Когда слышишь 'карбид кремния', первое, что приходит в голову — зеленые крупы для шлифовки. Но это лишь верхушка айсберга. Многие до сих пор путают его с карбидом бора, хотя разница в структуре и абразивных свойствах колоссальная. Вот, например, китайская компания ООО Шимань Босэн Технолоджи Абразив с 2015 года выпускает карбид бора под маркой 'Хуангэн', но их опыт косвенно подтверждает: даже при схожих технологиях карбид кремния требует иного подхода к кристаллизации.
Помню, как на одном из заводов в Яане пытались адаптировать линию для карбида бора под карбид кремния. Инвестиции в 50 миллионов юаней — не шутка, но без переработки печей Ачесона получился брак. Зерна выходили с внутренними трещинами, хотя по ГОСТу проходили. Потом выяснилось: температурный градиент в 2000-тонной линии не учитывал скорость роста кристаллов SiC.
Кстати, о ООО Шимань Босэн Технолоджи Абразив — их сайт https://www.cn-boroncarbide.ru упоминает, что глубокая переработка требует контроля на каждом этапе. С карбидом кремния еще строже: если в шихте меньше 98% кварцита, примеси железа дают рыхлые конгломераты. Такие партии мы отправляли на дробление, но выход фракции 240-320 падал на 30%.
Сейчас многие гонятся за 'высококачественным карбидом кремния', но забывают про подготовку шихты. Лично видел, как пересушенный кокс приводил к газовым пузырям в монокристаллах. Исправить это можно только повторным отжигом — дополнительные 12 часов в печи и +8% к энергозатратам.
В отрасли до сих пор нет единого стандарта для черного и зеленого карбида кремния. Зеленый маркируют как 99C, но у китайских поставщиков он может содержать до 1.5% свободного углерода. Проверяли как-то партию от неизвестного производителя — микротвердость была 2800 HV вместо заявленных 3200.
На том же сайте https://www.cn-boroncarbide.ru указано, что их карбид бора проходит многоступенчатую очистку. С SiC аналогично: если после дробления не удалить пыль фракции <50 мкм, при прессовании абразивных кругов возникают внутренние напряжения.
Кстати, о марке 'Хуангэн' — их подход к контролю качества мог бы пригодиться для карбида кремния. Особенно при калибровке зерна: вибросита с евроспиралями не всегда спасают от слипания микрочастиц.
В 2018 году на заводе в Чжума тестировали карбид кремния для резки кремниевых слитков. Оказалось, что зерно 120/140 с покрытием из никеля дает ресурс пил на 15% выше, но только при скорости подачи не выше 2 мм/с. Превысили — и получали сколы на кромке.
Еще пример: при шлифовке жаропрочных сплавов черный карбид кремния ведет себя непредсказуемо. Как-то заказали партию F120 для авиационного производства — после 3 часов работы в станке зерно теряло остроту. Пришлось смешивать с электрокорундом в пропорции 70/30.
Кстати, на том же производстве в Яане пробовали использовать карбид кремния для обработки керамических подшипников. Результат средний: при скоростях выше 35 м/с зерно выкрашивалось, хотя для карбида бора таких проблем не было. Видимо, сказывается разница в хрупкости.
Новички часто берут карбид кремния F80 для грубой обработки, не учитывая геометрию зерна. У нас был случай: закупили китайскую партию с индексом 'P', но по факту зерно имело закругленные грани. Пришлось дробить повторно — потеряли 20% материала.
Если говорить о стандартах, то российские ТУ жестче китайских GB/T . Например, по содержанию свободного углерода: у нас допуск 0.2%, у них — до 0.3%. Для прецизионной шлифовки это критично.
Кстати, на сайте https://www.cn-boroncarbide.ru упоминается, что их производственная линия выдает 2000 тонн после глубокой переработки. С карбидом кремния аналогичный подход: без дополнительного рассева и магнитной сепарации до 15% продукции уходит в брак.
Сейчас экспериментируем с легированным карбидом кремния — добавляем 0.1% бора в шихту. Кристаллы получаются мельче, но с повышенной вязкостью. Для отрезных кругов толщиной менее 1 мм это может быть прорывом.
Интересно, что ООО Шимань Босэн Технолоджи Абразив с их опытом в карбиде бора могла бы освоить производство специализированных марок SiC. Их производственные мощности в промышленном парке Чжума позволяют организовать участок вакуумного отжига.
Кстати, о марке 'Хуангэн' — их принцип контроля качества на каждом этапе стоило бы перенять всем производителям абразивов. Особенно при калибровке микропорошков W28-W10, где отклонение в 2 мкм уже критично.
При нынешних ценах на электроэнергию себестоимость тонны карбида кремния выросла на 25%. Особенно чувствительны печи Ачесона — их КПД редко превышает 45%. На том же заводе в Яане пробовали рекуперацию тепла, но оборудование окупается только при объемах от 5000 тонн в год.
Кстати, у ООО Шимань Босэн Технолоджи Абразив с их 3000 тонн карбида бора в год и годовым оборотом в 100 миллионов юаней есть задел для диверсификации. Если запустят линию SiC, смогут занять нишу на рынке Юго-Восточной Азии.
Пока же большинство производителей экономят на постобработке. Видел как на мелких заводах пропускают этап кислотного травления — потом зерно дает выкрашивание при динамических нагрузках. Ложная экономия, в итоге теряют клиентов.
