性質 分子式為SiC,其硬度介于剛玉和金剛石之間,機械強度高于剛玉,可作為磨料和其他某些工業材料使用。工業用碳化硅于1891年研制成功,是最早的人造磨料。在隕石和地殼中雖有少量碳化硅存在,但迄今尚未找到可供開采的礦源。
純碳化硅是無色透明的晶體。工業碳化硅因所含雜質的種類和含量不同,而呈淺黃、綠、藍乃至黑色,透明度隨其純度不同而異。碳化硅晶體結構分為六方或菱面體的 α-SiC和立方體的β-SiC(稱立方碳化硅)。α-SiC由于其晶體結構中碳和硅原子的堆垛序列不同而構成許多不同變體,已發現70余種。β-SiC于2100℃以上時轉變為α-SiC。
碳化硅的工業制法是用優質石英砂和石油焦在電阻爐內煉制。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產品。
碳化硅有黑碳化硅和綠碳化硅兩個常用的基本品種,都屬α-SiC。①黑碳化硅含SiC約95%,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。②綠碳化硅含SiC約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,也用于珩磨汽缸套和精磨高速鋼刀具。此外還有立方碳化硅,它是以特殊工藝制取的黃綠色晶體,用以制作的磨具適于軸承的超精加工,可使表面粗糙度從Ra32~0.16微米一次加工到Ra0.04~0.02微米。
碳化硅由于化學性能穩定、導熱系數高、熱膨脹系數小、耐磨性能好,除作磨料用外,還有很多其他用途,例如:以特殊工藝把碳化硅粉末涂布于水輪機葉輪或汽缸體的內壁,可提高其耐磨性而延長使用壽命1~2倍;用以制成的高級耐火材料,耐熱震、體積小、重量輕而強度高,節能效果好。低品級碳化硅(含SiC約85%)是極好的脫氧劑,用它可加快煉鋼速度,并便于控制化學成分,提高鋼的質量。此外,碳化硅還大量用于制作電熱元件硅碳棒。
碳化硅的硬度很大,具有優良的導熱性能,是一種半導體,高溫時能抗氧化。
(1)作為磨料,可用來做磨具,如砂輪、油石、磨頭、砂瓦類等。
(2)作為冶金脫氧劑和耐高溫材料。
碳化硅主要有四大應用領域,即: 功能陶瓷、高級耐火材料、磨料及冶金原料。目前碳化硅粗料已能大量供應, 不能算高新技術產品,而技術含量極高 的納米級碳化硅粉體的應用短時間不可能形成規模經濟。
(3)高純度的單晶,可用于制造半導體、制造碳化硅纖維。
主要用途:用于3—12英寸單晶硅、多晶硅、砷化鉀、石英晶體等線切割。太陽能光伏產業、半導體產業、壓電晶體產業工程性加工材料。
主要用于制作砂輪、砂紙、砂帶、油石、磨塊、磨頭、研磨膏及光伏產品中單晶硅、多晶硅和電子行業的壓電晶體等方面的研磨、拋光等。
可用做煉鋼的脫氧劑和鑄鐵組織的改良劑,可用做制造四氯化硅的原料,是硅樹脂工業的主要原料。碳化硅脫氧劑是一種新型的強復合脫氧劑,取代了傳統的硅粉碳粉進行脫氧,和原工藝相比各項理化性能更加穩定,脫氧效果好,使脫氧時間縮短,節約能源,提高煉鋼效率,提高鋼的質量,降低原輔材料消耗,減少環境污染,改善勞動條件,提高電爐的綜合經濟效益都具有重要價值。
利用碳化硅具有耐腐蝕、耐高溫、強度大、導熱性能良好、抗沖擊等特性,碳化硅一方面可用于各種冶煉爐襯、高溫爐窯構件、碳化硅板、襯板、支撐件、匣缽、碳化硅坩堝等。
另一方面可用于有色金屬冶煉工業的高溫間接加熱材料,如豎罐蒸餾爐、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;用于制作耐磨、耐蝕、耐高溫等高級碳化硅陶瓷材料;還可以制做火箭噴管、燃氣輪機葉片等。此外,碳化硅也是高速公路、航空飛機跑道太陽能熱水器等的理想材料之一。
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.
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高了使用壽命.
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&def也是航空飛行跑道的理想材料之一.
利用其導熱系數.熱輻射,高熱強度大的特性,制造薄板窯具,不僅能減少窯具容量,還提高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.
利用良好的導熱和熱穩定性,作熱交換器,燃耗減少20%,節約燃料35%,使生產率提高20-30%,特別是礦山選廠用排放輸送管道的內放,其耐磨程度是普通耐磨材料的6--7倍.
②磨料粒度及其組成按GB/T2477--83。磨料粒度組成測定方法按GB/T2481--83。
合成碳化硅(Synthetic Moissanite)又名合成莫桑石、合成碳硅石(化學成分SiC),色散0.104比鉆石(0.044)大,折射率2.65-2.69(鉆石2.42),具有與鉆石相同的金剛光澤,“火彩”更強,比以往任何仿制品更接近鉆石。這是由美國北卡羅來那州的C3公司制造生產的,已擁有世界各國生產合成碳化硅的專利,正在向全世界推廣應用。
(1)產地:長白山脈、河南、青海、甘肅、寧夏、四川、貴州、湖北丹江口等地。
(2)輸往國別:美國、日本、韓國、及某些歐洲國家。
(3)品質規格:
①磨料級碳化硅技術條件按GB/T2480—96。各牌號的化學成分由表6-6-47和表6-6-48給出。
②磨料粒度及其組成、磨料粒度組成測定方法:按GB/T2481.2-2009。
GB/T 9258.1-2000|涂附磨具用磨料 粒度分析 第1部分:粒度組成
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粒度組成的測定
GB/T 9258.3-2000|涂附磨具用磨料 粒度分析 第3部分:微粉P240~P2500粒度組成的測定
| 項目 | SiC | Fe2O3 | F.C | 比重 |
| Ⅰ | ≥97% | ≤1.2% | ≤0.3% | 3.2g/cm3 |
| Ⅱ | ≥90% | ≤1.5% | ≤0.5% |
是由美國人艾奇遜在1891年電熔金剛石實驗時,在實驗室偶然發現的一種碳化物,當時誤認為是金剛石的混合體,故取名金剛砂,1893年艾奇遜研究出來了工業冶煉碳化硅的方法,也就是大家常說的艾奇遜爐,一直沿用至今,以碳質材料為爐芯體的電阻爐,通電加熱石英SIO2和碳的混合物生成碳化硅。
關于碳化硅的幾個事件
1905年 第一次在隕石中發現碳化硅
1907年 第一只碳化硅發光二極管誕生
1955年 理論和技術上重大突破,LELY提出生長高品質碳化概念,從此將SIC作為重要的電子材料
1958年 在波士頓召開第一次世界碳化硅會議進行學術交流
1978年 六、七十年代碳化硅主要由前蘇聯進行研究。到1978年首次采用“LELY改進技術”的晶粒提純生長方法
1987年~至今以CREE的研究成果建立碳化硅生產線,供應商開始提供商品化的碳化硅基
Superior石墨有限公司是生產β-碳化硅的廠家,它們采用連續電熱爐工藝在美國肯塔基的Hopkinsville廠生產。產品適用于制造碳化硅細粉和超細陶瓷級碳化硅粉料。
Electro磨料公司是一家碳化硅加工廠。該公司在紐約布法羅的一家生產廠從事水力分選黑色、綠色碳化硅粉料的生產。他們生產的碳化硅含量為98%的粗、細粉用于磨料、耐火材料及其它行業,年生產能力為2.4萬t。
BPI公司分別在匹茲堡、賓西法尼亞、貝塞默和阿拉巴馬州有碳化硅廢料加工廠。大多數廢料都來自北美,包括回收的碳化硅耐火材料,這些產品主要用于冶金市場。而且,這些產品的市場需求量很大。
Elmet公司在墨西哥北部的蒙特雷有一家年生產能力為2萬t的碳化硅生產廠,該廠生產的冶金級(SiC 88%)和黑色(SiC 97%)碳化硅主要用于鋼鐵、鑄造、磨料和耐火材料工業。近期,該公司投資了300萬美元用以降低成本和提高成品質量,這些資金主要用于破碎、篩分生產線及成型設備。Elmet公司的產品主要用于國內市場,但也出口至中美和北歐。自2000年以來,該公司就已看到當地鑄造工業和海外某些耐火材料的發展前景。同時,由于受到了象金剛石這種超級磨料競爭的沖擊,使得磨料部門的需求量下降,但是,耐火材料工業的需求仍保持穩定。
在巴西,圣-戈班集團公司所屬的碳化硅生產廠將其生產能力增至6萬t/年。早在20世紀90年代初期,Alcoa世界化工公司就兼并了巴西圣保羅洲薩爾托的EMAS碳化硅生產廠,該廠的年生產能力為1.2萬t左右。
ESK-SIC在荷蘭(世界最大的碳化硅生產廠)每年可生產6.5萬t的冶金碳化硅和晶體碳化硅,并在德國的Frechen-Grefrath廠進行加工。該公司的產品大約占了全球市場份額的10%。
ESK-SIC生產的碳化硅產品主要用于冶金、磨料、耐火材料和高級陶瓷領域。
自1958年以來,Navarro SIC SA公司主要生產磨料和耐火材料工業用碳化硅細粉。雖然該公司目前的年產量約為1.8萬t,但有望達到2萬t。他們生產冶金級碳化硅(SiC 90%/92%)、三種耐火材料級碳化硅(SiC 92%、SiC 95%和SiC 98%)、磨料級碳化硅(SiC 97%和SiC 99%)。
其中,冶金級碳化硅的市場領域最大,占了總額的45%,其次是耐火材料級(30%)和磨料級(25%)。近幾年,Navarro已開始擴大生產綠色和黑色碳化硅微粉,年產量為800~1000t左右。自2000年以來,Navarro的產品在國內和歐洲的市場銷量雖然有所上升,但在亞洲、非洲和大洋洲的銷售額卻在下降。從產品類型來看,冶金、耐火材料工業的用量在增長,而磨料工業的用量在減少。
ZAC公司是東歐著名的磨料生產廠,年生產能力為3萬t,主要用于冶金、磨料、耐火材料和微粉工業。該公司的產品主要出口捷克,從那里再銷往西歐。另外,在歐洲的其它國家,如俄羅斯、羅馬尼亞、捷克、瑞士也都有碳化硅生產廠。其中,瑞士的Timcal有限公司每年生產8000t的碳化硅生產石墨的副產品。
除了中國,亞洲的碳化硅產量主要集中在日本,Yakushima Denko和Pacific Rundum有限公司是日本兩大著名的碳化硅生產廠,年產量分別為2萬t和7000t。其中,Pacific Rundum生產的碳化硅適用于半導體加工的特種領域,以及磨料和耐火材料工業。1996年,它在美國的俄勒岡成立了合資公司(AGPR),主要生產高純度碳化硅材料。