碳化硅的制作工藝

　　由于天然含量甚少，碳化硅主要多為人造。常見(jiàn)的方法是將石英砂與焦炭混合，利用其中的二氧化硅和石油焦，加入食鹽和木屑，置入電爐中，加熱到2000°C左右高溫，經(jīng)過(guò)各種化學(xué)工藝流程后得到碳化硅微粉。

　　碳化硅(SiC)因其很大的硬度而成為一種重要的磨料，但其應(yīng)用范圍卻超過(guò)一般的磨料。例如，它所具有的耐高溫性、導(dǎo)熱性而成為隧道窯或梭式窯的推薦窯具材料之一，它所具有的導(dǎo)電性使其成為一種重要的電加熱元件等。制備SiC制品首先要制備SiC冶煉塊[或稱(chēng)：SiC顆粒料，因含有C且超硬，因此SiC顆粒料曾被稱(chēng)為：金剛砂。但要注意：它與天然金剛砂(也稱(chēng)：石榴子石)的成分不同。在工業(yè)生產(chǎn)中，SiC冶煉塊通常以石英、石油焦等為原料，輔助回收料、乏料，經(jīng)過(guò)粉磨等工序調(diào)配成為配比合理與粒度合適的爐料(為了調(diào)節(jié)爐料的透氣性需要加入適量的木屑，制備綠碳化硅時(shí)還要添加適量食鹽)經(jīng)高溫制備而成。高溫制備SiC冶煉塊的熱工設(shè)備是專(zhuān)用的碳化硅電爐，其結(jié)構(gòu)由爐底、內(nèi)面鑲有電極的端墻、可卸式側(cè)墻、爐心體(全稱(chēng)為：電爐中的通電發(fā)熱體，一般用石墨粉或石油焦炭按一定的形狀與尺寸安裝在爐料中，一般為圓形或矩形。其兩端與電極相連)等組成。該電爐所用的燒成方法俗稱(chēng)：埋粉燒成。它一通電即為加熱開(kāi)始，爐心體溫度約2500℃，或者更高(2600～2700℃)，爐料達(dá)到1450℃時(shí)開(kāi)始合成SiC(但SiC主要是在≥1800℃時(shí)形成)，且放出co。然而，≥2600℃時(shí)SiC會(huì)分解，但分解出的si又會(huì)與爐料中的C生成SiC。每組電爐配備一組變壓器，但生產(chǎn)時(shí)只對(duì)單一電爐供電，以便根據(jù)電負(fù)荷特性調(diào)節(jié)電壓來(lái)基本上保持恒功率，大功率電爐要加熱約24h，停電后生成SiC的反應(yīng)基本結(jié)束，再經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的冷卻可以拆除側(cè)墻，然后逐步取出爐料。[5]

　　高溫煅燒后的爐料從外到內(nèi)分別是：未反應(yīng)料(在爐中起保溫作用)、氧碳化硅羼(半反應(yīng)料，主要成分是C與SiO。)、粘結(jié)物層(是粘結(jié)很緊的物料層，主要成分是C、SiO2、40%～60%SiC以及Fe、Al、Ca、Mg的碳酸鹽)、無(wú)定形物層(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的碳酸鹽)、二級(jí)品SiC層(主要成分是90%～95%SiC，該層已生成六方SiC即口一SiC，但結(jié)晶體較小、很脆弱，不能作為磨料)、一級(jí)品SiC層(SiC含量<96%，而且是六方SiC即口一SiC的粗大結(jié)晶體)、爐芯體石墨。在上述各層料中，通常將未反應(yīng)料和一部分氧碳化硅層料作為乏料收集，將氧碳化硅層的另一部分料與無(wú)定形物、二級(jí)品、部分粘結(jié)物一起收集為回爐料，而一些粘結(jié)很緊、塊度大、雜質(zhì)多的粘結(jié)物則拋棄之。而一級(jí)品則經(jīng)過(guò)分級(jí)、粗碎、細(xì)碎、化學(xué)處理、干燥與篩分、磁選后成為各種粒度的黑色或綠色的SiC顆粒。要制成碳化硅微粉還要經(jīng)過(guò)水選過(guò)程；要做成碳化硅制品還要經(jīng)過(guò)成型與結(jié)燒的過(guò)程。[4]