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.但要注意:它与天然金刚砂(也称: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!
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.因其3!2g/cm3的比重及较高的升华温度(约2700°C)[1],碳化硅很适合做为轴承或高温炉之原料物件.在任何已能达到的压力下,它都不会熔化,且具有相当低的化学活性!由于其高热导性、高崩溃电场强度及高最大电流密度,在半导体高功率元件的应用上,不少人试着用它来取代硅[1]!
碳化硅又名碳硅石、金刚砂,是一种无机物,化学式为SiC,是用石英砂、石油焦(或煤焦)、木屑(生产绿色碳化硅时需要加食盐)等原料通过电阻炉高温冶炼而成。碳化硅在大自然也存在罕见的矿物,莫桑石!在C、N、B等非氧化物高技术耐火原料中,碳化硅为应用广泛、经济的一种,可以称为金钢砂或耐火砂。中国工业生产的碳化硅分为黑色碳化硅和绿色碳化硅两种,均为六方晶体,比重为3.20~3。25,显微硬度为2840~3320kg/mm2!
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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24h,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![5]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)、氧碳化硅羼(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即口一SiC,但结晶体较小、很脆弱,不能作为磨料)、一级品SiC层(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.
此外,它与微波辐射有很强的耦合作用,并其所有之高升华点,使其可实际应用于加热金属!纯碳化硅为无色,而工业生产之棕至黑色系由于含铁之不纯物.晶体上彩虹般的光泽则是因为其表面产生之二氧化硅保护层所致![5]物质结构纯碳化硅是无色透明的晶体。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.[3]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).
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!物质特性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;用以制成的耐火材料,耐热震、体积小、重量轻而强度高,节能效果好!
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1958年在波士顿召开第一次世界碳化硅会议进行学术交流!1978年六、七十年代碳化硅主要由前苏联进行研究。到1978年采用“LELY改进技术”的晶粒提纯生长方法!1987年~至今以CREE的研究成果建立碳化硅生产线,供应商开始提供商品化的碳化硅基.[3]物质品种编辑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!
在冶金行业有种技术叫做“回炉”,而回炉是放入硅球可以大大减少回炉所耗费的成本问题,将炉内的材料更好的聚合,硅球具有球化剂、孕育剂的应用。
硅球虽然是许多硅渣收集制作而来,但制作成球后还是含有一定量的硅元素的,在炼钢时仍然可以达到快速脱氧的效果,甚至一些牌号较高的硅球要比牌号低的硅铁、金属硅效果更好,而在铸造行业硅球也是必不可少的孕育剂球化剂。