Өндірістегі технологиялық процесстер

 

Жартылай  өткізгіш материалдарды алу жолдары Жартылай өткізгіштердің қасиеті оларды алу жолына байланысты болады, себебі өсу процесінде әр түрлі құймалар оларды өзгертуі мүмкін. Монокристалдық технологиялық кремний алудың арзан әдістерінің бірі Чохральский әдісі. Ал технологиялық кремний алу үшін зоналық балқыту әдісі қолданылады.  Жартылай өткізгіштердің монокристалдарын алу үшін физикалық және химиялық отырғызудың әр түрлі әдістері қолданылады. Монокристалдарды өсіретін ең кең тараған және қымбат әдістердің бірі молекулярлы сәулелік эпитаксия, ол кристалды өте дәлдікпен өсіруге мүмкіндік береді. Чохральский әдісі

Бұл әдісте құймалардан кристалдарды тартады, мысалы, кремний диаметрі 200 мм-ге дейін және ұзындығы 1 м-ге дейін. Жартылай өткізгішті қоспаны өсіру кезінде, егер бір компаненттің булану жылдамдығы жоғары болса, құймаға периодты түрде сол компанент қосылады немесе осы компонентке көбірек қыздырылған тигелді орналастырады.

Бриджмен  әдісі  

Қыздыру аумағының ампуласының баяу қозғалысы кезінде ампуланың ұшқыр соңында қатты фазаның бір монокристалдық дән түзіледі, ол монокристалды қалыптастырады. Бұл әдіс жартылай өткізгішті қоспаларды алуда қолданылады.

Жартылай  өткізгіш материалдарды магнетрондық алу әдісі Магнетрондық әдіс— магнетронның көмегімен жұқа қабықшаларды төсемшелерге жағу технологиясы.Магнетрондық әдістің жұмысы нысан материалы катодтың плазмада ыдырату разрядын түзетін, жұмыс газының иондармен бомбардировкалау кезінде ыдырауына негізделген. Магнетрондық ыдырату жүйесінің негізгі элементтері анод, катод және катодтың бетінде плазманың локализациясына арналған магнитті жүйе болып келеді. Катодтың астында орналасқан магнитті жүйе орталықтандырылған және тұрақты периферийлі магниттерден тұрады.

 Магнетрондық әдістің  негізгі артықшылығына қабықша  алудың жоғары жылдамдығы мен  ыдыралатын материал құрамының  тұрақтылығы жатады.

 Магнетрондық әдіс  арқылы кез келген металдардан,  құймалардан және жартылайөткізгіш  материалдардан стехиометриялық  құрамының бұзылуынан қабықшаларды  алуға болады. Жұмыс атмосферасына  байланысты әр түрлі материалдардың  оксидтері, сульфидтері, нитридтерінің  қабықшаларын алады. Магнетрондық  әдісте конденсация жылдамдығы  ток күшіне немесе жұмыс газының  қуаты мен қысымына тәуелді.  Магнетрондық әдістің жұмыс ортасы  ретінде инертті және реакциялық  газдардың қоспаларын пайдаланады. 

Бұл әдістің артықшылықтарымен  қатар кемшіліктері бар. Оның өнімділігі төмен және консесация жылдамдығы аз болып келеді. Сонымен қатар жоғары жиілікті  жұмыс кезінде магнетронның ток көзінің түсірілген жүкпен сәйкес келуінің қиындығын кемшілік тудырып  отыр.

 

Газдық  фазадан жартылай өткізгіш материалдарды  алу жолдарыГаздық фазадан отырғызу арқылы жартылайөткізгіштің эпитаксиалдық қабықшаларын алуды газофазалық эпитаксия деп атайды. Технологияда кеңірек қолданылатыны кремнийлі, германийлі және арсенид галийлі жартылайөткізгішті приборлар мен интегралды схемаларда қолданылыды. Бұл процесс атмосфералық немесе төменгі қысымдағы вертикал және горизонтал типті реакторларда болады. Реакция 750—1200 °C қа дейін қыздырылған жартылайөткізгішті пластиналарда жүргізіледі. Инфрақызыл сәулелену, индукциондық немесе резистивті тәсілдермен төсемшелер қыздырылады. Арнайы отырғызу шарттары үшін процестің шекті температурадан төмендеуі поликристалдық қабықшаның түзілуіне әкеледі. Бір жағынан ол эпитаксиалды қабықша мен төсемше арасындағы диффузиялы ауыспалы аумақтың енін төмендетеді. Кремнийдің эпитаксиалды қабықшаларын газофазалық эпитаксия арқылы алудың екі негізгі әдісі бар: кремний тетрахлоридінің  (SiCl₄), трихлорсилананың (SiHCl₃) или дихлорсиланныңа (SiH₂Cl₂) сутектік қалпына келуі.Газофазалық эпитаксия әдісі әдеттегі қысымдағы эпитаксия және плазмадағы төмен қысымдағы эпитаксия болып бөлінеді. Газофазалық әдіс өте кең тараған. Кремний интегралдық схемаларында бұл әдіспен жекелеғіш қабықшалар қалыптасып, металдар мен метал силицидтеріне жағылады. Алюминий қабықшаларының вакуумдық тозаңдату әдісіне қарағанда газофазалық эпитаксия беткі қабатта қалыңдығы бойынша да, қиын формасы бойынша да біртекті қабықша алуға мүмкіндік береді. Газофазалық эпитаксияның химиялық әдісі химиялық реакциясы нәтижесінде заттың газдық фазадан отырғызуға негізделген. Оның мысалы ретінде кремнийлі немесе германиилі эпитаксиалды қабықшаларды алу технологиясын жатқызуға болады. Кейбір жағдайларда газофазалық эпитаксиа термодинамакалық тиімді болып келеді.

 

Оттекті ацетиленді инжекционды горелканың конструкциясы

            Ацетилен-оттектік пісіруге электр  энергиясы қажет емес (кальций  карбидін және оттек алу үшін  электр қажет болды); газпісірушілік  қондырғылар автономды, эксплуатацияда  қиын емес,жылжымалы болып келеді.

          Ацетилен оттектік газдармен дәнекерлеуді бірдей металдан жасаған бөлшектерді балқыту арқылы біріктіргендіктен автогенді деп атайды. Бөлшектердің қатты ажырамайтын байланысы ацетилен оттектік горелкасының жалынымен байланыстырушы бөлшектердің шетін балқыту арқылы жүзеге асырылады. Осыдан алынған сұйық металл ажырамайтын құйма түзеді.

          Ацетилен оттектік газдардың  жалыны ацетиленнің оттектен  басқа газдарда жануынан туындайды.  Газ жалындық өңдеу жанғыш  затты араластырғыш камераға  беру тәсіліне байланысты инжекторлы  және инжекторсыз горелкалар  болып бөлінеді. Оның жұмыс істеу  принципі, негізгі талаптары және  жұмыс тұрақтылығының шарттары  ацетилен оттектік горелкалар  негізінде қарастырылады.

 

Инжекторлы  горелкалардың жұмыс істеу принципі0,5-4 кгс/см² қысымда горелкаға оттекті орташа және төмен қысыммен инжектирлеу негізінде жанғыш зат түзілуіне негізделген. Оттек ниппель, трубка, вентиль арқылы инжектор каналының осіне түсіп, өте қатты жылдамдықпен араластырғыш камераға түседі. Түзілген жанғыш заттың құрамы горелканың вентильдарымен реттеліп,горелкадан наконечник пен мундштук трубкасы арқылы шығады. Жанғыш заттың қысымы 0,01 кгс/см² тан төмен болмауы керек.

           Ацетиленнің шикізаты ретінде  кальций карбиді мен су қолданылады.  Кальций карбиді сыртқы келбетінен  тасты еске түсіретін қатты  зат болып табылады. Оны 3000°С  температурадағы электрлік пешінде  көміртекпен байланыстыру арқылы  алады.

Жоғары жылдамдықпен инжектордан шыққан горелкадағы  ацетилен көміртекпен сығылады. Кеңейтілген  каналдағы газдар араласады.

 

Ақ,Сұр, Құйылмалы,Cоғылған шойын.

Шойын  жақсы құйылатын қасиеті бар темірмен көміртектің (2% жоғарғы) қорытпасы; темірдің көміртек (2%-тен астам, өдетте, 3—4,5%), қайсыбір мөлшерде марганец (1,5%-ке дейін), кремний (4,5%-ке дейін), күкірт (0,08%-тен аспайды), фосфор (1,8%- ке дейін), ал кейде басқа да элементтер қосылған қорытпасы. Шойында көміртек темір карбиді Ғе3С түрінде байланыеқан күйде болуы мүмкін (сұр Шойын). Шойын темір кендерін домна пештерінде балқыту арқылы алынатын өндеудің бастапқы өнімі; қолданылуы мен химиялық құрамына қарай шойын қолданбалы, яғни болат қорытуға арналған  Шойын, құйма Шойын, арнаулы Шойын болып бөлінеді яғни болат қорытуға арналған.

Ақ шойын - құрамында цементит (темір мен көміртек) қосындысы бар, кейде бос графитте болатын өте қатты морт сынғыш шойын; құйма шойындарға жатады. Морт сынатындықтан, сол қалпында пайдалануға тиімсіз, тек құрамындағы цементит қосылыстары ажыратылғаннан кейін ғана машиналардың түрлі бөлшектерін жасауға жарамды, илемді, созылмалы шойынға айналады. Шойынды тез суытса ондағы цементит айырылып үлгермейді, ол шойын ішінде сол қалпында қалғандықтан шойынға қаттылық, әрі томырықтық қасиет береді. Жарылған беті жарқыраған, ақшыл, таза болғандықтан оны ақ шойын деп атайды. Мұнда кремний аз, бірақ біраз марганец болады. Ақ шойын сол қалпында қолданылмайды, оны тағы өңдеп және темірге айналдырады.

Сұр шойын -тілімшелі графит түріндегі көміртек едеуір дәрежеде немесе толық бос күйде болатын шойын. Құрамын: Мn, Р, S қосындысы бар Fe-C-Si қорытпа. Сұр шойын құрамында 2,4— 3,8% көміртек пен 1,2—3,5% кремний болады.

Құйылмалы шойын - домна пешінде немесе шойын пеште қорытылған шойын. Бұл шойын қатайған соң тасымалданып тұтынушыға жеткізіледі. Құйма дайындамалардың массасы соғылмалы шойыннан құйылған дайындамалар массасынан шамамен екі еседей кем болады.   Құрылымында сфера түрлес графиттік кірме бар болатын, беріктігі жоғарғы шойын.

Қасиеті: Шойынның құрамындағы  көміртекті азайтса, қатты болат (С-0,3-25%)  және жұмсақ болат (С-0,3% кем), яғни темір  алынады. Шойынды домна пештерінде алады. Домна пешінің биіктігі 25-30м, екі диаметрі 6м, іші отқа берік  кірпіштермен қаланған. Темір кендері  негізінен оксид болғандықтан оларды көмірмен тотықсыздандырады, бірақ  балқыған темір өз ішінде көмірді  ерітеді, сондықтан тотықсызданған темір таза түрде емес, ішінде еріген, 1,7-5% көміртек және басқа қоспалары  бар қима түрінде шығады, ол қима шойын деп аталады.

 

Cоғылған шойын- құрамына жапалақ түрлес графит кіретін және ақ шойынды босаңдату нәтижесінде алынатын шойын.

Қасиеті:механикалық қасиеттері жағынан сүр шойын мен болат  аралығына сәйкес келетін шойын. Шындалған шойынды кейде соғылмалы  шойын деп те атайды. Шойынның технологиялық  қасиеттері бойынша және оның тіпті  соғылмайтындыгын ескере отырып, шындалған  шойын атауының дүрыс екенін ескерген жөн. Тұтқырлығы жоғары, құйма ретінде  ақ шойындар қатарына жатады, ақ шойын  құймаларын жоғары температурада ұзақ уақыт қыздырып, жасыту арқылы алады.

 

Плазмалық дәнекерлеу. Плазмотронның құрылысы, жұмыс істеу принципі.

Плазмалық дәнекерлеу-плазмалық  доға ағынының бағыты қөмегімен дәнекерлеу. Аргноды дәнекерлеуге ұқссас боп  келеді. Плазма деп, электрлік зарядталған  иондардан, электрондардан, нейтралды  атомдармен молекулалардан тұратын  толығымен немесе бір бөлігі ионизацияланған  газды айтамыз. Бірақ мына әдісьегі плазмадан айырмашылығы бар. Себебі, бұндағы «плазма» термині қарапайым  доға арқылы жасалады. Оның температурасы  жоғары емес және төмен энергия қалдығына  ие.

Плазмотронның құрылысы.

Негізгі элементтері: электрод,сопло, затрубкка механизімі. Плазмотрон - төменгі температуралы плазманы алуға арналған газ разрядты құрылғы.

Электродтық түйін және затрутка мехазнизмінің іші арқылы газ  өткенде, плазматрон электродының осі  бойынша құйынды ағыс тудырады.ол сопло каналы арқылы шығады. Жұмыс істеу принципі:   Рязрад тудыру мақсатында генеретор жоғары кернеулі потенциалды электрод және сопло арасында тудырады. Бұл заряд электрлік доғаны  жандырады. Ол жалын сопло каналы арқылы ауамен үрленіп сыртқа шығады. Жалын арқылы дәнекерлеу процесі дәнекерлемелермен, флюстармен жүргізіледі. Резистор арқылы доғаның тоғын бақылайды және ол 20-60А шамасында болады.

Металды тиген доға резисторды шунттайды.

 

 

 

 

Оттекті-ацителенді инжекционды горелка конструкциясы.

Суретте оттекті-ацителенді инжекционды горелка конструкциясы көрсетілген.

Мұндағы; а,б-инжекторлы камера каналдарының диаметрлері, в- араластырғыш камера мен инжектор арасындағы қуыс өлшемі, г- штецер қапаталындағы шығыңқылар, д- мундштук диаметрі, 1-оттекті нипель, 2-рукоятка, 3,15- оттекті-ацителенді түтікшелер, 4- корпус, 5,14- оттекті-ацителенді вентелдер, 6- наконечник нипелі, 7- мундштук, 8- пропан-бутан-оттекті  қоспа үшін мундштук, 9- штуцер, 10- қыздырғыш, 11- жанғыш қоспа түтігі, 12- араластырғыш камера, 13 инжектор, 16- ацителенді нипель.

Техникалық сипаттамасы:

Бұндағы ацителен қысымы оттек  қысымынан төмен болуы қажет. (0,001-0,12 МПа және 0,15—0,5 МПа). Горелка  екі бөліктен тұрады: ұшы(ствол) және аяғы(наконечника). Ұшына мыналар  кіреді: 1-оттекті нипель, 16- ацителенді нипель, 2-рукоятка, 3,15- оттекті-ацителенді түтікшелер, 4- корпус, 14- оттекті-ацителенді вентелдер.

Аяғына: 11- жанғыш қоспа түтігі, 12- араластырғыш камера, 13 инжектор, 6- наконечник нипелі, 7- мундштук.

 

Электрофизикалық  және электрохимиялық өңдеу әдістері

Электрофизикалық  өңдеу әдістері:

Электроэрозиялық, электромеханикалық, сәулелік өңдеу, ультрадыбыстық, электрогидравликалық, плазмалық және т.б.

Электроэрозиялық  әдіс электроразрядтың импульсі арқылы материал бөлшектерін түзеуге негізделген . Ол 2-ге бөлінеді:

1)электроискралық

2)электроимпульсті

Электроискралықты

Лазаренко  1943 жылы ұсынған. Бұл әдіс искралық разрядқа негізделген.

Электроимпульстіні М. М. Писаревский ұсынған.  Бұл әдіс импульсті разрядқа негізделген.

Электромеханикалық  әдіс өңдеу аумағындағы материалға механикалық және электрлік әсер арқылы түзеу әдісі боп келеді. Оған жататындар:  электроконтактті өңдеу,магнитті импульсті өңдеу, аброзивті құрылғымен өңдеу және т.б.

Сәулелік өңдеу- материалды электронды шоқпен және жарық сәулелерімен өңдеу әдісі. Электрон сәулелік энергиясы жоғары (100 кэв дейін) болатын электрондар ағынымен жасайды. Бұл әдіс барлық материалдарға жарайды.

Электрогидравликалық  өңдеуді басқаша штамптау деп те атайды. Бұл әдіс қатты электрлік разряд көмегімен гидравликалық соққы жасау энергиясына негізделген.

Ультрадыбыстық (әдетте 15—50 кгц жиілікпен) өңдеу электроакустикалық сәуле таратқыш технологиялық аппараттыарымен жүзеге асатын әдіс. Негізгі сәуле таратқыш элемент - электроакустикалық түрлендіргіш.