碳化硅生产工艺

1、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鸠质量计：Si %C %，相对分子质量为。碳化硅有两种晶形：3 -碳化硅类似闪锌矿结构的等轴晶系；a -碳化硅则为晶体排列致密的六方晶系。B -碳化硅约在2100 C转变为a -碳化硅。碳化硅的物理性能：真密度a型cmL 3型cm3,莫氏硬度，线膨胀系数为x 10-6/C,热导率(20 C )(m K)，电阻率(50 C )50cm, 1000 C 2cm,辐射能力。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20002

2、500C下，通过下列反应式合成：SiO2+3C SiC+2CO1. 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5%2. 合成电炉大型碳化硅冶炼炉的炉子功率一般为10000kW每1kg SiC电耗为67kWh,生产周期升温时为 2636h，冷却24h。3. 合成工艺(1) 配料计算：CMX 100C * SiO、式中，C为碳含量，SiO2为二氧化硅含量，M=碳的加入量允许过量 5%炉内配料的重 量比见表3。表1炉体内各部位装料的配比项目上部中部下部C/SiO2食盐%81081069木屑/L180360180般合成碳化硅的配料见表 4。表2合成碳化硅的配料配料/%绿SiC黑

3、SiC配料/%绿SiC黑SiC硅质材料32 5659食盐2608炭质材料18 4534 44非晶材料510木屑26311未反应料25 35在碳化硅的生产过程中，回炉料的要求：包括无定形料、二级料，应满足下列SiC>80%SiO2+Si<10%，固定碳 <5% 杂质 <%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 loot 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。如用乏料代特应符合如下要求：SiC<25% SiO2+Si>35%，C 20%,其他 <%

4、力叭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。3（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cm。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 C时，开始生成 3 -SiC，从2100C开始转化成 a -SiC ,

5、2400C全部转化成 a -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。I1石眞砂戯回收料負盐俪乏料I I I II i!確碎殖砾过晞水洗过傭:I I I I保翻I配邯遛* 一一* 摯负应料混金I厂;芸炉樹烁石舉i'一出炉一石卑辿篩I'册碎细碎1I亿学处埋亠沉淀地F沉遭处理*T膛水干煥污水中和一I弁号筛分磁选f成品图i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 2480 1981)见表5

6、。表3碳化硅的国家标准( GB/T 2480 1981)粒度范围化学成分/%SiC (不少于)游离碳(不多于)Fe2Q (不多于)黑碳化硅12号至80号100号至180号240号至280号绿碳化硅20号至80号100号至180号240号至280号W63至 W20号W14至 W10号W7 至 W5号33(2) 密度：以46号粒度为代表号绿碳化硅不小于cm；黑碳化硅不小于 cm。(3) 粒度组成：应符合 GB/T 2477 1981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 %2. 相组成工业碳化硅的相组成是以a -SiC n型为主，含有一定量的3 -Si

7、C。其总量为92%其中还有少量的 a -SiC I和a -SiC 川型。3. 物理性能(1) 真密度在 g/cm 3,莫氏硬度为一，开始分解温度为2050Co(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 / C8001200160020002400线膨胀系数 / C -1x 10-6x 10-6x 10-6x 10-6x 10-6表5各种温度SiC的电阻率加热温度/C602207201060电阻率/cm1052102v 10 碳化硅试样的热导率在 500 C时，入=(m K)，在875 C时入二(m K)。 碳化硅在1400 C与氧气开始反应。在9001300C开始氧化、分离出SiO2，或产生CO气