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!
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!
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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!
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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]。
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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!
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!
石墨和碳化硅是属于易加工材料,因为其韧性不高,但硬度高,一般的硬质合金刀具可以加工,但是使用寿命不长。可以采用金属陶瓷刀片,其成本比较低。如果追求效果更好的话就采用CBN刀具和PCD刀具,前者比后者要便宜。