Рост кристаллов SiC в промышленной электропечи сопротивления

Применение карбида кремния в качестве абразивного материала определяет стремление получать его в виде крупных плотных и изометричных кристаллов.

Рассмотрение продуктов синтеза SiC в различных зонах электропечи |2, 3| показывает, что крупность его кристаллов уменьшается от слоя, прилегающего к поверхности керна (см. рис. 3.8), где размер кристаллов 12—15 мм, к наружным слоям (аморфу), в которых размеры кристаллов а-SiC не превышают несколько микрон. Поэтому для получения крупных кристаллов SiC температура керна печи должна поддерживаться на уровне 2700−2800 К.

По направлению к керну наблюдается «цепное» строение продукта синтеза, а у поверхности керна «цепочки» срастаются в более плотную массу. В «цепочках» кристаллы SiC ориентированы таким образом, что базисные шестигранные пластинки кристаллов всегда направлены вдоль цепочек перпендикулярно оси печи, а направление оси С кристаллов всегда перпендикулярно направлению цепочки. В направлении верхней и боковых частей печи наблюдается обычно более крупная кристаллизация, чем в подовой ее части, в которой образуется мелкокристаллический продукт — аморф.

Наиболее вероятным механизмом роста кристаллов SiC является участие в процессе газовой фазы, образующейся, в частности, при диссоциативном испарении карбида в зоне печи, прилегающей к керну, где температура достигает 2670−2800 К. Диссоциативное испарение SiC у керна идет достаточно быстро, и образующиеся пары состава Si₂C и SiC₂ перемещаются в зоны более низких температур, конденсируясь в виде SiC_T на более мелких кристаллах и постепенно наращивая их размер.

Газы, образующиеся в самой горячей зоне печи, двигаясь в наружные зоны, обтекают кристаллы SiC. При определенных температурных условиях и радиальном движении газов по всей массе различно ориентированных кристаллов SiC в первую очередь разрушаться будут те, которые обтекаются газами по оси С, а расти — кристаллы, ориентированные гексагональными пластинками вдоль направления движения газов. Этим и объясняется определенная ориентация кристаллов SiC в промышленной печи.

В подовой части печи реакционная шихта значительно плотнее и менее газопроводна, чем в верхней и боковой ее частях, а поэтому процесс роста кристаллов на поду тормозится, и SiC в этой части печи обычно представлен мелкокристаллическими образованиями.

Анализируя результаты многочисленных исследований по росту кристаллов карбида кремния и учитывая результаты термодинамического анализа синтеза SiC [4], можно считать, что процесс карбидообразования в промышленной электропечи сопротивления лимитируется реакцией.

которая протекает вплоть до температуры 2800 К. Рост кристаллов SiC в печи лимитируется образованием в наиболее горячей зоне печи (до 3200 К) паров SiC, SiC₂ и Si₂C по реакциям и

с последующей их конденсацией в виде SiC_T на мелких кристаллах, образующихся в соответствии с реакцией.