다.
그 다음에는 다음과 같은 과정을 사용하여 혼합물을 형성 할 수 있습니다.
그 후 녹색체는 무활성 대기에 의해 약 2200°C ~ 2450°C로 가열됩니다.
이러한 극도로 높은 온도에서, 미세한 SiC 입자는 부분적으로 증발하거나 수비됩니다.
증기 단계의 종들은 더 큰 SiC 곡물의 접촉 지점 주위를 응고합니다.
이 증발-연결 메커니즘은 강한 입자 결합을 만들어 세 차원 SiC 구조를 형성합니다.
R-SiC의 중요한 장점은 일반적인 합금 보조 물질이 종종 불필요하다는 것입니다.
이것은 특히 금속 불순물, 산화물 첨가물 또는 곡물 경계 단계가 최소화되어야하는 응용 프로그램에서 유용합니다.
재 결정화 된 SiC는 또한 가공 중에 매우 적은 수축을 경험합니다.
이것은 다음을 생산하기에 적합합니다.
고밀도의 합성 SiC와 달리 재 결정화 된 SiC는 일반적으로 제어 된 상호 연결 된 포스 구조를 포함합니다.
일부 응용 프로그램에서는 이 뚫림성이 결함이 아닙니다.
대신, 그것은:
이러한 이유로 R-SiC와 완전 밀도 SiC 세라믹은 종종 다른 엔지니어링 요구 사항을 충족시킵니다.
| 시너지 처리 방법 | 주요 밀도화 메커니즘 | 주요 이점 | 주요 한계점 |
|---|---|---|---|
| 반응 결합된 SiC | 실리콘 침투 및 반응 | 저축, 복잡한 모양, 큰 부품 | 잔류 없는 실리콘 |
| 고체 중산화 시크로소 | 고체분산 | 고온 안정성, 좋은 순도 | 매우 높은 시너지 온도 |
| 액체 단계 시너지화 된 SiC | 액체 보조 확산 | 낮은 온도, 높은 밀도, 강화된 강도 | 곡물 경계 중차 단계 |
| 고온 압축 SiC | 열과 외부 압력 | 높은 밀도, 정밀 곡물, 탁월한 강도 | 형태 및 크기 제한 |
| 다시 결정화 된 SiC | 증발-연결 | 높은 순도, 낮은 수축, 큰 구조 | 보통 뚫림성이 조절됩니다. |
모든 용도에 적합한 단일 SiC 합금 과정은 없습니다.
올바른 프로세스는 최종 구성 요소 요구 사항에 따라 선택해야합니다.
크고 기하학적으로 복잡한 SiC 부품의 경우, 반응 결합 SiC는 낮은 수축과 거의 네트워크 모양의 능력 때문에 종종 매력적입니다.
높은 온도 강도와 화학적 안정성이 뛰어난 애플리케이션에서는 고체 합성 SiC가 더 적합할 수 있습니다.
우선 순위가 낮은 시너지 온도와 향상된 강도와 함께 높은 밀도가 있다면 액체 단계 시너지가 장점을 제공 할 수 있습니다.
매우 높은 밀도, 미세한 곡물 구조, 우수한 기계적 특성을 필요로 하는 부품의 경우, 뜨거운 압축이 효과적인 해결책이 될 수 있습니다.
고 순수, 큰, 낮은 수축, 또는 제어 된 엽기성 구성 요소에 대한 경우, 재 결정화 된 SiC는 중요한 재료 옵션으로 남아 있습니다.
전통적으로 실리콘 탄화물 세라믹은 주로 밀도, 경화 및 기계적 강도에 따라 평가되었습니다.
그러나 반도체 제조업에서는 밀도만으로는 더 이상 충분하지 않습니다.
첨단 반도체 장비 내부에서 사용되는 SiC 세라믹 부품은 또한 다음과 같은 엄격한 통제가 필요할 수 있습니다.
금속 불순물 및 이동 이온은 웨이퍼 가공 중에 오염의 원천이 될 수 있습니다.
반응 결합된 SiC의 경우 잔류 실리콘은 고온 행동, 화학 저항성 및 플라스마 호환성에 영향을 줄 수 있습니다.
열린 구멍은 청소 효율, 화학 물질 침투, 오염 유지 및 입자 발생에 영향을 줄 수 있습니다.
곡물 구조는 기계적 특성, 가공 행동, 표면 완공 및 재료 일관성에 영향을 미칩니다.
높은 열전도성은 고온 처리 및 고전력 반도체 장비에서 특히 중요합니다.
안정적인 열 팽창 행동은 난방 및 냉각 주기에 차원 변화와 열 스트레스를 줄이는 데 도움이됩니다.
에칭 및 퇴적 장비의 경우, 플루오르 및 염소 기반 플라즈마 환경에 대한 저항은 부품의 수명에 직접적으로 영향을 줄 수 있습니다.
세라믹 물질은 훌륭한 대량 특성을 가질 수 있지만, 그 표면이 작동 중에 입자를 방출하는 경우 반도체 요구 사항에 여전히 실패합니다.
이것은 첨단 SiC 세라믹의 개발이 단순히 최대 밀도를 추구하는 것에서 점점 더 포괄적인 목표로 이동한다는 것을 의미합니다.
높은 순수성 + 높은 밀도 + 제어된 미세 구조 + 낮은 입자 생성 + 높은 차원 안정성
실리콘 탄화물을 밀폐시키는 어려움은 SiC에 특별한 특성을 부여하는 동일한 강한 공동 결합에서 비롯됩니다.
서로 다른 합금 기술은 다른 메커니즘을 통해 이 문제를 해결합니다.
반응 결합은 실리콘 침투와 화학 반응을 사용합니다.
고체 합금은 선택된 첨가물들에 의해 지원되는 고온 확산에 의존합니다.
액체상 Sintering은 빠른 물질 운송 경로를 만듭니다.
뜨거운 압축은 온도와 기계적 압력을 결합하여 밀도를 가속화합니다.
재 결정화는 전통적인 합금 보조 물질 없이 강한 SiC 입자 결합을 만들기 위해 증발-연결 메커니즘을 사용합니다.
이러한 다른 경로는 순수성, 밀도, 포러스성, 곡물 구조, 열 성능 및 제조 유연성의 다른 조합으로 이어집니다.
반도체 웨이퍼의 크기가 계속 증가하고 반도체 프로세스는 더 높은 온도, 더 적은 오염, 더 나은 차원 안정성을 요구합니다.반도체 제조 장비에서 실리콘 탄화물 세라믹이 점점 더 중요해지고 있습니다..
따라서 첨단 SiC 세라믹의 미래 경쟁은 단순히 가장 높은 밀도를 달성하는 것에 관한 것이 아닙니다.
그것은 순수성, 밀도화, 미세 구조, 열 성능, 표면 품질 및 각 특정 응용 프로그램에 대한 프로세스 호환성 사이의 최상의 균형을 달성하는 것입니다.
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