اعلیٰ-پیوریٹی سلکان کاربائیڈ پاؤڈر کی جنگ: بڑے پیمانے پر پیداوار تک کون سا عمل ٹوٹ سکتا ہے؟

چونکہ SiC پاؤڈر سنگل کرسٹل کی نمو میں ایک اہم کردار ادا کرتا ہے، حالیہ برسوں میں، اعلیٰ-پاکیزگی والے SiC پاؤڈر کی تیاری آہستہ آہستہ SiC سنگل کرسٹل گروتھ کے میدان میں ایک تحقیقی مرکز بن گئی ہے۔

SiC پاؤڈر کی ترکیب کے لیے بنیادی طور پر تین طریقے ہیں: پہلا ٹھوس-فیز طریقہ ہے، جس میں بنیادی طور پر کاربوتھرمل کم کرنے کا طریقہ، مکینیکل ملاوٹ کا طریقہ، اور خود-اعلی-درجہ حرارت کی ترکیب کا طریقہ شامل ہے؛ دوسرا مائع-فیز طریقہ ہے، جس میں سب سے زیادہ نمائندہ سول-جیل طریقہ اور پولیمر پائرولیسس طریقہ ہے۔ اور تیسرا گیس-فیز طریقہ ہے، جس میں سب سے زیادہ نمائندہ کیمیائی بخارات جمع کرنے (CVD) اور پلازما کا طریقہ ہے۔

ٹھوس-مرحلہ طریقہ

کاربوتھرمل کمی کا طریقہ

کاربوتھرمل کمی کا طریقہ عام طور پر سلیکا پاؤڈر کو سلکان ماخذ کے طور پر اور کاربن بلیک اور پیٹرولیم کوک کو کاربن ماخذ کے طور پر استعمال کرتا ہے۔ کاربن ماخذ اور سلکان ماخذ کو ایک خاص تناسب میں یکساں طور پر ملایا جاتا ہے اور پھر گرم کیا جاتا ہے، اور ایک خاص درجہ حرارت پر ایک مدت تک رکھنے کے بعد، سلکان کاربائیڈ پاؤڈر بنتا ہے۔ اس کے سادہ عمل اور کم خام مال کی لاگت کی وجہ سے، یہ فی الحال سلکان کاربائیڈ کی صنعتی پیداوار کے لیے سب سے زیادہ استعمال ہونے والا طریقہ ہے۔

فی الحال، روایتی کاربوتھرمل کمی کے طریقہ کار سے SiC پاؤڈر کی تیاری اب بھی مسائل سے دوچار ہے جیسے پاؤڈر کی پاکیزگی، زیادہ ناپاک مواد، زیادہ توانائی کی کھپت، اور پاؤڈر کی ناکافی پن۔ تاہم، یہ طریقہ سستا خام مال، سادہ آپریشن، اور بالغ ٹیکنالوجی جیسے فوائد رکھتا ہے، اس لیے یہ اب بھی کم-معیاری سلکان کاربائیڈ کی تیاری میں ایک غالب پوزیشن کو برقرار رکھتا ہے۔

مکینیکل ملاوٹ کا طریقہ

مکینیکل الائینگ کے ذریعے سلکان کاربائیڈ پاؤڈر کی تیاری عام طور پر ہائی-انرجی بال ملنگ سے پیدا ہونے والی توانائی کو استعمال کرتی ہے تاکہ ری ایکٹنٹس کے درمیان باہمی ٹکراؤ اور بازی کو فروغ دیا جا سکے اور مطلوبہ پروڈکٹ بنایا جا سکے۔ گیند کی گھسائی کرنے کے عمل کے دوران، انتہائی اعلی مقامی اثر اور کمپریشن کے تحت جو ہائی-انرجی ملنگ گیندوں کی تیز رفتار گردش سے پیدا ہوتی ہے-ذرات کی نئی بے نقاب سطحیں ایک دوسرے کے ساتھ مل جاتی ہیں۔ ہائی-انرجی بال ملنگ ذرات کو بڑی تعداد میں نقائص پیدا کرنے کا سبب بنتی ہے۔ آزاد توانائی سے کارفرما، ذرہ کی سطحوں کے درمیان ایٹم ایک دوسرے میں پھیل جاتے ہیں، اس طرح ایک نیا مرحلہ بنتا ہے۔

مکینیکل ملاوٹ کے طریقہ کار کے فوائد ہیں جیسے کہ سادہ پروڈکشن ٹیکنالوجی، کم لاگت، اور سلکان کاربائیڈ پاؤڈر کی بڑے پیمانے پر پیداوار حاصل کرنے کی صلاحیت۔ تاہم، چونکہ مکینیکل الائینگ کے ذریعے SiC پاؤڈر کی ترکیب بے ترتیب تصادم حرکت کے ذریعے حاصل کی جاتی ہے، اس لیے مصنوعات کے ذرات میں عام طور پر ذرہ سائز کی وسیع تقسیم ہوتی ہے، اور مواد کو اسکرین کرنے کے لیے درجہ بندی کی ٹیکنالوجی کی ضرورت ہوتی ہے۔ ایک ہی وقت میں، بال کی گھسائی کرنے کے عمل کے دوران، ملنگ میڈیا اور ملنگ جار سے نجاست بہت آسانی سے متعارف کرائی جاتی ہے، اور چونکہ خام مال کا پاؤڈر عام طور پر سطح کے ذریعے رد عمل کا اظہار کرتا ہے-سے-سطح کے رد عمل کا، نامکمل ردعمل کا امکان ہوتا ہے۔ خلاصہ یہ کہ مکینیکل الائینگ اعلی-پاکیزگی والے SiC پاؤڈر کی ترکیب کے لیے ایک مثالی طریقہ نہیں ہے۔

خود-پروپیگیٹنگ ہائی-درجہ حرارت کی ترکیب کا طریقہ

خود-پروپیگیٹنگ اعلی-درجہ حرارت کی ترکیب کا طریقہ ٹھوس-مرحلے کی ترکیب کے طریقہ سے تعلق رکھتا ہے۔ اس طریقہ میں، بیرونی حرارتی ذریعہ کی حالت میں، ایکٹیویٹر کو شامل کیا جاتا ہے تاکہ ری ایکٹنٹس کا کیمیائی عمل بے ساختہ اور مسلسل آگے بڑھے۔ تاہم، ایکٹیویٹرز کا اضافہ لامحالہ دیگر نجاستوں کو متعارف کراتا ہے۔ مصنوعات کی پاکیزگی کو یقینی بنانے کے لیے، محققین رد عمل کے درجہ حرارت کو بڑھانے اور رد عمل کو برقرار رکھنے کے لیے حرارت کو جاری رکھنے کا انتخاب کرتے ہیں۔ اس طریقہ کو بہتر خود-پروپیگیٹنگ اعلی-درجہ حرارت کی ترکیب کا طریقہ کہا جاتا ہے۔

بہتر خود-پروپیگیٹنگ اعلی-درجہ حرارت کی ترکیب کا طریقہ ایک سادہ تیاری کا عمل اور اعلی ترکیب کی کارکردگی کا حامل ہے، اور بڑے پیمانے پر صنعت میں اعلی-پاکیزہ SiC پاؤڈر تیار کرنے کے لیے استعمال ہوتا ہے۔ یہ طریقہ ٹھوس Si ذرائع اور C ذرائع کو خام مال کے طور پر استعمال کرتا ہے، جس کی وجہ سے وہ 1400-2000 ڈگری سینٹی گریڈ کے اعلی درجہ حرارت پر مسلسل رد عمل ظاہر کرتے ہیں، اور آخر میں اعلی-پاکیزہ SiC پاؤڈر حاصل کرتے ہیں۔ فی الحال، SiC پاؤڈر کی تیاری کے لیے بہتر خود کو پھیلانے والی ترکیب کے طریقہ کار کی تحقیق کا مرکز یہ ہے کہ SiC پاؤڈر میں N عنصر کے مواد کو کیسے کم کیا جائے۔

مائع-مرحلہ طریقہ

سول-جیل کا طریقہ

فی الحال، مائع-مرحلے کے طریقوں میں سے، صرف سول-جیل کا طریقہ اعلی-پاکیزہ SiC پاؤڈر کی ترکیب کر سکتا ہے۔ اس کی تیاری کا عمل غیر نامیاتی نمکیات یا الکوکسائڈز کو سالوینٹس (پانی یا الکحل) میں تحلیل کرکے یکساں محلول بنانا ہے، یکساں سول حاصل کرنا ہے، جسے پھر خشک کرنے یا پانی کی کمی کے ذریعے جیل میں تبدیل کیا جاتا ہے، اور پھر مطلوبہ الٹرا فائن پاؤڈر حاصل کرنے کے لیے گرمی کا علاج کیا جاتا ہے۔

سلیکن کاربائیڈ پاؤڈر سول-جیل کے طریقہ کار کے ذریعے ترکیب کیا گیا تھا جو سب سے پہلے سلکان کاربائیڈ سیرامکس کو سنٹرنگ کے لیے استعمال کیا گیا تھا۔ عمل میں مسلسل بہتری کے ساتھ، ترکیب شدہ پاؤڈر کی پاکیزگی میں بھی اضافہ ہوتا چلا گیا ہے۔ فی الحال، سول-جیل طریقہ سے تیار کردہ SiC پاؤڈر پہلے سے ہی سنگل کرسٹل کی نشوونما کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔ سول-جیل کا طریقہ اعلی-پاکیزگی، الٹرا فائن SiC پاؤڈر تیار کر سکتا ہے، لیکن تیاری کی لاگت نسبتاً زیادہ ہے اور ترکیب کا عمل پیچیدہ ہے، اس لیے یہ صنعتی پیداوار کے لیے موزوں نہیں ہے۔

پولیمر پائرولیسس طریقہ

پولیمر پائرولیسس طریقہ بنیادی طور پر اعلی درجہ حرارت پر نامیاتی پولیمر کو گل کر SiC پاؤڈر تیار کرتا ہے۔ اس ترکیب کے طریقہ کار کو بنیادی طور پر دو اقسام میں تقسیم کیا گیا ہے: ایک سڑن کے رد عمل سے گزرنے کے لیے پیشگی کو گرم کرنا اور چھوٹے monomers کو چھوڑنا، جس سے SiO2 اور C بنتا ہے، اور پھر کاربوتھرمل کمی کے رد عمل کے ذریعے SiC پاؤڈر تیار کرنا؛ دوسرا ایک مونومر Si-C سکیلیٹن کو جاری کرنے کے پیش خیمہ کو گرم کر رہا ہے، جو بالآخر SiC پاؤڈر بناتا ہے۔ 1990 کی دہائی میں پولیمر پائرولیسس کے طریقہ کار پر بہت سے متعلقہ مطالعات ہوئے تھے، لیکن حالیہ برسوں میں چند متعلقہ محققین نے اس کا تذکرہ کیا ہے، اس کی بنیادی وجہ اس کی کم مصنوعات کی تبدیلی کی شرح، بہت زیادہ خام مال کی قیمت، اور نسبتاً بڑی آلودگی ہے۔

گیس-فیز کا طریقہ

کیمیائی بخارات جمع کرنے کا طریقہ (CVD)

CVD طریقہ گیسوں کے اعلی-درجہ حرارت کے رد عمل کے ذریعے انتہائی باریک، اعلی-پاکیزگی سی پاؤڈر حاصل کرتا ہے۔ Si ماخذ کو عام طور پر SiH4 اور SiCl4، وغیرہ سے منتخب کیا جاتا ہے، اور C ماخذ کو عام طور پر CH4، C2H2، اور CCl4، وغیرہ سے منتخب کیا جاتا ہے، جبکہ (CH3)2SiCl2 اور Si (CH3)4 جیسی گیسیں ایک ہی وقت میں Si ماخذ اور C ماخذ دونوں فراہم کر سکتی ہیں۔ ان گیسوں کی پاکیزگی 99.9999% سے زیادہ ہے۔

فی الحال، CVD طریقہ زیادہ تر نامیاتی گیس کے ذرائع کو خام مال کے طور پر استعمال کرتا ہے۔ اس طریقہ کار کے لیے آلات کے انٹیک بہاؤ کی شرح کے عین مطابق کنٹرول کی ضرورت ہوتی ہے، اور اس میں ترکیب گیس کے ذرائع اور اندرونی گریفائٹ حصوں کی پاکیزگی کے لیے انتہائی زیادہ تقاضے ہوتے ہیں۔ ایک ہی وقت میں، کیونکہ کیمیائی رد عمل کی بہت سی مصنوعات موجود ہیں، اس لیے سنکنرن اور زہریلی گیسیں جیسے کلورائیڈز بہت آسانی سے پیدا ہوتی ہیں، جو آپریٹرز اور آلات پر بہت زیادہ مطالبات رکھتی ہیں، اور اس لیے پیداواری لاگت بھی زیادہ رہتی ہے۔ اس کے علاوہ، اس طریقہ سے ترکیب شدہ پاؤڈر نانوسکل الٹرا فائن پاؤڈر ہے، جسے جمع کرنا آسان نہیں ہے۔ نیز، خود کیمیائی بخارات کے جمع ہونے کی حدود کی وجہ سے، ترکیب کی شرح نسبتاً سست ہے، اور فی الحال یہ اعلی-پاکیزگی والے SiC پاؤڈر کی بڑے پیمانے پر پیداوار حاصل نہیں کر سکتی۔

پلازما کا طریقہ

پلازما کا طریقہ ریڈیو-فریکوئنسی پاور سورس سے پرجوش پلازما کنٹینر میں رد عمل کی گیسوں کو منتقل کرنا ہے۔ گیسیں تیز-تیز رفتار الیکٹرانوں کے ساتھ تصادم کے تحت ایک دوسرے کے ساتھ رد عمل ظاہر کرتی ہیں، آخر کار اعلی-پاکیزہ SiC پاؤڈر حاصل کرتی ہیں۔ پلازما کے طریقہ کار میں استعمال ہونے والے گیس کے ذرائع وہی ہیں جو CVD طریقہ میں ہیں، اور گیس کی پاکیزگی بھی 99.9999% سے زیادہ ہے۔

پلازما کا طریقہ اعلی-پاکیزگی والے SiC پاؤڈر کی ترکیب کر سکتا ہے، اور پاؤڈر پارٹیکل سائز کی تقسیم یکساں ہے، جس میں آلودگی کا کوئی مسئلہ نہیں ہے۔ تاہم، سنگل کرسٹل کی نمو کی ضروریات کو پورا کرنے کے لیے ترکیب شدہ پاؤڈر پارٹیکل کا سائز بہت چھوٹا ہے، اور کرسٹل کی نمو کے لیے استعمال کیے جانے سے پہلے مزید پروسیسنگ کی ضرورت ہے۔ اس کے علاوہ، سامان ایک مختصر سروس کی زندگی اور اعلی قیمت ہے.