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!
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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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.
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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!
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)。
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.
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]!
作为市场上常见的磨料之一,碳化硅微粉具有浓缩均匀的粒度分布,纯度高,晶体大,热冲击稳定性和负荷软化温度高,自锐性好,磨削性好。但是若想发挥出碳化硅的性能优势,做好其保存是不容忽视的。
在储存碳化硅粉末时,要防止内外包装袋破裂,存放在阴凉干燥的地方,远离污染源,防止潮等物质,影响使用效果。