碳化硅是由美国人艾奇逊在1891年电熔金刚石实验时,在实验室偶然发现的一种碳化物,当时误认为是金刚石的混合体,故取名金刚砂,1893年艾奇逊研究出来了工业冶炼碳化硅的方法,也就是大家常说的艾奇逊炉,一直沿用至今,以碳质材料为炉芯体的电阻炉,通电加热石英SIO2和碳的混合物生成碳化硅。关于碳化硅的几个事件1905年次在陨石中发现碳化硅!1907年只碳化硅晶体发光二极管诞生!1955年理论和技术上重大突破,LELY提出生长高品质碳化概念,从此将SiC作为重要的电子材料!
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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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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!
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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!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!
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.其两端与电极相连)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℃,甚至更高(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!
SiC含量小于50%称半碳化硅耐火材料,如高铝、莫来石、刚玉、锆英石以及石墨碳化硅制品。依品种之不同,用半干法、可塑法、注浆法等成型,干燥后在1350〜2200℃烧成,也可用热压法、反应烧结等方法制造。其化学成分除SiC外,还有各种氧化物,其中*重要的有Si02、Al203和Fe203,特殊产品中还含有BaO、FenSim、Si3N4、Si、C和B等。黏土、Si02、氮化硅、氮氧化硅结合的制品,*高使用温度(氧化气氛)依次约为:1450℃、1550℃、1600〜1650℃、1550〜1600℃。主要用于冶金铸锭、髙炉炉底和内衬、出铁槽、出钢口、有色冶炼、陶瓷窑具、试验炉内衬、化学工业油气发生器以及航天航空工业的喷嘴等。