SiC kukuni yagona kristall o'sishida muhim rol o'ynaganligi sababli, so'nggi yillarda yuqori-soflikdagi SiC kukunini tayyorlash asta-sekin SiC monokristal o'sishi sohasida tadqiqot nuqtasiga aylandi.
SiC kukunini sintez qilishning asosan uchta usuli mavjud: birinchisi, qattiq{0}}fazali usul boʻlib, u asosan karbotermik qaytarilish usuli, mexanik qotishma usuli va oʻz{1}}tarqatuvchi yuqori{2}}haroratli sintez usulini oʻz ichiga oladi; ikkinchisi suyuqlik-fazali usul bo'lib, ularning eng vakili sol-gel usuli va polimer piroliz usuli; uchinchisi esa gaz-fazali usul bo'lib, ularning eng vakili kimyoviy bug'larni cho'ktirish (CVD) va plazma usulidir.
Qattiq{0}}faza usuli
Karbotermik kamaytirish usuli
Karbotermik kamaytirish usuli odatda kremniy manbai sifatida kremniy kukuni va uglerod manbai sifatida uglerod qora va neft koksidan foydalanadi. Uglerod manbai va kremniy manbai ma'lum bir nisbatda bir xilda aralashtiriladi va keyin isitiladi va ma'lum vaqt davomida ma'lum bir haroratda ushlab turilgandan so'ng, silikon karbid kukuni hosil bo'ladi. Oddiy jarayon va past xom ashyo narxi tufayli u hozirda silikon karbidni sanoat ishlab chiqarish uchun eng ko'p qo'llaniladigan usul hisoblanadi.
Hozirgi vaqtda an'anaviy karbotermik kamaytirish usuli bilan SiC kukunini tayyorlash hali ham past kukun tozaligi, yuqori ifloslik miqdori, yuqori energiya iste'moli va kukunning nozikligi kabi muammolarga duch kelmoqda. Biroq, bu usul arzon xom ashyo, oddiy operatsiya va etuk texnologiya kabi afzalliklarga ega, shuning uchun past sifatli kremniy karbidini tayyorlashda hali ham ustun mavqeini saqlab qoladi.
Mexanik qotishma usuli
Mexanik qotishma yo'li bilan kremniy karbid kukunini tayyorlash odatda yuqori energiyali sharni frezalash natijasida hosil bo'lgan energiyadan reaktivlar o'rtasida o'zaro to'qnashuv va diffuziyani kuchaytirish va kerakli mahsulotni hosil qilish uchun foydalanadi. Bilyali frezalash jarayonida, yuqori energiyali frezalash sharlarining yuqori{2}}tezlikda aylanishi natijasida hosil bo'lgan o'ta yuqori mahalliy zarba va siqilish ostida, zarrachalarning yangi ochilgan sirtlari bir-biri bilan birlashadi. Yuqori-energiyali sharni frezalash zarrachalarning ko'p sonli nuqsonlarni keltirib chiqarishiga olib keladi. Erkin energiya ta'sirida zarrachalar sirtlari orasidagi atomlar bir-biriga tarqaladi va shu bilan yangi faza hosil qiladi.
Mexanik qotishma usuli oddiy ishlab chiqarish texnologiyasi, arzonligi va silikon karbid kukunini ommaviy ishlab chiqarishga erishish qobiliyati kabi afzalliklarga ega. Biroq, mexanik qotishma bilan SiC kukunining sintezi tasodifiy to'qnashuv harakati orqali erishilganligi sababli, mahsulot zarralari odatda keng zarracha hajmi taqsimotiga ega va materialni ekranlash uchun tasniflash texnologiyasi hali ham kerak. Shu bilan birga, sharni frezalash jarayonida frezalash vositalaridan va frezalash idishlaridan aralashmalar juda oson kiritiladi va xom ashyo kukuni odatda sirt-yuzaki reaktsiyalariga- reaksiyaga kirishganligi sababli, to'liq bo'lmagan reaksiya yuzaga kelishi mumkin. Xulosa qilib aytganda, mexanik qotishma yuqori-soflikdagi SiC kukunini sintez qilish uchun ideal usul emas.
O'z-o'zidan-ko'paytiriladigan yuqori-haroratni sintez qilish usuli
O'z{0}}tarqaladigan yuqori haroratli sintez usuli qattiq-fazali sintez usuliga tegishli. Ushbu usulda tashqi isitish manbai sharti bilan faollashtiruvchi moddalar qo'shiladi, shunda reaktivlarning kimyoviy reaktsiyasi o'z-o'zidan va doimiy ravishda davom etadi. Biroq, faollashtiruvchilarning qo'shilishi muqarrar ravishda boshqa aralashmalarni keltirib chiqaradi. Mahsulotning tozaligini ta'minlash uchun tadqiqotchilar reaktsiya haroratini oshirishni va reaktsiyani saqlab qolish uchun isitishni davom ettirishni tanlashadi. Bu usul takomillashtirilgan o'z{7}}tarqatuvchi yuqori{8}}harorat sintezi usuli deb ataladi.
Takomillashtirilgan oʻz-oʻzidan tarqaladigan-yuqori haroratli sintez usuli oddiy tayyorlash jarayoni va yuqori sintez samaradorligiga ega va sanoatda yuqori-soflikdagi SiC kukunini ishlab chiqarish uchun keng qoʻllaniladi. Bu usul xom ashyo sifatida qattiq Si manbalari va C manbalaridan foydalanadi, bu ularni 1400-2000 daraja C yuqori haroratda uzluksiz reaksiyaga kirishishiga olib keladi va nihoyat yuqori-soflikdagi SiC kukunini oladi. Hozirgi vaqtda SiC kukunini tayyorlash uchun takomillashtirilgan o'z-o'zidan tarqaladigan sintez usulining tadqiqot markazi SiC kukunidagi N element tarkibini qanday kamaytirishdir.
Suyuqlik{0}}faza usuli
Sol-Gel usuli
Hozirgi vaqtda suyuq{0}}fazali usullar ichida faqat sol{1}}gel usuli yuqori-soflikdagi SiC kukunini sintez qila oladi. Uni tayyorlash jarayoni noorganik tuzlarni yoki alkoksidlarni erituvchida (suv yoki spirt) eritib, bir xil eritma hosil qilish, bir xil eritmani olish, keyin quritish yoki suvsizlantirish orqali jelga aylanadi va keyin kerakli o'ta nozik kukunni olish uchun issiqlik bilan ishlov berishdan iborat.
Sol{0}}gel usuli bilan sintez qilingan kremniy karbid kukuni birinchi marta kremniy karbidli keramikani sinterlash uchun ishlatilgan. Jarayonning doimiy takomillashtirilishi bilan sintezlangan kukunning tozaligi ham o'sishda davom etdi. Hozirgi vaqtda sol-gel usuli bilan tayyorlangan SiC kukuni monokristal o'sishi uchun allaqachon ishlatilishi mumkin. Sol{5}}gel usuli yuqori-tozalikdagi, oʻta nozik SiC kukunini tayyorlashi mumkin, ammo tayyorlash narxi nisbatan yuqori va sintez jarayoni murakkab, shuning uchun u sanoat ishlab chiqarishi uchun mos emas.
Polimer piroliz usuli
Polimer piroliz usuli asosan yuqori haroratda organik polimerlarni parchalash orqali SiC kukunini ishlab chiqaradi. Ushbu sintez usuli asosan ikkita toifaga bo'linadi: biri parchalanish reaktsiyasini o'tkazish va kichik monomerlarni chiqarish, SiO2 va C ni hosil qilish uchun prekursorni isitish va keyin karbotermik pasayish reaktsiyasi orqali SiC kukunini tayyorlash; ikkinchisi Si-C monomerining skeletini chiqarish uchun prekursorni qizdirib, natijada SiC kukunini hosil qiladi. 1990-yillarda polimer piroliz usuli bo'yicha ko'plab tegishli tadqiqotlar o'tkazildi, ammo so'nggi yillarda bir nechta tegishli tadqiqotchilar, asosan, mahsulotning past konvertatsiya qilish tezligi, juda yuqori xom ashyo narxi va nisbatan katta ifloslanishi tufayli uni eslatib o'tishdi.
Gaz-faza usuli
Kimyoviy bug'larni joylashtirish usuli (CVD)
CVD usuli gazlarning yuqori haroratli reaktsiyasi orqali o'ta nozik, yuqori{0}}tozalikdagi Si kukunini oladi. Si manbai odatda SiH4 va SiCl4 va boshqalardan tanlanadi va C manbai odatda CH4, C2H2 va CCl4 va boshqalardan tanlanadi, (CH3) 2SiCl2 va Si (CH3) 4 kabi gazlar bir vaqtning o'zida Si manbasini ham, C manbasini ham ta'minlay oladi. Ushbu gazlarning tozaligi 99,9999% dan yuqori.
Hozirgi vaqtda CVD usuli asosan organik gaz manbalarini xom ashyo sifatida ishlatadi. Ushbu usul uskunaning qabul qilish oqimini aniq nazorat qilishni talab qiladi va sintez gaz manbalari va ichki grafit qismlarining tozaligi uchun juda yuqori talablarga ega. Shu bilan birga, kimyoviy reaksiyaning ko'plab qo'shimcha mahsulotlar-bo'lganligi sababli, xloridlar kabi korroziy va zaharli gazlar juda oson ishlab chiqariladi, bu esa operatorlar va uskunalarga yuqori talablarni qo'yadi va shuning uchun ishlab chiqarish xarajatlari ham yuqoriligicha qolmoqda. Bundan tashqari, ushbu usul bilan sintez qilingan kukun nano o'lchamdagi ultra nozik kukun bo'lib, uni yig'ish oson emas. Bundan tashqari, kimyoviy bug'larning cho'kishi cheklovlari tufayli sintez tezligi nisbatan sekin va hozirda u yuqori-tozalikdagi SiC kukunini keng miqyosda ishlab chiqarishga erisha olmaydi.
Plazma usuli
Plazma usuli - reaksiya gazlarini radiochastota quvvat manbai tomonidan qo'zg'atiladigan plazma idishiga-o'tkazish. Gazlar yuqori{2}}tezlikdagi elektronlar bilan to'qnashuvda bir-biri bilan reaksiyaga kirishib, nihoyat yuqori-soflikdagi SiC kukunini oladi. Plazma usulida ishlatiladigan gaz manbalari CVD usuli bilan bir xil va gazning tozaligi ham 99,9999% dan yuqori.
Plazma usuli yuqori{0}}tozalikdagi SiC kukunini sintez qilishi mumkin va chang zarrachalarining oʻlchami bir xil boʻlib, ifloslanish muammosi yoʻq. Shu bilan birga, sintezlangan kukun zarralari hajmi yagona kristall o'sishi talablariga javob berish uchun juda kichik va uni kristall o'sishi uchun ishlatishdan oldin qo'shimcha ishlov berish kerak. Bundan tashqari, uskuna qisqa xizmat muddati va yuqori narxga ega.