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黑碳化硅和绿碳化硅的工艺过程及不同应用

发布时间:2022/07/26 企业新闻 标签:轻质保温砖浏览次数:25

       碳化硅磨料通常以石英、石油焦炭为主要原料。它们在备料工序中经过机械加工,成为合适的粒度,然后按照化学计算,混合成为炉料。磨料调节炉料的透气性,在配炉料时要加适量的木屑。制炼绿碳化硅时,炉料中还要加适量的食盐。

       炉料装在间歇式电阻炉内。电阻炉两端是端墙,近*处有石墨电很 。炉芯体即连于两电很 之间。炉芯周围装的是参加反应的炉料,外部则是保温料。制炼时,电炉供电,炉芯体温度上升,达到2600~2700℃。电热通过炉芯表面传给炉料,使之逐渐加热,达到1450℃以上时,即发生化学反应,生成碳化硅,并逸出一氧化碳。随着时间的推移,炉料高温范围不断扩大,形成的碳化硅也越来越多。它在炉内不断形成,蒸发移动,结晶长大,聚集成为一个圆筒形的结晶筒。结晶筒的内壁因受高温,超过2600℃的部分*开始分解。分解出的硅又与炉料中的碳结合而成为新的碳化硅。炉自送电初期,电热主要部分用于加热炉料,而用以形成碳化硅的热量只是较少的一部分。送电中期,形成碳化硅所用的热量所占比例较大。送电后期,热损失占主要部分。调整送电功率与时间的关系,优选出较有利的停电时间,以期获得*的电热利用率。大功率电阻炉通常选择送电时间在24小时左右,以利作业安排。在此基础上,调整电炉功率与炉子规格的关系。

      电阻炉送电过程中,除了形成碳化硅这一基本反应外,炉料中各种杂质也发生一系列化学的和物理的变化,并发生位移。食盐亦然。炉料在制炼过程中不断减少,炉料表面变形下沉。反应所形成的一氧化碳则弥漫于大气中,成为污染周围大气的有害成分。

      停电后,反应过程基本结束。但由于炉子很大,蓄热量*很大,一时冷却不了,炉内温度还足以引起化学反应,因此,炉表面仍继续有少量一氧化碳逸出。对于大功率电炉来说,延续的残余反应可达3~4小时。这时的反应比起送电时的反应来说,是微不足道的。但因为当时炉表面温度已经下降,一氧化碳燃烧更不透彻。从劳动保护角度来说,仍应予以足够重视。

      停电后经过一段时间冷却,*可以拆除炉墙,然后逐步取出炉内各种物料。

      制炼后炉内的物料,从外到里,构成下列各物层:

(1)未经反应的物料

       这部分炉料在制炼时未达到反应温度,因而不起反应,只起保温作用,它在炉中所占的位置叫保温带。保温带炉料与反应带炉料的配制方法、制炼后该部位炉料的利用方法不尽相同。有一种工艺方法,在保温带的特定区域内装炉时装以新料,制炼后取出配到反应料中去,这*叫做焙烧料。若将保温带上未反应的料经再生处理,稍加焦炭及适量木屑,配制成保温料重新利用,*称之为乏料。

(2)氧碳化硅层

       该层物料实际上是半反应的料,主要是还未反应的碳和二氧化硅,也有一部分为已经反应成的碳化硅(约占20~50%)。未反应的二氧化硅和碳,其形态已经发生很大变化,因此不同于乏料。氧碳化硅层的二氧化硅及碳已不现原来的外貌,两者结合成为灰色或黄色的无定形物料。但它们结合的很松散,冷却后轻轻一压*会成为粉末。而乏料中的二氧化硅,其粒度大小与形状都与投炉前差不多,只不过透明度变化了。炭粉也只是烧结成较大的粒,并除去了挥发分而已。因此,氧碳化硅层是很容易辨认的。

(3)粘合物层

       粘合物层是介于氧碳化硅与无定形物层之间的、粘结很紧的物料,含有较多的铁、铝、钙、镁等杂质,其量若用金属氧化物表示的话。可达5~10%。粘合物的物相组成,主要是未反应的二氧化硅、碳和所形成的碳化硅(SiC约占40~60%)及铁、铝、钙、镁的硅酸盐类。这层物料有时很难与氧碳化硅及无定形物加以分辨。但如果炉内杂质多时,此层*很分明,特别是在黑碳化硅炉内。

(4)无定形物层

     无定形物层主要是立方碳化硅(β-SiC),其主要成分为碳化硅(约占70~90%),还有较多的反应不完全的碳及二氧化硅,而铁、铝、钙、镁等金属氧化物含量合计可达2~5%。该层物料较松散,很容易弄碎使之成为粉末状。黑碳化硅炉内的无定形物通常呈黑色,绿碳化硅炉内的无定形物多数为黄绿色,也有在外部呈黑色而向内则逐渐呈灰黄、黄绿色的。无定形物层一般较均匀。当所用原料二氧化硅颗粒太粗、焦炭中固定碳太低时,无定形物层有时有较多的小泡状空洞。

(5)二级品碳化硅

     该层已经成α-SiC,但结晶较小,很脆弱,杂质也较多,碳化硅含量只有90~95%,还不能作磨料用。二级品与无定形物外观上很易分辨。无定形物层β-SiC如粉末状,无光泽,而二级品为六方结晶体,晶面清晰,有光泽,如镜面反光。二级品与甲等品无本质上的差别,在结晶筒上分为二级品层与甲等品层,完全是人为地按用途及质量要求划分的。而上述的其他料层,有些则是物料本质不同,外观差别很大;有些则自然粘结成层。与无定形物一样,二级品层有时也有小泡状空洞。

(6)甲等品碳化硅结晶块

这是电阻炉的主要产品,是粗大的α-SiC结晶,SiC含量在96%以上。其厚度视炉功率及部位不同为50~450mm不等。结晶粗大紧密,有黑色的或绿色的。

(7)炉芯体石墨

       紧靠结晶筒内壁的是碳化硅分解而成的石墨,其外形仍保持原来碳化硅结晶的样子。分解石墨层内侧是原先装进炉内的石墨炉芯体,它又经过一炉次高温,石墨化程度更加完全。但形态上已与原先装入时有所不同。两种石墨混合回收,作为下一炉次的炉芯体材料。

      生产过程中,以上各种物料是在电炉的不同作业阶段中取出的。取出的先后次序有时与上述次序也不一致,而且也不完全按照上述分类来收集。通常作业分类是,乏料与一部分氧碳化硅统一作为乏料收集;氧碳化硅的一部分和无定形物、二级品一起收集,笼统称为回炉料。粘合物有时归入回炉料中收集之,有时选出其中一部分较大块而粘结很紧的,含杂质明显较多的抛弃之。

      取得的甲等品结晶块,要经过分级,然后再经过粗碎、细碎、化学处理、干燥与筛分、磁选,制成各种粒度的黑碳化硅磨料和绿碳化硅磨料。对于微粉来说,还要经过水选过程,制得W5~W40微粉。

绿碳化硅微粉

      绿碳化硅呈绿色,含SiC 97%以上,晶体结构,硬度高,切削能力较强,化学性质稳定,导热性能好。微观形状呈六方晶体,碳化硅的莫氏硬度为9.5,显微硬度3280–3400kg/mm2,比重为3.20~3.25。其硬度介于刚玉和金刚石之间,机械强度高于刚玉。绿碳化硅是以石油焦和*硅石为主要原料,添加食盐作为添加剂,通过电阻炉高温冶炼而成。

      主要用途:太阳能硅片、半导体硅片、石英芯片的切割研磨;水晶、纯粒铁的抛光;陶瓷、特殊钢的精密抛光;固结及涂附磨具,切割、自由研磨抛光;还可研磨玻璃、石材、玛瑙及*珠宝玉器等非金属材料,并且能制造*耐火材料、工程陶瓷、加热元件和热能元件等。

黑碳化硅

      呈黑色,性脆而锋利,并具有较好的导热性和导电性。微观形状呈六方晶体,碳化硅的莫氏硬度为9.2,威氏显微密硬度为3000–3300kg/mm2,努普硬度为2670–2815kg/mm,显微硬度3300kg/mm3。在磨料中高于刚玉而仅次于金刚石、立方氮化硼和碳化硼。密度一般认为是3.20g/mm3,其碳化硅磨料的自然堆积密度在1.2–1.6g/mm3之间,比重为3.20~3.25。黑碳化硅是以石油焦和*硅石为主要原料,添加食盐作为添加剂,通过电阻炉高温冶炼而成。黑色碳化硅与绿色碳化硅相比,其纯度、硬度、脆性稍低。

     主要用途:太阳能硅片、半导体硅片、石英芯片的切割研磨;固结磨具和涂附磨具的制作;石材的研磨抛光;加工抗张强度低的金属及非金属材料,如灰铸铁黄铜、铝、石料、皮革、耐火材料行业等。