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求真百科

碳化硅(又名:碳硅石、金钢砂或耐火砂),化学简式: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的一种耐火材料。碳化硅在大自然也存在于罕见的矿物,莫桑石中。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。 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。

目录

结构简介

英文名称:silicon carbide,俗称金刚砂。纯碳化硅是无色透明的晶体。工业碳化硅因所含杂质的种类和含量不同,而呈浅黄、绿、蓝乃至黑色,透明度随其纯度不同而异。碳化硅晶体结构分为六方或菱面体的 α-SiC和立方体的β-SiC(称立方碳化硅)。α-SiC由于其晶体结构中碳和硅原子的堆垛序列不同而构成许多不同变体,已发现70余种。β-SiC于2100℃以上时转变为α-SiC。碳化硅的工业制法是用优质石英砂和石油焦在电阻炉内炼制。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产品。

化学特性

碳化硅由于化学性能稳定、导热系数高、热膨胀系数小、耐磨性能好,除作磨料用外,还有很多其他用途,例如:以特殊工艺把碳化硅粉末涂布于水轮机叶轮或汽缸体的内壁,可提高其耐磨性而延长使用寿命1~2倍;用以制成的高级耐火材料,耐热震、体积小、重量轻而强度高,节能效果好。低品级碳化硅(含SiC约85%)是极好的脱氧剂,用它可加快炼钢速度,并便于控制化学成分,提高钢的质量。此外,碳化硅还大量用于制作电热元件硅碳棒。[1]

碳化硅的硬度很大,莫氏硬度为9.5级,仅次于世界上最硬的金刚石(10级),具有优良的导热性能,是一种半导体,高温时能抗氧化。

碳化硅分类及性质:

基本信息列表

中文名称:碳化硅

中文别名:碳化硅晶须

英文名称:Silicon Carbide (Black)

英文别名:Silicon Carbide Black; silanyliumylidynemethanide; methylsilane; carbon(+4) cation; silicon(-4) anion

CAS:409-21-2

EINECS:206-991-8

分子式:SiC

分子量:40.0962

碳化硅至少有70种结晶型态。α-碳化硅为最常见的一种[[]]同质异晶物,在高于2000 °C高温下形成,具有六角晶系结晶构造(似纤维锌矿)。β-碳化硅,立方晶系结构,与钻石相似,则在低于2000 °C生成,结构如页面附图所示。虽然在异相触媒担体的应用上,因其具有比α型态更高之单位表面积而引人注目,但直至今日,此型态尚未有商业上之应用。

因其3.2的比重及高的升华温度(约2700 °C),碳化硅很适合做为轴承或高温炉之原料物件。在任何已能达到的压力下,它都不会熔化,且具有相当低的化学活性。由于其高热导性、高崩溃电场强度及高最大电流密度,在半导体高功率元件的应用上,不少人试着用它来取代硅。此外,它与微波辐射有很强的偶合作用,并其所有之高升华点,使其可实际应用于加热金属。

纯碳化硅为无色,而工业生产之棕至黑色系由于含铁之不纯物。晶体上彩虹般的光泽则是因为其表面产生之二氧化硅保护层所致。

物品种类

碳化硅有黑碳化硅和绿碳化硅两个常用的基该品种,都属α-SiC。①黑碳化硅含SiC约95%,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。②绿碳化硅含SiC约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,也用于珩磨汽缸套和精磨高速钢刀具。此外还有立方碳化硅,它是以特殊工艺制取的黄绿色晶体,用以制作的磨具适于轴承的超精加工,可使表面粗糙度从Ra32~0.16微米一次加工到Ra0.04~0.02微米。

相关用途

简介

碳化硅主要有四大应用领域,即:功能陶瓷、高级耐火材料、磨料及冶金原料。碳化硅粗料已能大量供应,不能算高新技术产品,而技术含量极高 的纳米级碳化硅粉体的应用短时间不可能形成规模经济。

⑴作为磨料,可用来做磨具,如砂轮油石磨头砂瓦类等。

⑵作为冶金脱氧剂和耐高温材料。

⑶高纯度的单晶,可用于制造半导体、制造碳化硅纤维。

主要用途:用于3—12英寸单晶硅、多晶硅砷化钾石英晶体等线切割。太阳能光伏产业半导体产业、[[]]。

用于半导体、避雷针电路元件高温应用紫外光侦检器结构材料、天文、碟刹、离合器、柴油微粒滤清器、细丝高温计、陶瓷薄膜、裁切工具、加热元件、核燃料、珠宝、钢、护具、触媒担体等领域。[2]

磨料磨具

主要用于制作砂轮、砂纸、砂带、油石、磨块、磨头、研磨膏及光伏产品中单晶硅、多晶硅和电子行业的压电晶体等方面的研磨、抛光等。

化工

可用做炼钢的脱氧剂和铸铁组织的改良剂,可用做制造四氯化硅的原料,是硅树脂工业的主要原料。碳化硅脱氧剂是一种新型的强复合脱氧剂,取代了传统的硅粉碳粉进行脱氧,和原工艺相比各项理化性能更加稳定,脱氧效果好,使脱氧时间缩短,节约能源,提高炼钢效率,提高钢的质量,降低原辅材料消耗,减少环境污染,改善劳动条件,提高电炉的综合经济效益都具有重要价值。

“三耐”材料

利用碳化硅具有耐腐蚀、耐高温、强度大、导热性能良好、抗冲击等特性,碳化硅一方面可用于各种冶炼炉衬、高温炉窑构件、碳化硅板、衬板、支撑件、匣钵、碳化硅坩埚等。

另一方面可用于有色金属冶炼工业的高温间接加热材料,如竖罐蒸馏炉、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;用于制作耐磨、耐蚀、耐高温等高级碳化硅陶瓷材料;还可以制做火箭喷管、燃气轮机叶片等。此外,碳化硅也是高速公路、航空飞机跑道太阳能热水器等的理想材料之一。

有色金属

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。

钢铁

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高了使用寿命。

冶金选矿

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&def也是航空飞行跑道的理想材料之一。

建材陶瓷砂轮工业

利用其导热系数.热辐射,高热强度大的特性,制造薄板窑具,不仅能减少窑具容量,还提高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。

节能

利用良好的导热和热稳定性,作热交换器,燃耗减少20%,节约燃料35%,使生产率提高20-30%,特别是矿山选厂用排放输送管道的内放,其耐磨程度是普通耐磨材料的6--7倍。

磨料粒度及其组成按GB/T2477--83。磨料粒度组成测定方法按GB/T2481--83。

珠宝

合成碳化硅(Synthetic Moissanite)又名合成莫桑石、合成碳硅石(化学成分SiC),色散0.104比钻石(0.044)大,折射率2.65-2.69(钻石2.42),具有与钻石相同的金刚光泽,“火彩”更强,比以往任何仿制品更接近钻石。这是由美国北卡罗来那州的C3公司制造生产的,已拥有世界各国生产合成碳化硅的专利,正在向全世界推广应用。

喷砂除锈:奥凯喷砂磨料公司, 奥凯无尘金刚砂的产品用途:

该品采用棕刚玉微粉经高强压力挤压.高温烧结成型.硬度适中.干净清洁.不易破碎.可反复多次使用.喷砂效果好, 1、.钢铁.钢管.钢结构不锈钢制品的表面亚光处理.喷涂前喷砂除锈处理。

2、用于各种模具的清理

3、可清除各类机件拉应力,增加疲劳寿命

4、半导体器件、塑封对管上锡前的清理去除边刺

5、医疗器械、纺织机械及各类五金制品的喷丸强化光饰加工

6、各种金属管、有色金属精密铸件的清理及去除毛刺残渣

高铝喷丸(刚玉球)的产品特性:

1、软硬兼备—采用优质材料生产而成,即有一定的机械强度,AL2O3含量大于等于68﹪,硬度可达6-7莫氏,又有足够的弹性,可反复使用数次,不易破碎,所喷器件效果相同,比普通金刚砂的使用寿命长3倍以上。

2、均匀度好—成圆率大于等于80﹪,粒度均匀,喷后使喷砂器件各处亮度系数保持均匀,不易留下水印。奥凯磨料。[3]

其他制品

碳化硅制品可以分为很多类,根据不同的使用环境,分为不同的种类。一般使用到机械上比较多。例如使用到机械密封件上,可以称为碳化硅密封环,可以分为静环、动环、平环等。也可以根据客户的特别要求,制作出各种形状的碳化硅制品,例如碳化硅异形件,碳化硅板,碳化硅环等。

碳化硅的制品之一的碳化硅陶瓷具有的高硬度、高耐腐蚀性以及较高的高温强度等特点,这使得碳化硅陶瓷得到了广泛的应用。

在应用在密封环上:碳化硅陶瓷的耐化学腐蚀性好、强度高、硬度高,耐磨性能好、摩擦系数小,且耐高温,因而是制造密封环的理想材料。它与石墨材料组合配对时,其摩擦系数比氧化铝陶瓷和硬质合金小,因而可用于高PV值,特别是输送强酸、强碱的工况中使用。我公司生产的SIC-1型碳化硅常压烧结制品,具有密度高、硬度高、生产批量大、可生产复杂形状制品的特点,适用于高性能的密封件中使用,特别是高 PV 值及耐强酸、强碱的工况。而我公司生产的SIC-3型碳化硅陶瓷制品是含石墨的碳化硅材料。由于在碳化硅基体中含有大量的弥散细小的石墨颗粒,与其它材料配对使用时,其摩擦系数非常小,具有良好的自润滑性能,特别适用于制作气密封或有干摩擦工况的密封件中使用,从而使密封件的使用寿命及工作的可靠性提高。

产品信息

上游原料:二氧化硅石油焦

下游产品:碳化硅微粉

各国企业

Superior石墨公司

Superior石墨有限公司是生产β-碳化硅的厂家,它们采用连续电热炉工艺在美国肯塔基的Hopkinsville厂生产。产品适用于制造碳化硅细粉和超细陶瓷级碳化硅粉料。

Electro磨料公司

Electro磨料公司是一家碳化硅加工厂。该公司在纽约布法罗的一家生产厂从事水力分选黑色、绿色碳化硅粉料的生产。他们生产的碳化硅含量为98%的粗、细粉用于磨料、耐火材料及其它行业,年生产能力为2.4万t。

BPI有限责任公司

BPI公司分别在匹兹堡、宾西法尼亚、贝塞默和阿拉巴马州有碳化硅废料加工厂。大多数废料都来自北美,包括回收的碳化硅耐火材料,这些产品主要用于冶金市场。而且,这些产品的市场需求量很大。

Elmet公司

Elmet公司在墨西哥北部的蒙特雷有一家年生产能力为2万t的碳化硅生产厂,该厂生产的冶金级(SiC 88%)和黑色(SiC 97%)碳化硅主要用于钢铁、铸造、磨料和耐火材料工业。该公司投资了300万美元用以降低成本和提高成品质量,这些资金主要用于破碎、筛分生产线及成型设备。Elmet公司的产品主要用于国内市场,但也出口至中美和北欧。自2000年以来,该公司就已看到当地铸造工业和海外某些耐火材料的发展前景。同时,由于受到了象金刚石这种超级磨料竞争的冲击,使得磨料部门的需求量下降,但是,耐火材料工业的需求仍保持稳定。

参考来源