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碳化硅性能与碳化硅生产工艺

发布时间:2021-02-24


  天然的碳化硅很少,工业上使用的为人工合成原料,俗称金刚砂,是一种典型的共价键结合的化合物。碳化硅是耐火材料领域中常用的非氧化物耐火原料之一。

  (1)碳化硅的性质:碳化硅主要有两种结晶形态:b-SiC和a-SiC。b-SiC为面心立方闪锌矿型结构,晶格常数a=0.4359nm。a-SiC是SiC的高温型结构,属六方晶系,它存在着许多变体。碳化硅的折射率非常高,在普通光线下为2.6767~2.6480.各种晶型的碳化硅的密度接近,a-SiC一般为3.217g/cm3,b-SiC为3.215g/cm3.纯碳化硅是无色透明的,工业SiC由于含有游离Fe、Si、C等杂质而成浅绿色或黑色。绿碳化硅和黑碳化硅的硬度在常温和高温下基本相同。SiC热膨胀系数不大,在25~1400℃平均热膨胀系数为4.5×10-6/℃。碳化硅具有很高的热导率,500℃时为64.4W/(m·K)。常温下SiC是一种半导体。碳化硅具有耐高温、耐磨、抗冲刷、耐腐蚀和质量轻的特点。碳化硅在高温下的氧化是其损害的主要原因。

  (2)碳化硅的合成:①碳化硅的冶炼方法,合成碳化硅所用的原料主要是以SiO2为主要成分的脉石低档次的碳化硅可用低灰分的无烟煤为原料。辅助原料为木屑和食盐。碳化硅有黑、绿两种。冶炼绿碳化硅时要求硅质原料中SiO2含量尽可能高,杂质含量尽量低。生产黑碳化硅时,硅质原料中的SiO2可稍低些。对石油焦的要求是固定碳含量尽可能高,灰分含量小于1.2%,挥发分小于12.0%,石油焦的粒度通常在2mm或1.5mm以下。木屑用于调整炉料的透气性能,通常的加入量为3%~5%(体积)。食盐只在冶炼绿碳化硅时使用。

  硅质原料与石油焦在2000~2500℃的电阻炉内通过以下反应生成碳化硅:SiO2+3C→SiC+2CO↑-526.09KjCO通过炉料排出。加入食可与Fe、Al等杂质生成氯化物而挥发掉。木屑使物料形成多孔烧结体,便于CO气体排出。碳化硅形成的特点是不通过液相,其过程如下:约从1700℃开始,硅质原料由砂粒变为熔体,进而变为蒸汽(白烟);SiO2熔体和蒸汽钻进碳质材料的气孔,渗入碳的颗粒,发生生成Sic的反应;温度升高至1700~1900℃时,生成b-SiC;温度进一步升高至1900~2000℃时,细小的b-SiC转变为a-SiC,a-SiC晶粒逐渐长大和密实;炉温再升至2500℃左右,SiC开始分解变为硅蒸汽和石墨。


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