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簡述碳化硅的生產制備及其應用領域
2020-09-16 09:34
碳化硅具有化學性能穩定、導熱系數高、熱膨脹系數小、耐磨性能好等特點,常用作耐磨材料、結構陶瓷、耐火材料和金屬冶金等傳統領域中。同時碳化硅微粉又是一種很好的光伏材料。隨著傳統資源的日益枯竭,光伏產業得到迅速發展,高品質碳化硅微粉是光伏產業鏈上游環節——晶硅片生產過程中的專用材料。

一.碳化硅簡介

碳化硅又稱碳硅石、金剛砂或耐火砂。屬六方晶體,比重為3.20~3.25,莫氏硬度為9.5,顯微硬度為2840~3320kg/mm2。我國工業生產的碳化硅分為黑碳化硅和綠碳化硅兩種。

黑碳化硅:含SiC約百分之95,強度比綠碳化硅大,其韌性高于綠碳化硅,大多用于加工抗張強度低的材料,如玻璃、陶瓷、石材、耐火材料、鑄鐵和有色金屬等。

綠碳化硅:含SiC百分之97以上,自銳性好,大多用于加工硬質合金、鈦合金和光學玻璃,也用于珩磨汽缸套。

二.碳化硅微粉的生產工藝

由于碳化硅在自然界中的存在少,因此,碳化硅的生產主要由人工合成。 黑碳化硅和綠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。綠碳化硅的原料是石油焦和硅石,同時以食鹽做添加劑。在溫度為2000~2500℃的電爐內合成,具體方程式為

SiO2+3C→SiC+2CO -46.8KJ(11.20kcal)。然后煉得的碳化硅塊,經破碎、酸堿洗、磁選和篩分或水選而制成各種粒度的碳化硅粉。具體流程圖如下:

三.碳化硅的應用領域

由于碳化硅具有高的高溫強度、高硬度、高耐磨性、高耐腐蝕性和特殊的物理性能等特點,廣泛應用于陶瓷材料,耐火材料和金屬冶金等領域中。同時碳化硅超細微粉也是一種很好的光伏材料,常用作太陽能,半導體材料或新型節能材料的制作中。

簡述碳化硅的生產制備及其應用領域
(1)建材陶瓷砂輪工業

利用碳化硅的導熱系數大,高熱強度大的特性,制造薄板窯具,不僅能減少窯具容量,還提升了窯爐的裝容量和產品質量,縮短了生產周期,是陶瓷釉面烘烤燒結理想的間接材料。同時加入碳化硅制作的碳化硅陶瓷也是陶瓷制品中耐高溫效果較好的。
(2)有色金屬冶煉領域

利用碳化硅具有耐高溫,強度大,導熱性能良好,抗沖擊,作高溫間接加熱材料,如堅罐蒸餾爐,精餾爐塔盤,鋁電解槽,銅熔化爐內襯,鋅粉爐用弧型板,熱電偶保護管等。

(3)鋼鐵行業的應用

利用碳化硅的耐腐蝕,抗熱沖擊耐磨損,導熱好的特點,用于大型高爐內襯提升了使用壽命。

(4)冶金選礦行業的應用

碳化硅硬度僅次于金剛石,具有較強的耐磨性能,是耐磨管道、葉輪、泵室、旋流器,礦斗內襯的理想材料,其耐磨性能是鑄鐵.橡膠使用壽命的 5—20 倍。

(5)節能材料

利用良好的導熱和熱穩定性,碳化硅用作熱交換器的制造中,可以減少燃耗百分之20,節約燃料百分之35。碳化硅新材料還廣泛應用于航空航天中。我國首臺火星車或將用鋁基碳化硅等多種材料制造。

簡述碳化硅的生產制備及其應用領域
(6)半導體光伏產業的應用

由于碳化硅材料具有寬能級、高擊穿電場、高熱傳導率以及高飽和電子遷移速度等獨特、優良的物理和電子特性,使其成為半導體領域的好的材料。如:藍色發光二管、紫外線探測器、高壓二管、大功率微波器、以及各種耐高溫的高頻器件等。

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