立方碳化硅.doc

立方碳化硅
一、立方碳化硅的简介
　　立方碳化硅又名β-SiC，属立方晶系。β-SiC硬度是9.25--9.6，与金刚石的10接近，光洁度比金刚石好。β-SiC是仅次于金钢石的最硬的高性能材料之一，其超高硬度和密度使其可理想地适用于经受高磨损和滑动磨损的部件，适用于各种研磨作用尤其超精密研磨；β-SiC属低温晶型，1800℃可以发生晶型转换。β-SiC在高达1600℃以上温度是具有超高的强度和优异的抗蠕变、抗断裂性能。作为半导性材料，β-SiC比α-β-SiC高几十倍，发电机材料添加后β-SiC后会更好，而且耐温好；β-SiC比重比大多数合金小一半，为钢的40%，与铝大致相同。
二、立方碳化硅的基本性质和性能
　　1、β-SiC的基本性质：

性质
物理常数
性质
物理常数
熔点，K
2973℃（分解）
蒸发活化能，KJ/mol
244.5
摩尔热，J/（mol.Ｋ）
24.7(276K)
生成热，KJ/mol
111.8
线膨胀系数（373K）
6.58×10^-6
线膨胀系数（1173K）
2.98×10^-6
热导，J/（cml.s.k）
0.063～0.096
燃烧热，KJ/mol
30.343
密度g/cm
3.216
硬度(Mohs)
9.25-9.6
晶体结构
立方体 (3 C)
(Vickers)
2.500－2.900
分解温度(℃)
2830±40
磁化率(H)
-12.8×10^-6
压缩系数
0.21×10^-6

　　2、 β-SiC的性能：①优良的耐磨耐腐蚀性；②高硬度；③化学稳定性；④高温传导性；⑤优异的室温和高温强度。
　　三、立方碳化硅的应用
　　 β-SiC的应用范围主要在：1、烧结微粉；2、导热材料；3、特殊涂层；4、磨料；5、碳粉添加剂。
　　1.烧结微粉
　　β-SiC在1800℃即可结晶，以往的产品需要2300℃、2400℃、2500℃，加添加剂后也需到2100℃才可结晶。作为半导性材料，β-SiC比α-SiC高几十倍，添加β-SiC后，发电机材料会很好，而且耐温好。纯度高的 β-SiC制成单晶，可集成电路板，比单晶Si，多晶Si好很多。
　　2.导电材料
　　导电、导热 比α-SiC好几倍，可以做发热器、热交换器、电暖器，抗热震性很好，不怕忽冷忽热，其它材料会容易爆炸。
　　3.特殊涂层
　　 一般在军工企业做锡箔涂层，哈工大曾做过。化学镀/复合镀到耐磨产品上，耐磨寿命都会比较好，碳钢的钻头钻10mm钢板，钻1到2个钻孔，涂β-SiC后超过合金钻头，合金钻头可以钻10~20个。风机的风叶也可以用β-SiC，只要磨损大的物品，用β-SiC耐磨寿命都比较好。
　　4.磨料
　　粗抛用α-SiC即可，在精抛光方面，用β-SiC可提高光洁度。用金刚石做抛光，W3.5、W5价格很高，是β-SiC的10倍左右。用β-SiC磨不锈钢、硅片、玻璃的光洁度都比金刚石好。
　　现在刚玉做油石寿命短，β-SiC替代刚玉，光洁度高，磨削力强，寿命长。刚玉做的油石如一天用10根，则β-SiC做的油石用一根即可。两者在价格一致的前提下，用β-SiC工作效率提高了。
　　β-SiC可以做研磨膏、研磨液，金属抛光方面，机械设备领域方面都有。
　　砂布砂带市场也可以进入，汽车行业也可以进入。
　　5、C粉添加剂
　　加β-SiC后，增加复印机C粉的流动性、附着力，一般做5%的添加剂。
　　6、磨介
　　钻井液的研磨球可用SiC球做磨介。
　　7、具体应用领域：
　　精细研磨、耐火材料、机械密封、国防军工、航天航空、化工环保、电子工业等等。
　　四、β-SiC系列产品
　　1、β-SiC微粉：用于制造高级油石、精细研磨/抛光液、替代金刚石、B4C、AlN等.
　　β-SiC微粉是采用无线微热源法制备的，该微粉产品颗粒分布均匀、刃口尖锐锋利、具有良好的自锐性，制成研磨液/抛光液研磨速度快、加工精度高、表面质量好。尤其在磨不锈钢、铜、铝、铸铁、硅片等材质时，其研磨效果可与金刚石媲美，价格却不及金刚石的十分之一，具有很高的性价比。
　　①、β-SiC属立方晶系，其晶体的等轴结构特点决定了该粉体具有比α-SiC好的自然球度和自锐性，因而在精密研磨方面有更好的磨削和抛光效果，在材料、密封制品和军工制品生产时有更优异的密封特性，使其制品有更好的密度。
　　②、β-SiC制造时温度远低于α-SiC，因而其颗粒更容易细化和均化，而且可生产大量纳米~亚微米超细粒子，也易通过工艺控制制造无定形态β-SiC微粉，这些都使得β-SiC微粉比α-SiC粉体优异的多的烧结活性，可以在更低的温度下，更简便的工艺流程中和更便宜的烧结设施中实现各种制品材料的烧结和致密化。
　　③、β-SiC比α-SiC有更优异的电学性能和制备中的更高纯度，使其在电工电子材料领域的应用尤其半导体领域的应用更有独特之处。
　　④、β-SiC微粉和晶须作为增强材料可以大幅度提高聚合物材料，各种涂层材料、军工材料、航天航空材料等的力学性能、热学性能、耐磨蚀性能。
⑤、β-SiC微粉纯度高，粒度分布窄、孔隙小、烧结活性高、晶体结构规整；β-SiC晶须长径比大、表面光洁度高、直径率高。
2、β-SiC研磨液、抛光液：
适用于不锈钢、铜、铝、铸铁、硅片、玻璃、陶瓷等材质的研磨抛光。
五、碳化硅生产工艺及材料
1、生产方法
碳化硅（SiC）是用石英砂、石油焦(或煤焦)、木屑为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。 碳化硅又称碳硅石。在当代C、N、B等非氧化物高技术耐火原料中，碳化硅为应用最广泛、最经济的一种。可以称为金钢砂或耐火砂。 碳化硅是用石英砂、石油焦(或煤焦)、木屑(生产绿色碳化硅时需要加食盐)等原料在电阻炉内经高温冶炼而成。目前我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。
碳化硅是用二氧化硅还原方法生产的，在艾奇逊电阻炉中进行，是以硅砂和焦炭在电炉中加热至2600度左右的高温下进行的，化学式如下
SiO2+3C→SiC+2CO
其中的CO在冶炼过程中全部燃烧掉，为了提高炉体的透气性，通常在原料中加入少量锯末。
总体过程是炉料反应时，生产碳化硅和一氧化碳，其中一氧化碳在反应中燃烧掉，随着反应的进行，碳化硅逐渐增加，形成结晶筒，反应结束后，拆除炉墙板，将外层杂质拔掉，内部的光泽结晶就是碳化硅.
2、主要生产工艺
碳化硅生产工艺流程简述如下:
⑴、原料破碎
采用锤式破碎机对石油焦进行破碎,破碎到工艺要求的粒径。
⑵、配料与混料
配料与混料是按照规定配方进行称量和混匀的过程。本项目配料采用平台,混料采用混凝土搅拌机,按照工艺要求对石油焦和石英砂进行配料、混料作业。
⑶、电炉准备
电炉准备是把上次用过的炉重新修整、整理,以再次投入使用。作业内容包括洁理炉底料,修整电极,清理炉墙并修补,去装力、1挡, 检查、排除炉的其他缺陷。
⑷、装炉
装炉是按照规定的炉料类别、部位、尺寸往炉内装填反应料、保温料、炉芯材料,并砌筑具有保温和盛料作用的熔炼炉侧墙。
⑸、送电冶炼
冶炼炉与变压器接通之后即可送电。送电开始15min投以明火,点燃CO,冶炼过程持续170h。
⑹、冷却
冶炼炉停炉之后进行自然冷却,然后进行扒炉(卸炉墙,扒乏料),继续进行自然冷却。
⑺、出炉分级
出炉分级是从炉上取下结晶块、石墨,并把一级品、二级品、石墨等物分开的过程。本项目出炉分级采用炉外分级法,人工劈开结晶筒,将成块状的结晶筒运往分级场,进行人工分级。