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碳化硅至少有70种结晶型态!α-碳化硅为较常见的一种同质异晶物,在高于2000°C高温下形成,具有六角晶系结晶构造(似纤维锌矿)!β-碳化硅,立方晶系结构,与钻石相似,则在低于2000°C生成,结构如页面附图所示!虽然在异相触媒担体的应用上,因其具有比α型态更高之单位表面积而引人注目,而另一种碳化硅,μ-碳化硅较为稳定,且碰撞时有较为悦耳的声音,但直至今日,这两种型态尚未有商业上之应用!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、SiO40%~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、ACa、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!
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工业碳化硅因所含杂质的种类和含量不同,而呈浅黄、绿、蓝乃至黑色,透明度随其纯度不同而异!碳化硅晶体结构分为六方或菱面体的α-SiC和立方体的β-SiC(称立方碳化硅)!α-SiC由于其晶体结构中碳和硅原子的堆垛序列不同而构成许多不同变体,已发现70余种.β-SiC于2100℃以上时转变为α-SiC.碳化硅的工业制法是用石英砂和石油焦在电阻炉内炼制!炼得的碳化硅块,经破碎、酸碱洗、磁选和筛分或水选而制成各种粒度的产品!
由于天然含量甚少,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,但其应用范围却超过一般的磨料!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且超硬,因此SiC颗粒料曾被称为:金刚砂!
碳化硅有黑碳化硅和绿碳化硅两个常用的基本品种,都属α-SiC。①黑碳化硅含SiC约95%,其韧性高于绿碳化硅,大多用于加工抗张强度低的材料,如玻璃、陶瓷、石材、耐火材料、铸铁和有色金属等。②绿碳化硅含SiC约97%以上,自锐性好,大多用于加工硬质合金、钛合金和光学玻璃,也用于珩磨汽缸套和精磨高速钢刀具。此外还有立方碳化硅,它是以特殊工艺制取的黄绿色晶体,用以制作的磨具适于轴承的超精加工,可使表面粗糙度从Ra32~0.
16微米一次加工到Ra0!04~0!02微米!碳化硅由于化学性能稳定、导热系数高、热膨胀系数小、耐磨性能好,除作磨料用外,还有很多其他用途,例如:以特殊工艺把碳化硅粉末涂布于水轮机叶轮或汽缸体的内壁,可提高其耐磨性而延长使用寿命1~2倍用它可加快炼钢速度,并便于控制化学成分,提高钢的质量.此外,碳化硅还大量用于制作电热元件硅碳棒!碳化硅的硬度很大,莫氏硬度为5级,仅次于世界上较硬的金刚石(10级),具有优良的导热性能,是一种半导体,高温时能抗氧化!
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但要注意:它与天然金刚砂(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专用的碳化硅电炉,其结构由炉底、内面镶有电极的端墙、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!
碳化硅陶瓷辐射管、具有良好的热传导性,热应力高、耐高温、抗氧化性好、使用寿命长等特点。适用于钢铁、冶金行业的退火处理生产线及高温、高腐蚀、高磨损条件下的热传导装置及散热装置。1、火焰内管采用碳化硅材料SiSiC可承受很高的热应力2、多节内管可根据辐射管长度,组合成所需长度的内管3、SiSiC火焰内管允许金属辐射管弯曲,且不损坏火焰内管及辐射管4、与金属内管相比,SiSiC火焰内管重量轻,可减少对金属辐射管的负荷5、与金属内管比较,SiSiC火焰内管具有较高的热传导率