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碳化硅

 少年龙 2011-02-15

碳化硅

百科名片

  
碳化硅

碳化硅(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。碳化硅在大自然也存在罕见的矿物,莫桑石。 碳化硅又称碳硅石。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。可以称为金钢砂或耐火砂。 碳化硅是用石英砂、石油焦(或煤焦)、木屑(生产绿色碳化硅时需要加食盐)等原料在电阻炉内经高温冶炼而成。目前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

概述
性质
用途
  1. 磨料磨具
  2. 化工
  3. 耐磨、耐火和耐腐蚀材料
  4. 有色金属
  5. 钢铁
  6. 冶金选矿
  7. 建材陶瓷砂轮工业
  8. 节能
  9. 珠宝
产地、输往国别及品质规格
具体理化指标
起源
发展
世界各国碳化硅企业分布
  1. Superior石墨公司
  2. Electro磨料公司
  3. BPI有限责任公司
  4. Elmet公司
  5. 巴西
  6. ESK-SIC公司
  7. Navarro SIC公司
  8. ZAC公司
  9. 亚洲
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编辑本段概述

  包括黑碳化硅和绿碳化硅,其中:黑碳化硅是以石英砂,石油焦和优质硅石为主要原料,通过电阻炉高温冶炼而成。其硬度介于刚玉和金刚石之间,机械强度高于刚玉,性脆而锋利。绿碳化硅是以石油焦和优质硅石为主要原料,添加食盐作为添加剂,通过电阻炉高温冶炼而成。其硬度介于刚玉和金刚石之间,机械强度高于刚玉。 常用的碳化硅磨料有两种不同[1]的晶体,一种是绿碳化硅,含SiC 97%以上,主要用于磨硬质含金工具。另一种是黑碳化硅,有金属光泽,含SiC 95%以上,强度比绿碳化硅大,但硬度较低,主要用于磨铸铁和非金属材料。

编辑本段性质

  分子式为SiC,其硬度介于刚玉和金刚石之间,机械强度高于刚玉,可作为磨料和其他某些工业材料使用。工业用碳化硅于1891年研制成功,是最早的人造磨料。在陨石和地壳中虽有少量碳化硅存在,但迄今尚未找到可供开采的矿源。
  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。
  碳化硅有黑碳化硅和绿碳化硅两个常用的基本品种,都属α-SiC。①黑碳化硅含SiC约98.5%,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SiC99%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。
  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
  碳化硅的硬度很大,具有优良的导热性能,是一种半导体,高温时能抗氧化。

编辑本段用途

  (1)作为磨料,可用来做磨具,如砂轮油石磨头、砂瓦类等。
  (2)作为冶金脱氧剂和耐高温材料
  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。目前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。
  (3)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、压电晶体产业工程性加工材料。

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。

耐磨、耐火和耐腐蚀材料

  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&def强度大&def导热性能良好&def抗冲击&def作高温间接加热材料&def如坚罐蒸馏炉&def精馏炉塔盘&def铝电解槽&def铜熔化炉内衬&def锌粉炉用弧型板&def热电偶保护管等.

钢铁

  利用碳化硅的耐腐蚀&def抗热冲击耐磨损&def导热好的特点&def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&def具有较强的耐磨性能&def是耐磨管道&def叶轮.泵室.旋流器&def矿斗内衬的理想材料&def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&def高热强度大的特性&def制造薄板窑具&def不仅能减少窑具容量&def还提高了窑炉的装容量和产品质量&def缩短了生产周期&def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&def作热交换器&def燃耗减少20%&def节约燃料35%&def使生产率提高20-30%&def特别是矿山选厂用排放输送管道的内放&def其耐磨程度是普通耐磨材料的6--7倍.
  ②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。

编辑本段产地、输往国别及品质规格

  (1)产地:长白山脉、河南、青海、宁夏、四川、贵州、湖北丹江口等地。
  (2)输往国别:美国、日本、韩国、及某些欧洲国家。
  (3)品质规格:
  ①磨料级碳化硅技术条件按GB/T2480—96。各牌号的化学成分由表6-6-47和表6-6-48给出。
  ②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。
  GB/T 9258.1-2000|涂附磨具用磨料 粒度分析 第1部分:粒度组成
  GB/T 9258.2-2008|涂附磨具用磨料 粒度分析 第2部分:粗磨粒P12~P220粒度组成的测定
  GB/T 9258.3-2000|涂附磨具用磨料 粒度分析 第3部分:微粉P240~P2500粒度组成的测定

编辑本段具体理化指标

  
项目 SiC Fe2O3 F.C 比重
≥97% ≤1.2% ≤0.3% 3.2g/cm3
≥90% ≤1.5% ≤0.5%

编辑本段起源

  是由美国人艾奇逊在1891年电熔金刚石实验时,在实验室偶然发现的一种碳化物,当时误认为是金刚石的混合体,故取名金刚砂,1893年艾奇逊研究出来了工业冶炼碳化硅的方法,也就是大家常说的艾奇逊炉,一直沿用至今,以碳质材料为炉芯体的电阻炉,通电加热石英SIO2和碳的混合物生成碳化硅。

编辑本段发展

  关于碳化硅的几个事件
  1905年 第一次在陨石中发现碳化硅
  1907年 第一只碳化硅发光二极管诞生
  1955年 理论和技术上重大突破,LELY提出生长高品质碳化概念,从此将SIC作为重要的电子材料
  1958年 在波士顿召开第一次世界碳化硅会议进行学术交流
  1978年 六、七十年代碳化硅主要由前苏联进行研究。到1978年首次采用“LELY改进技术”的晶粒提纯生长方法
  1987年~至今以CREE的研究成果建立碳化硅生产线,供应商开始提供商品化的碳化硅基

编辑本段世界各国碳化硅企业分布

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。近期,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。

巴西

  在巴西,圣-戈班集团公司所属的碳化硅生产厂将其生产能力增至6万t/年。早在20世纪90年代初期,Alcoa世界化工公司就兼并了巴西圣保罗洲萨尔托的EMAS碳化硅生产厂,该厂的年生产能力为1.2万t左右。

ESK-SIC公司

  ESK-SIC在荷兰(世界最大的碳化硅生产厂)每年可生产6.5万t的冶金碳化硅和晶体碳化硅,并在德国的Frechen-Grefrath厂进行加工。该公司的产品大约占了全球市场份额的10%。
  ESK-SIC生产的碳化硅产品主要用于冶金、磨料、耐火材料和高级陶瓷领域。

Navarro SIC公司

  自1958年以来,Navarro SIC SA公司主要生产磨料和耐火材料工业用碳化硅细粉。虽然该公司目前的年产量约为1.8万t,但有望达到2万t。他们生产冶金级碳化硅(SiC 90%/92%)、三种耐火材料级碳化硅(SiC 92%、SiC 95%和SiC 98%)、磨料级碳化硅(SiC 97%和SiC 99%)。
  其中,冶金级碳化硅的市场领域最大,占了总额的45%,其次是耐火材料级(30%)和磨料级(25%)。近几年,Navarro已开始扩大生产绿色和黑色碳化硅微粉,年产量为800~1000t左右。自2000年以来,Navarro的产品在国内和欧洲的市场销量虽然有所上升,但在亚洲、非洲和大洋洲的销售额却在下降。从产品类型来看,冶金、耐火材料工业的用量在增长,而磨料工业的用量在减少。

ZAC公司

  ZAC公司是东欧著名的磨料生产厂,年生产能力为3万t,主要用于冶金、磨料、耐火材料和微粉工业。该公司的产品主要出口捷克,从那里再销往西欧。另外,在欧洲的其它国家,如俄罗斯、罗马尼亚、捷克、瑞士也都有碳化硅生产厂。其中,瑞士的Timcal有限公司每年生产8000t的碳化硅生产石墨的副产品。

亚洲

  除了中国,亚洲的碳化硅产量主要集中在日本,Yakushima Denko和Pacific Rundum有限公司是日本两大著名的碳化硅生产厂,年产量分别为2万t和7000t。其中,Pacific Rundum生产的碳化硅适用于半导体加工的特种领域,以及磨料和耐火材料工业。1996年,它在美国的俄勒冈成立了合资公司(AGPR),主要生产高纯度碳化硅材料
参考资料
扩展阅读:
开放分类:
化学磨料磨具金刚砂抛光材料

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