碳化硅生产工艺

碳化硅的生产工艺和投资估算碳化硅是人工合成的材料，其化学计量成分以克分子计：Si 50%、C 50%以质量计：Si 70.04%、C 29.96%，相对分子质量为40.09。碳化硅有两种晶形：-碳化硅类似闪锌矿结构的等轴晶系；-碳化硅则为晶体排列致密的六方晶系。-碳化硅约在2100转变为-碳化硅。碳化硅的物理性能：真密度型3.22g/cm3、型3.21g/cm3，莫氏硬度9.2，线膨胀系数为(4.75.0)10-6 /，热导率(20)41.76W/(mK)，电阻率(50)50cm，1000 2cm，辐射能力0.950.98。碳化硅的合成方法(一)用二氧化硅和碳（煤）合成碳化硅工业上合成碳化硅多以石英砂、石油焦（无烟煤）为主要原料，在电炉内温度在20002500下，通过下列反应式合成：SiO2+3CSiC+2CO -46.8kJ(11.20kcal)1. 原料性能及要求各种原料的性能：石英砂，SiO299%，无烟煤的挥发分80%，SiO2+Si10%，固定碳5%，杂质4.3%。焙烧料的要求：未反应的物料层必须配人一定的焦炭、木屑、食盐后做焙烧料。加入量(以100t计)焦炭050kg，木屑3050L，食盐3%4%。保温料的要求：新开炉需要配保温料。焦炭与石英之比为0.6。如用乏料代特应符合如下要求：SiC35%，C 20%，其他3.5%。加入食盐的目的是为了排除原料的铁、铝等杂质，加人木屑是便于排除生成的一氧化碳。(2)生产操作：采用混料机混料，控制水分为2%3%，混合后料容重为1.41.6g/cm3。装料顺序是在炉底先铺上一层未反应料，然后添加新配料到一定高度(约炉芯到炉底的二分之一)，在其上面铺一层非晶形料，然后继续加配料至炉芯水平。炉芯放在配料制成的底盘上，中间略凸起以适应在炉役过程中出现的塌陷。炉芯上部铺放混好的配料，同时也放非晶质料或生产未反应料，炉子装好后形成中间高、两边低（与炉墙平）。炉子装好后即可通电合成，以电流电压强度来控制反应过程。当炉温升到1500时，开始生成-SiC，从2100开始转化成-SiC，2400全部转化成-SiC。合成时间为2636h，冷却24h后可以浇水冷却，出炉后分层、分级拣选。破碎后用硫酸酸洗，除掉合成料中的铁、铝、钙、镁等杂质。工业用碳化硅的合成工艺流程，如图1所示。图1合成碳化硅流程图 (四)合成碳化硅的理化性能1. 合成碳化硅的化学成分(一)合成碳化硅的国家标准(GB/T 24801981)见表5。表3 碳化硅的国家标准（GB/T 24801981）粒度范围化学成分/%SiC（不少于）游离碳（不多于）Fe2O3（不多于）黑碳化硅12号至80号98.50.200.60100号至180号98.000.300.80240号至280号97.000.301.20绿碳化硅20号至80号99.000.200.20100号至180号98.500.250.50240号至280号97.500.250.70W63至W20号97.000.300.70W14至W10号95.500.300.70W7至W5号94.000.500.70(2)密度：以46号粒度为代表号绿碳化硅不小于3.18g/cm3；黑碳化硅不小于3.12g/cm3。(3)粒度组成：应符合GB/T 24771981磨料粒度及其组成的规定；(4)铁合金粒允许含量为零；(5)磁性物允许含量：不大于0.2%。2.相组成工业碳化硅的相组成是以-SiC型为主，含有一定量的-SiC。其总量为92%99.5%，其中还有少量的-SiC I和-SiC 型。3.物理性能(1)真密度在3.123.22 g/cm3，莫氏硬度为9.2一9.5，开始分解温度为2050。(2)碳化硅试样的线膨胀系数和电阻率见表6，表7。表4 各种温度SiC的线膨胀系数加热温度/8001200160020002400线膨胀系数/-10.4210-60.6610-60.8810-61.1310-61.3910-6表5各种温度SiC的电阻率加热温度/602207201060电阻率/cm105104.5102102(3)碳化硅试样的热导率在500时，=64.4W/(mK)，在875时入二41.4W/(mK)。(4)碳化硅在1400与氧气开始反应。在9001300开始氧化、分离出SiO2，或产生CO气体。(四)制备碳化硅的投资预算总投资约