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。
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.
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,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20~25,显微硬度为2840~3320kg/mm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!
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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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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!黑、绿碳化硅原块的质量水平高。中国碳化硅与世界先进水平的差距主要集中在四个方面:一是在生产过程中很少使用大型机械设备,很多工序依靠人力完成,人均碳化硅产量较低;二是在碳化硅深加工产品上,对粒度砂和微粉产品的质量管理不够精细,产品质量的稳定性不够;三是某些产品的性能指标与发达国家同类产品相比有一定差距;四是冶炼过程中一氧化碳直接排放!
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