碳化硅生产工艺.pdf

碳化硅的生产工艺和投资估算碳化硅是人工合成的材料，其化学计量成分以克分子计：Si 50%、C 50%以质量计：Si 70.04%、C 29.96%，相对分子质量为 40.09。碳化硅有两种晶形：-碳化硅类似闪锌矿结构的等轴晶系；-碳化硅则为晶体排列致密的六方晶系。-碳化硅约在 2100转变为-碳化硅。碳化硅的物理性能：真密度 型 3.22g/cm3、型 3.21g/cm3，莫氏硬度 9.2，线膨胀系数为(4.75.0)10-6/，热导率(20)41.76W/(mK)，电阻率(50)50cm，1000 2cm，辐射能力 0.950.98。碳化硅的合成方法碳化硅的合成方法(一一)用二氧化硅和碳（煤合成碳化硅用二氧化硅和碳（煤）合成碳化硅工业上合成碳化硅多以石英砂、石油焦（无烟煤）为主要原料，在电炉内温度在20002500下，通过下列反应式合成：SiO2+3CSiC+2CO-46.8kJ(11.20kcal)1.原料性能及要求原料性能及要求各种原料的性能：石英砂，SiO299%，无烟煤的挥发分80%，SiO2+Si10%，固定碳5%，杂质4.3%。焙烧料的要求：未反应的物料层必须配人一定的焦炭、木屑、食盐后做焙烧料。加入量(以 100t 计)焦炭 050kg，木屑 3050L，食盐 3%4%。保温料的要求：新开炉需要配保温料。焦炭与石英之比为 0.6。如用乏料代特应符合如下要求：SiC35%，C 20%，其他3.5%。加入食盐的目的是为了排除原料的铁、铝等杂质，加人木屑是便于排除生成的一氧化碳。(2)生产操作：采用混料机混料，控制水分为 2%3%，混合后料容重为1.41.6g/cm3。装料顺序是在炉底先铺上一层未反应料，然后添加新配料到一定高度(约炉芯到炉底的二分之一)，在其上面铺一层非晶形料，然后继续加配料至炉芯水平。炉芯放在配料制成的底盘上，中间略凸起以适应在炉役过程中出现的塌陷。炉芯上部铺放混好的配料，同时也放非晶质料或生产未反应料，炉子装好后形成中间高、两边低（与炉墙平）。炉子装好后即可通电合成，以电流电压强度来控制反应过程。当炉温升到 1500时，开始生成-SiC从 2100开始转化成-SiC，2400全部转化成-SiC。合成时间为2636h，冷却 24h 后可以浇水冷却，出炉后分层、分级拣选。破碎后用硫酸酸洗，除掉合成料中的铁、铝、钙、镁等杂质。工业用碳化硅的合成工艺流程，如图 1 所示。图 1 合成碳化硅流程图(四四)合成碳化硅的理化性能合成碳化硅的理化性能1.合成碳化硅的化学成分合成碳化硅的化学成分(一)合成碳化硅的国家标准(GB/T 24801981)见表 5。表表 3 碳化硅的国家标准（碳化硅的国家标准（GB/T 24801981）化学成分/%粒度范围SiC（不少于）游离碳（不多于）Fe2O3（不多于）12 号至 80 号98.50.20060100 号至 180 号98.000.300.80黑碳化硅240 号至 280 号97.000.301.2020 号至 80 号99.000.200.20100 号至 180 号98.500.250.50240 号至 280 号97.500.250.70W63 至 W20 号97.000.300.70W14 至 W10 号95.500.300.70绿碳化硅W7 至 W5 号94.000.500.70(2)密度：以 46 号粒度为代表号绿碳化硅不小于 3.18g/cm3；黑碳化硅不小于3.12g/cm3。(3)粒度组成：应符合 GB/T 24771981磨料粒度及其组成的规定；(4)铁合金粒允许含量为零；(5)磁性物允许含量：不大于 0.2%。2.相组成相组成工业碳化硅的相组成是以-SiC型为主，含有一定量的-SiC。其总量为92%99.5%，其中还有少量的-SiC I 和-SiC 型。3.物理性能物理性能(1)真密度在 3.123.22 g/cm3，莫氏硬度为 9.2 一 9.5，开始分解温度为 2050。(2)碳化硅试样的线膨胀系数和电阻率见表 6，表 7。表表 4 各种温度各种温度 SiC 的线膨胀系数的线膨胀系数加热温度/8001200160020002400线膨胀系数/-10.4210-60.6610-60.8810-61.1310-61.3910-6表表 5 各种温度各种温度 SiC 的电阻率的电阻率加热温度/602207201060电阻率/cm105104.5102102(3)碳化硅试样的热导率在 500时，=64.4W/(mK)，在 875时入二 41.4W/(mK)。(4)碳化硅在 1400与氧气开始反应。在 9001300开始氧化、分离出 SiO2，或产生CO 气体。(四四)制制备备碳化硅的投碳化硅的投资预资预算算总投资约总投资约 1150011500120002000 万元，建成年产万元，建成年产 1111 万吨左右的碳化硅生产基地。万吨左右的碳化硅生产基地。（主要设备：变压器，整流柜，高低压柜，碳化硅冶炼电炉等）（主要设备：变压器，整流柜，高低压柜，碳化硅冶炼电炉等）如果投资如果投资 1400014000 万元，可建成年产万元，可建成年产 12.512.5 万吨左右的碳化硅生产基地。万吨左右的碳化硅生产基地。