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简述碳化硅的生产制备及其应用领域
2020-09-16 09:34
碳化硅具有化学性能稳定、导热系数高、热膨胀系数小、耐磨性能好等特点,常用作耐磨材料、结构陶瓷、耐火材料和金属冶金等传统领域中。同时碳化硅微粉又是一种很好的光伏材料。随着传统资源的日益枯竭,光伏产业得到迅速发展,高品质碳化硅微粉是光伏产业链上游环节——晶硅片生产过程中的专用材料。

一.碳化硅简介

碳化硅又称碳硅石、金刚砂或耐火砂。属六方晶体,比重为3.20~3.25,莫氏硬度为9.5,显微硬度为2840~3320kg/mm2。我国工业生产的碳化硅分为黑碳化硅和绿碳化硅两种。

黑碳化硅:含SiC约百分之95,强度比绿碳化硅大,其韧性高于绿碳化硅,大多用于加工抗张强度低的材料,如玻璃、陶瓷、石材、耐火材料、铸铁和有色金属等。

绿碳化硅:含SiC百分之97以上,自锐性好,大多用于加工硬质合金、钛合金和光学玻璃,也用于珩磨汽缸套。

二.碳化硅微粉的生产工艺

由于碳化硅在自然界中的存在少,因此,碳化硅的生产主要由人工合成。 黑碳化硅和绿碳化硅的主要原料略有不同。其中黑碳化硅的原料是:石英砂、石油焦和硅石。绿碳化硅的原料是石油焦和硅石,同时以食盐做添加剂。在温度为2000~2500℃的电炉内合成,具体方程式为

SiO2+3C→SiC+2CO -46.8KJ(11.20kcal)。然后炼得的碳化硅块,经破碎、酸碱洗、磁选和筛分或水选而制成各种粒度的碳化硅粉。具体流程图如下:

三.碳化硅的应用领域

由于碳化硅具有高的高温强度、高硬度、高耐磨性、高耐腐蚀性和特殊的物理性能等特点,广泛应用于陶瓷材料,耐火材料和金属冶金等领域中。同时碳化硅超细微粉也是一种很好的光伏材料,常用作太阳能,半导体材料或新型节能材料的制作中。

简述碳化硅的生产制备及其应用领域
(1)建材陶瓷砂轮工业

利用碳化硅的导热系数大,高热强度大的特性,制造薄板窑具,不仅能减少窑具容量,还提升了窑炉的装容量和产品质量,缩短了生产周期,是陶瓷釉面烘烤烧结理想的间接材料。同时加入碳化硅制作的碳化硅陶瓷也是陶瓷制品中耐高温效果较好的。
(2)有色金属冶炼领域

利用碳化硅具有耐高温,强度大,导热性能良好,抗冲击,作高温间接加热材料,如坚罐蒸馏炉,精馏炉塔盘,铝电解槽,铜熔化炉内衬,锌粉炉用弧型板,热电偶保护管等。

(3)钢铁行业的应用

利用碳化硅的耐腐蚀,抗热冲击耐磨损,导热好的特点,用于大型高炉内衬提升了使用寿命。

(4)冶金选矿行业的应用

碳化硅硬度仅次于金刚石,具有较强的耐磨性能,是耐磨管道、叶轮、泵室、旋流器,矿斗内衬的理想材料,其耐磨性能是铸铁.橡胶使用寿命的 5—20 倍。

(5)节能材料

利用良好的导热和热稳定性,碳化硅用作热交换器的制造中,可以减少燃耗百分之20,节约燃料百分之35。碳化硅新材料还广泛应用于航空航天中。我国首台火星车或将用铝基碳化硅等多种材料制造。

简述碳化硅的生产制备及其应用领域
(6)半导体光伏产业的应用

由于碳化硅材料具有宽能级、高击穿电场、高热传导率以及高饱和电子迁移速度等独特、优良的物理和电子特性,使其成为半导体领域的好的材料。如:蓝色发光二管、紫外线探测器、高压二管、大功率微波器、以及各种耐高温的高频器件等。

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