碳化硅的生產(chǎn)原理
生產(chǎn)碳化硅所用的原料主要是以 SiO2 為主要成分的脈石和石油焦,低檔次的碳化硅可用低灰分的無煙煤為原料,輔助原料為木屑和食鹽。
碳化硅有黑、綠兩種。冶煉綠碳化硅時要求硅質(zhì)原料中 SiO2 含量盡可能高,雜質(zhì)含量盡量低。生產(chǎn)黑碳化硅時,硅質(zhì)原料中的 SiO2 可稍低些。對石油焦的要求是固定碳含量盡可能高,灰分含量小于 1.2%,揮發(fā)分小于 12.0%,石油焦的粒度通常在 2mm 或 1.5mm 以下。木屑用于調(diào)整爐料的透氣性能,通常的加入量為 3% ~5%(體積)。食鹽僅在冶煉綠碳化硅時使用。
硅質(zhì)原料與石油焦在 2000~2500℃的電阻爐內(nèi)通過以下反應(yīng)生成碳化硅: SiO2+3C→SiC+2CO↑-526.09Kj
CO 通過爐料排出。加入食鹽可與 Fe、Al 等雜質(zhì)生成氯化物而揮發(fā)掉。木屑使物料形成多孔燒結(jié)體,便于CO 氣體排出。
碳化硅形成的特點(diǎn)是不通過液相,其過程如下:約從 1700℃開始,硅質(zhì)原料由砂粒變?yōu)槿垠w,進(jìn)而變?yōu)檎羝?白煙);SiO2 熔體和蒸汽鉆進(jìn)碳質(zhì)材料的氣孔,滲入碳的顆粒,發(fā)生生成 Sic 的反應(yīng);溫度升高至 1700~1900℃時,生成 b-SiC;溫度進(jìn)一步升高至 1900~2000℃時,細(xì)小的 b-SiC 轉(zhuǎn)變?yōu)?a-SiC,a-SiC 晶粒逐漸長大和密實(shí);爐溫再升至 2500℃左右,SiC 開始分解變?yōu)楣枵羝褪?/span>
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