碳化硅的制作工艺

时间：2024-11-15

由于含量甚少，碳化硅主要多为人造。常见的方法是将石英砂与焦炭混合，利用其中的二氧化硅和石油焦，加入食盐和木屑，置入电炉中，加热到2000°C左右高温，经过各种化学工艺流程后得到碳化硅微粉。

碳化硅(SiC)因其很大的硬度而成为一种重要的磨料，但其应用范围却过一般的磨料。例如，它所具有的耐高温性、导热性而成为隧道窑或梭式窑的可以选择窑具材料之一，它所具有的导电性使其成为一种重要的电加热元件等。制备SiC制品首先要制备SiC冶炼块[或称：SiC颗粒料，因含有C且硬，因此SiC颗粒料曾被称为：金刚砂。但要注意：它与金刚砂（石榴子石）的成分不同。在工业生产中，SiC冶炼块通常以石英、石油焦等为原料，辅助回收料、乏料，经过粉磨等工序调配成为配比合理与粒度合适的炉料（为了调节炉料的透气性需要加入适量的木屑，制备绿碳化硅时还要添加适量食盐)经高温制备而成。高温制备SiC冶炼块的热工设备是**的碳化硅电炉，其结构由炉底、内面镶有电的端墙、可卸式侧墙、炉心体(全称为：电炉中心的通电发热体，一般用石墨粉或石油焦炭按一定的形状与尺寸安装在炉料中心，一般为圆形或矩形。其两端与电相连）等组成。该电炉所用的烧成方法俗称：埋粉烧成。它一通电即为加热开始，炉心体温度约2500℃，甚**（2600～2700℃），炉料达到1450℃时开始合成SiC（但SiC主要是在≥1800℃时形成），且放出CO。然而，≥2600℃时SiC会分解，但分解出的Si又会与炉料中的C生成SiC。每组电炉配备一组变压器，但生产时只对单一电炉供电，以便根据电负荷特性调节电压来基本上保持恒功率，大功率电炉要加热约24 h，停电后生成SiC的反应基本结束，再经过一段时间的冷却就可以拆除侧墙，然后逐步取出炉料。

高温煅烧后的炉料从外到内分别是：未反应料（在炉中起保温作用）、氧碳化硅（半反应料，主要成分是C与SiO)、粘结物层（是粘结很紧的物料层，主要成分是C、SiO2、40%～60%SiC以及Fe、Al、Ca、Mg的碳酸盐）、无定形物层（主要成分是70%～90% SiC，而且是立方SiC 即 β-sic，其余是C、SiO2及Fe、A1、Ca、Mg的碳酸盐）、二级品SiC层（主要成分是90%～95%SiC，该层已生成六方SiC，但结晶体较小、很脆弱，不能作为磨料）、一级品SiC（(SiC含量<96%，而且是六方SiC即口一SiC的粗大结晶体）、炉芯体石墨。在上述各层料中，通常将未反应料和一部分氧碳化硅层料作为乏料收集，将氧碳化硅层的另一部分料与无定形物、二级品、部分粘结物一起收集为回炉料，而一些粘结很紧、块度大、杂质多的粘结物则抛弃之。而一级品则经过分级、粗碎、细碎、化学处理、干燥与筛分、磁选后就成为各种粒度的黑色或绿色的SiC颗粒。要制成碳化硅微粉还要经过水选过程；要做成碳化硅制品还要经过成型与结烧的过程

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