Каскадний комплекс промислового виробництва порошку карбіду кремнію високої якості

Реферат: Каскадний комплекс промислового виробництва порошку карбіду кремнію високої якості містить перший змішувач компонент колоїдного розчину, таких як джерело кремнію і джерело вуглецю, який зв'язаний з сушильною піччю, яка зв'язана з піччю синтезу карбіду кремнію. Додатково комплекс містить n змішувачів компонент колоїдного розчину, вихід кожного з яких зв'язаний з входом сушильної печі, вихід якої зв'язаний з входом печі синтезу карбіду кремнію, вихід якої зв'язаний з входом печі декарбонізації, вихід якої зв'язаний з входом селектора потоку продукції, кожний з перших виходів селекторів потоку продукції є виходом для окремих за розмірами частинок, кожний з других виходів n-1 селекторів потоку продукції зв'язаний з входом наступного за номером змішувача компонент колоїдного розчину, блок деіонізації і активації води зв'язаний своїми виходами з додатковими входами кожного із змішувачів, блок управління зв'язаний двостороннім зв'язком з усіма елементами виробничого ланцюга. UA 108789 U (12) UA 108789 U UA 108789 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель стосується галузей мікроелектроніки та машинобудування, а саме крупносерійного виробництва порошкових матеріалів для виготовлення напівпровідникових елементів, різноманітного інструмента, композитних матеріалів, бурильного обладнання тощо. Відомий комплекс промислового виробництва порошку карбіду кремнію високої якості [пат. RU № 2574450, С01В 31/36], який містить сушильну піч, змішувач компонент, таких як джерело кремнію і джерело вуглецю, ущільнювач суміші компонент, піч синтезу карбіду кремнію і подрібнювач пористого карбіду кремнію. Збігаються з суттєвими ознаками комплексу промислового виробництва, що заявляється, змішувач компонент, таких як джерело кремнію і джерело вуглецю, сушильна піч і піч синтезу карбіду кремнію. Недолік відомого комплексу промислового виробництва полягає в тому, що співвідношення продукції з різними за розмірами частинками порошку карбіду кремнію, які виробляють одночасно, регулюється недостатньо, що погіршує його універсальність. Відомий комплекс промислового виробництва порошку карбіду кремнію високої якості [пат. WO № 2013094934, С01В 31/36, С04В 35/565], вибраний за основними ознаками як найближчий аналог, який містить змішувач компонент колоїдного розчину, таких як джерело кремнію і джерело вуглецю, який зв'язаний з пульверизатором, розташованим на вході сушильної печі, яка зв'язана з піччю синтезу карбіду кремнію. Збігаються з суттєвими ознаками комплексу промислового виробництва, що заявляється, змішувач компонент колоїдного розчину, таких як джерело кремнію і джерело вуглецю, який зв'язаний з сушильною піччю, яка зв'язана з піччю синтезу карбіду кремнію. Недолік відомого комплексу промислового виробництва полягає в тому, що використання n таких комплексів для одночасного виробництва продукції з різними за розмірами частинками порошку карбіду кремнію технологічно ускладнено, що погіршує його універсальність. В основу корисної моделі поставлено задачу вдосконалення відомого комплексу промислового виробництва, у якому шляхом конструктивних змін забезпечено зменшення технологічних ускладнень для одночасного виробництва продукції з різними за розмірами частинками порошку карбіду кремнію, що покращує його універсальність. Каскадний комплекс промислового виробництва порошку карбіду кремнію високої якості, який містить перший змішувач компонент колоїдного розчину, таких як джерело кремнію і джерело вуглецю, який зв'язаний з сушильною піччю, яка зв'язана з піччю синтезу карбіду кремнію, згідно з корисною моделлю, містить n змішувачів компонент колоїдного розчину, вихід кожного з яких зв'язаний з входом сушильної печі, вихід якої зв'язаний з входом печі синтезу карбіду кремнію, вихід якої зв'язаний з входом печі декарбонізації, вихід якої зв'язаний з входом селектора потоку продукції, кожний з перших виходів селекторів потоку продукції є виходом для окремих за розмірами частинок, кожний з других виходів n-1 селекторів потоку продукції зв'язаний з входом наступного за номером змішувача компонент колоїдного розчину, блок деіонізації і активації води зв'язаний своїми виходами з додатковими входами кожного із змішувачів, блок управління зв'язаний двостороннім зв'язком з усіма елементами виробничого ланцюга. Крім того, сушильна піч, піч синтезу карбіду кремнію і піч декарбонізації виконані з можливістю їх обертання. Сукупність основних ознак пропонованого комплексу промислового виробництва карбіду кремнію високої якості забезпечує вирішення поставленої задачі. На виході кожного з n-1 його каскадів, що виробляє продукцію із заданими розмірами частинок порошку карбіду кремнію високої якості, міститься селектор потоку продукції. За його допомогою частину цієї продукції перерозподіляють до наступного каскаду, що виробляє продукцію із заданими більшими розмірами частинок порошку карбіду кремнію і т. д. Додатково введений блок управління з двостороннім зв'язком з усіма елементами комплексу дозволяє оптимізувати виробництво порошку карбіду кремнію високої якості з різними за розмірами частинками за його кількісними характеристиками і дотриманням технологічного процесу, що покращує його універсальність. Обертанням сушильної печі, печі синтезу карбіду кремнію і печі декарбонізації підтримують сипучість продукції. При цьому порівняно з першим аналогом немає необхідності в механічному відокремленні та сортуванні за розмірами отриманих частинок порошку карбіду кремнію. На фіг. 1 зображено блок-схему каскадного комплексу промислового виробництва порошку карбіду кремнію високої якості. На фіг. 2 показано графіки якісного опису динаміки росту частинок синтезованого SiC з різним складом реакційної суміші. На фіг. 3 показано знімок субмікронних частинок синтезованого SiC, виконаний на просвічуючому електронному мікроскопі. 1 UA 108789 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 На фіг. 4 показано знімок мікронних частинок синтезованого SiC, виконаний на растровому електронному мікроскопі. Каскадний комплекс, що заявляється, містить І, II та n-ий каскади виробництва окремих за розмірами частинок карбіду кремнію. І каскад містить зв'язані послідовно змішувач 1, сушильну піч 2, піч 3 синтезу карбіду кремнію, піч 4 декарбонізації і селектор 5 потоку продукції. Перший вихід селектора 5 потоку продукції є виходом для найменших частинок синтезованого SiC. Другий його вихід зв'язаний із змішувачем 6 II каскаду, який зв'язаний послідовно з сушильною піччю 7, піччю 8 синтезу карбіду кремнію, піччю 9 декарбонізації і селектором 10 потоку продукції. Перший вихід селектора 10 потоку продукції є виходом для других за розмірами частинок синтезованого SiC. Другий його вихід зв'язаний із змішувачем 11 n-го каскаду, який зв'язаний послідовно з сушильною піччю 12, піччю 13 синтезу карбіду кремнію, піччю 14 декарбонізації і селектором 15 потоку продукції, вихід якого є виходом для найбільших за розмірами частинок синтезованого SiC. Блок 16 деіонізації і активації води зв'язаний своїми виходами з додатковими входами кожного із змішувачів, блок 17 управління зв'язаний двостороннім зв'язком з усіма елементами виробничого ланцюга. При цьому усі сушильні печі, печі синтезу карбіду кремнію і печі декарбонізації виконані з можливістю їх обертання. Параболічна крива 18 в координатах часу t і діаметру часток d ілюструє варіант росту частинок синтезованого SiC в першому каскаді, крива 19 із додаванням початкової ділянки кривої 18 - в другому каскаді. Каскадний комплекс промислового виробництва порошку карбіду кремнію високої якості працює таким чином. За допомогою блока 17 управління вибирають програму виготовлення продукції у заданій кількості з розподілом за розмірами частинок. У кожному каскаді до змішувачів 1, 6 та 11 подають пірогенний діоксид кремнію, цукор належної якості та деіонізовану і активовану воду з виходів блока 16. В утвореному колоїдному розчині при змішуванні відбувається його структурування і гомогенізація, після чого він надходить відповідно до сушильних печей 2, 7 та 12. Температуру в цих сушильних печах підвищують ступінчасто: на першому етапі видаляють незв'язану воду, на другому етапі проводять карамелізацію, а на останньому етапі карбонізацію утвореної порошкової суміші. Із сушильних печей ця суміш надходить відповідно до печей 3, 8 та 13 синтезу карбіду кремнію, у яких відбувається ріст частинок карбіду кремнію, динаміка якого описується, наприклад, кривою 18. Для випалювання вільного вуглецю, продукцію з цих печей переводять відповідно до печей 4, 9 та 14 декарбонізації, з яких вона надходить відповідно до селекторів 5, 10 та 15 потоку продукції. З виходу цих селекторів відбирають продукцію з І, II та n-го каскаду у вигляді субмікронних частинок синтезованого SiC. Продукцію з другого виходу селектора 5 І каскаду також додають у визначеній кількості до змішувача 6 і послідовно до інших елементів виробничого ланцюга II каскаду. При цьому в печі 8 синтезу карбіду кремнію збільшується кількість центрів кристалоутворення, що суттєво залежить від кількості доданих більш крупних частинок і співвідношення компонент реакційної суміші після зазначеного додавання. Крупні частинки мають енергетично більшу вірогідність участі в синтезі кристалів, як зародки, ніж мілкі структурні елементи реакційної суміші між собою. В результаті час синтезу кристалів у цій печі зменшується і діаметр синтезованих частинок карбіду кремнію збільшується, як це проілюстровано кривою 19. Період часу для росту цих частинок від діаметра d1 до діаметра d2 без доданих частинок дорівнює різниці t3-t1, а при їх додаванні він дорівнює різниці t2-t1, що помітно менше. Продукція І каскаду складається з субмікронних частинок синтезованого SiC, як це проілюстровано знімком на фіг. 3, а II каскаду з мікронних частинок синтезованого SiC. Аналогічним перерозподілом частини продукції з виходів попередніх каскадів до входів наступних виготовляють різний за розмірами і відповідно за призначенням порошок карбіду кремнію високої якості. Якість за чистотою суттєво залежить від чистоти вхідних компонент і технологічного устаткування. Важливою особливістю пропонованого каскадного комплексу промислового виробництва порошку карбіду кремнію високої якості є те, що за допомогою його блока 17 управління можна встановити оптимальний режим виготовлення продукції необхідної номенклатури. Так, описаний вище варіант виготовлення продукції реалізує можливість вирощення більш крупних частинок в печах синтезу карбіду кремнію не за рахунок підвищення температури, що покращує енергоефективність комплексу. За необхідності, можливо також прискорити ріст більш крупних частинок традиційним підвищенням температури, зокрема в печі 2 синтезу карбіду кремнію І каскаду і/бо інших. Також при відсутності замовлення на дрібніший порошок, можливо відтермінувати запуск змішувача 6 та інших до виготовлення необхідних домішок частинок для пришвидшення росту кристалів SiC. 2 UA 108789 U 5 Обертання сушильної печі, печі синтезу карбіду кремнію і печі декарбонізації забезпечує сипучість продукції і підвищує рівномірність температурної обробки реакційних сумішей. Пропонований каскадний комплекс промислового виробництва порошку карбіду кремнію високої якості успішно пройшов експериментальні випробування на макетах, а основні виробничі елементи - в умовах, близьких до промислового виробництва. Підтверджено його високу ефективність та високу якість продукції. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 10 15 20 1. Каскадний комплекс промислового виробництва порошку карбіду кремнію високої якості, який містить перший змішувач компонент колоїдного розчину, таких як джерело кремнію і джерело вуглецю, який зв'язаний з сушильною піччю, яка зв'язана з піччю синтезу карбіду кремнію, який відрізняється тим, що містить n змішувачів компонент колоїдного розчину, вихід кожного з яких зв'язаний з входом сушильної печі, вихід якої зв'язаний з входом печі синтезу карбіду кремнію, вихід якої зв'язаний з входом печі декарбонізації, вихід якої зв'язаний з входом селектора потоку продукції, кожний з перших виходів селекторів потоку продукції є виходом для окремих за розмірами частинок, кожний з других виходів n-1 селекторів потоку продукції зв'язаний з входом наступного за номером змішувача компонент колоїдного розчину, блок деіонізації і активації води зв'язаний своїми виходами з додатковими входами кожного із змішувачів, блок управління зв'язаний двостороннім зв'язком з усіма елементами виробничого ланцюга. 2. Каскадний комплекс за п. 1, який відрізняється тим, що сушильна піч, піч синтезу карбіду кремнію і піч декарбонізації виконані з можливістю їх обертання. 3 UA 108789 U 4 UA 108789 U 5 UA 108789 U Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6