碳化硅概述
碳化(hua)硅為一種典型(xing)的共(gong)價(jia)鍵結合(he)的化(hua)合(he)物,自然界中存在很少,屬(shu)于(yu)人工(gong)合(he)成材料。碳化(hua)硅有許多優異的性(xing)能,如耐磨(mo)削、耐高(gao)溫(wen)、耐腐蝕(shi)、高(gao)熱導率、高(gao)化(hua)學穩定(ding)性(xing)、寬帶隙(xi)以(yi)及高(gao)電子遷移率等(deng)(deng)。由于(yu)碳化(hua)硅的超常硬度,*初應用于(yu)各種磨(mo)削工(gong)具,如砂(sha)輪、砂(sha)布、砂(sha)及各種磨(mo)料,在機械行業(ye)材料加工(gong)與磨(mo)削時大量使用,后來又(you)作為鋼(gang)鐵冶煉中的還原(yuan)劑與加熱元件。人們發現它還有高(gao)溫(wen)熱穩定(ding)性(xing)、高(gao)熱傳導性(xing)、耐酸堿腐蝕(shi)性(xing)、低膨(peng)脹系(xi)(xi)數、抗熱震好等(deng)(deng)等(deng)(deng)一系(xi)(xi)列(lie)的優良性(xing)能。
純碳化(hua)(hua)硅(gui)(gui)(gui)是無色(se)(se)(se)透(tou)明的結晶體,工(gong)業碳化(hua)(hua)硅(gui)(gui)(gui)則有(you)無色(se)(se)(se)、淡黃(huang)色(se)(se)(se)、淺綠色(se)(se)(se)、深(shen)(shen)綠色(se)(se)(se)、淺藍色(se)(se)(se)、深(shen)(shen)藍色(se)(se)(se)乃至黑(hei)色(se)(se)(se),透(tou)明程度依(yi)次降低。按(an)色(se)(se)(se)澤一般將碳化(hua)(hua)硅(gui)(gui)(gui)分為黑(hei)碳化(hua)(hua)硅(gui)(gui)(gui)(國內常用代(dai)號C表示)和綠碳化(hua)(hua)硅(gui)(gui)(gui)(代(dai)號GC)兩類。其中從無色(se)(se)(se)的直(zhi)到深(shen)(shen)綠色(se)(se)(se)的SiC都歸入綠碳化(hua)(hua)硅(gui)(gui)(gui),暗(an)藍色(se)(se)(se)的至黑(hei)色(se)(se)(se)的則都歸入黑(hei)碳化(hua)(hua)硅(gui)(gui)(gui)。
1.1碳化硅的發展歷史
天然(ran)的(de)碳(tan)化硅(gui)即碳(tan)硅(gui)石(shi)(又稱莫(mo)桑(sang)石(shi))很少(shao),工(gong)業上使用的(de)碳(tan)化硅(gui)是一(yi)種人工(gong)合(he)成的(de)材(cai)料,俗稱金剛砂。1891年(nian)由美(mei)國(guo)科學家艾(ai)奇遜在(zai)電(dian)熔金剛石(shi)實(shi)驗時(shi),偶然(ran)發現的(de)一(yi)種碳(tan)化物,當時(shi)誤認為是金剛石(shi)的(de)混合(he)體(ti),故取名金剛砂,同(tong)年(nian)艾(ai)奇遜研究了工(gong)業冶煉碳(tan)化硅(gui)的(de)方(fang)法,也(ye)就是大家常(chang)說的(de)艾(ai)奇遜爐(lu),一(yi)直沿(yan)用至今,以碳(tan)質材(cai)料為爐(lu)芯體(ti)的(de)電(dian)阻(zu)爐(lu),通電(dian)加(jia)熱石(shi)英SiO2和碳(tan)的(de)混合(he)物生(sheng)成碳(tan)化硅(gui)。
碳化(hua)硅(gui)用(yong)電(dian)爐生(sheng)產以來,人(ren)們先(xian)是利用(yong)其高硬度用(yong)作人(ren)造磨料(liao),1893年開始(shi)用(yong)作耐火(huo)材料(liao),我(wo)國碳化(hua)硅(gui)的研制(zhi)較歐美等發達國家較晚,于1949年由趙廣(guang)和研制(zhi)成(cheng)功。1951年6月(yue)**臺制(zhi)造SiC的工(gong)業爐在**砂(sha)輪(lun)廠建成(cheng),從此結(jie)束了中國不能生(sheng)產SiC的歷史。
1.2碳化硅的結構及性能碳化硅
分(fen)子(zi)式為(wei)四(si)面體(ti),硅原子(zi)位(wei)于中心,周(zhou)圍為(wei)碳(tan)原子(zi)。分(fen)子(zi)量(liang)為(wei)40.07,其中含Si70.045%,含C29.955%。以共價(jia)鍵(jian)為(wei)主(共價(jia)鍵(jian)占88%)結(jie)合而(er)成(cheng)(cheng)的(de)(de)化(hua)合物(wu),其基本單元(yuan)為(wei)Si—C四(si)面體(ti),硅原子(zi)位(wei)于中心,周(zhou)圍為(wei)碳(tan)原子(zi)。所(suo)有結(jie)構的(de)(de)SiC均由Si—C四(si)面體(ti)堆積(ji)(ji)而(er)成(cheng)(cheng),所(suo)不(bu)同的(de)(de)只是平行堆積(ji)(ji)或者反平行堆積(ji)(ji),如圖1所(suo)示。
圖1碳化硅(gui)的(de)晶(jing)體結構(gou)(gou)碳化硅(gui)是一種典型的(de)共(gong)價(jia)鍵結合的(de)穩定(ding)化合物,SiC有(you)75種變體,如α-SiC、β-SiC、3C-SiC、4H-SiC、15R-SiC等,所有(you)這些結構(gou)(gou)可(ke)分為(wei)方晶(jing)系、六方晶(jing)系和(he)(he)菱形晶(jing)系,其(qi)中α-SiC、β-SiC*為(wei)常見。α-SiC是高(gao)溫(wen)穩定(ding)型,β-SiC是低(di)溫(wen)穩定(ding)型。β-SiC在(zai)2100~2400℃可(ke)轉變為(wei)α-SiC,β-SiC可(ke)在(zai)約1450℃溫(wen)度下由硅(gui)和(he)(he)碳反應生成。利用透射電子顯(xian)微鏡和(he)(he)X-射線衍(yan)射檢測技術可(ke)對(dui)SiC顯(xian)微體進(jin)行多型體分析和(he)(he)定(ding)量測定(ding)。為(wei)了區別(bie)各種不(bu)同(tong)的(de)結構(gou)(gou),需要有(you)相應的(de)命名方法,常用把低(di)溫(wen)類(lei)型的(de)立方碳化硅(gui)叫做β-SiC,而其(qi)余六方的(de)、菱形的(de)晶(jing)胞結構(gou)(gou)一律稱為(wei)α-SiC。
工業生產的碳化硅砂除主成分SiC外,通常含有的雜質。這些雜質主要有:
(1)游離(li)硅。它一部(bu)分溶解于SiC晶體(ti)中,一部(bu)分與(yu)其雜質(zhi)(如鐵、鋁(lv)、鈣等)形成合金而(er)粘附于晶體(ti)上或嵌在晶體(ti)中。
(2)游(you)離二氧(yang)(yang)化(hua)硅(gui)。通(tong)常存在(zai)于晶體表(biao)面。大(da)都(dou)是(shi)由于電阻爐冷卻過(guo)程(cheng)中SiC與(yu)空氣中氧(yang)(yang)氣或水蒸汽(qi)接觸氧(yang)(yang)化(hua)而生成的。當配料中硅(gui)質原料過(guo)剩時,它也會(hui)通(tong)過(guo)蒸發、凝聚在(zai)碳(tan)化(hua)硅(gui)晶體表(biao)面上(shang),爐內(nei)還可能出現白(bai)色絨毛狀SiO2。
(3)碳(tan)(tan)。碳(tan)(tan)一部分包裹在SiC晶體,一部分和金屬雜質形成碳(tan)(tan)化物。當配料中(zhong)碳(tan)(tan)過量(liang)時,可看到(dao)明(ming)顯(xian)的(de)游離狀態的(de)碳(tan)(tan)粒。
(4)鐵、鋁(lv)、鈣、鎂等。由于爐(lu)內的(de)(de)高(gao)溫還(huan)原(yuan)氣氛,含在結晶塊中的(de)(de)這些雜質(zhi)(zhi)大都呈(cheng)合金狀態或碳化(hua)物(wu)狀態。鐵、鎂、鈣等雜質(zhi)(zhi)不進入(ru)晶格,而堆(dui)積在晶粒的(de)(de)界面(mian)上和(he)氣孔中。進入(ru)SiC晶格的(de)(de)主要(yao)雜質(zhi)(zhi)有(you)氮、鋁(lv)、硼(peng)等,它(ta)們對晶體(ti)的(de)(de)導(dao)電性有(you)重要(yao)影(ying)響。
1.3生產方式
碳化硅主要由(you)電阻(zu)爐(lu)生產(chan),艾奇遜冶(ye)煉(lian)爐(lu)結構見圖2。
圖2艾奇遜*初的(de)碳(tan)化硅冶煉(lian)爐
電(dian)阻(zu)爐(lu)是(shi)一個用(yong)耐(nai)火磚做(zuo)的(de)(de)砌(qi)床,里(li)面(mian)裝(zhuang)有硅砂、焦炭(tan)、食鹽(yan)配(pei)成的(de)(de)混合料(liao)(liao),兩根炭(tan)素電(dian)極(ji)深入砌(qi)床之(zhi)(zhi)中(zhong)。專(zhuan)用(yong)的(de)(de)石(shi)墨(mo)爐(lu)心(xin)(xin)(xin)配(pei)置在電(dian)報之(zhi)(zhi)間,提(ti)供了一條(tiao)*初的(de)(de)導(dao)電(dian)通(tong)路,發電(dian)機接(jie)到電(dian)極(ji)上。大電(dian)流通(tong)過爐(lu)心(xin)(xin)(xin),產生很大的(de)(de)熱量,包圍(wei)爐(lu)心(xin)(xin)(xin)的(de)(de)混合料(liao)(liao)按(an)如下總的(de)(de)方程轉化為碳化硅:
SiO2十3C=SiC十2C
1.4應用領域
碳化硅主要有四大應用領域,即:磨料、耐火材料、功能陶瓷及冶金原料。
(1)作為磨料,可用來做(zuo)磨具,如砂輪、油石、磨頭(tou)、砂瓦類等。
(2)作為(wei)冶金脫氧劑和耐高溫材料。
(3)高純度的單(dan)晶,可用于(yu)制造半導體、制造碳化硅纖維。
主(zhu)要用途:用于單晶(jing)硅、多(duo)晶(jing)硅、砷化鉀、石英(ying)晶(jing)體等線切割。太陽能(neng)光伏產(chan)業、半導體產(chan)業、壓電晶(jing)體產(chan)業工(gong)程性加(jia)工(gong)材料。
用(yong)于(yu)半(ban)導體、避雷(lei)針、電路元件、高(gao)溫應用(yong)、紫外光偵檢器、結構材料、天文、碟剎、離合器、柴油微粒濾清(qing)器、細絲(si)高(gao)溫計、陶瓷薄膜、裁(cai)切工具、加熱元件、核燃料、珠寶、鋼(gang)、護(hu)具、觸(chu)媒擔(dan)體等領域。
我國碳化硅產業現狀
2.1發展歷史
我國(guo)(guo)的(de)碳(tan)化硅于1949年6月(yue)由(you)趙光和(he)研制(zhi)成(cheng)功,1951年1月(yue),**臺碳(tan)化硅冶煉爐(lu)在**砂輪廠建(jian)成(cheng),從此結束了(le)中國(guo)(guo)不能生產(chan)碳(tan)化硅的(de)歷(li)史,1952年8月(yue),**砂輪廠又試制(zhi)成(cheng)功了(le)綠(lv)碳(tan)化硅。又相繼發展了(le)避雷器用碳(tan)化硅,立(li)方碳(tan)化硅,鈰碳(tan)化硅和(he)非(fei)磨料碳(tan)化硅。1969年,**和(he)**砂輪廠建(jian)成(cheng)4000kVA活動式電(dian)阻(zu)爐(lu)。1980年,**砂輪廠建(jian)立(li)8000kVA大型(xing)電(dian)阻(zu)爐(lu)。時至今日,很多碳(tan)化硅冶煉廠家都(dou)是用12500—40000kVA電(dian)阻(zu)冶進(jin)行煉爐(lu)。
2.2現狀
我國有碳化(hua)硅(gui)產(chan)業(ye)在高峰(feng)時有冶煉企業(ye)200多(duo)(duo)家,年生(sheng)產(chan)能力220多(duo)(duo)萬(wan)噸(dun)(其中:綠(lv)碳化(hua)硅(gui)塊120多(duo)(duo)萬(wan)噸(dun),黑碳化(hua)硅(gui)塊約(yue)100萬(wan)噸(dun))。綠(lv)碳化(hua)硅(gui)冶煉變(bian)壓器(qi)(qi)功率大多(duo)(duo)為6300~12500kVA,黑碳化(hua)硅(gui)*大冶煉變(bian)壓器(qi)(qi)為32000kVA。加(jia)工(gong)制砂(sha)、微粉生(sheng)產(chan)企業(ye)300多(duo)(duo)家,年生(sheng)產(chan)能力200多(duo)(duo)萬(wan)噸(dun)。
現在冶(ye)煉企業60家(jia)左右,年(nian)生(sheng)(sheng)(sheng)產能力90多(duo)萬噸(dun)(dun)(其(qi)中:綠(lv)碳化硅12萬噸(dun)(dun),黑碳化硅約80萬噸(dun)(dun))。加工制砂、微粉生(sheng)(sheng)(sheng)產企業100多(duo)家(jia),年(nian)生(sheng)(sheng)(sheng)產能力100多(duo)萬噸(dun)(dun)。
碳(tan)化硅冶煉(lian)企(qi)業(ye)主要(yao)集中到甘肅、寧夏,新疆、內蒙和四川。碳(tan)化硅加工制砂微粉生產企(qi)業(ye)主要(yao)分布在(zai)河南、山東、江蘇、黑龍江等(deng)省(sheng)。
我國(guo)碳(tan)化(hua)(hua)(hua)(hua)硅(gui)冶(ye)(ye)煉(lian)生產(chan)(chan)工藝、技術裝備和單噸能耗達到****水平(ping)(ping)。黑、綠碳(tan)化(hua)(hua)(hua)(hua)硅(gui)原塊的質量(liang)(liang)水平(ping)(ping)也屬(shu)***。我國(guo)碳(tan)化(hua)(hua)(hua)(hua)硅(gui)與世界(jie)先(xian)進水平(ping)(ping)的差距主要集中在幾個方面:一(yi)是(shi)生產(chan)(chan)效率不(bu)(bu)高。在生產(chan)(chan)過程中很少使(shi)用(yong)大型機械設備,很多(duo)工序依靠(kao)人力完(wan)(wan)成,人均(jun)碳(tan)化(hua)(hua)(hua)(hua)硅(gui)產(chan)(chan)量(liang)(liang)較低;二是(shi)產(chan)(chan)品(pin)(pin)(pin)質量(liang)(liang)不(bu)(bu)優。在碳(tan)化(hua)(hua)(hua)(hua)硅(gui)深加工產(chan)(chan)品(pin)(pin)(pin)質量(liang)(liang)管理不(bu)(bu)夠(gou)精細,產(chan)(chan)品(pin)(pin)(pin)質量(liang)(liang)的穩定(ding)性(xing)不(bu)(bu)足;三是(shi)**品(pin)(pin)(pin)種欠缺。某(mou)些**產(chan)(chan)品(pin)(pin)(pin)的性(xing)能指(zhi)標與發達國(guo)家同類產(chan)(chan)品(pin)(pin)(pin)相(xiang)比有一(yi)定(ding)差距。隨著環保形(xing)勢發展,基(ji)本完(wan)(wan)成了由開放(fang)式冶(ye)(ye)煉(lian)到封(feng)閉冶(ye)(ye)煉(lian)的改(gai)進,實現(xian)了一(yi)氧化(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)全部回收。
2.3優勢及存在的問題
全(quan)球(qiu)碳化(hua)(hua)硅(gui)(gui)產(chan)能(neng)產(chan)能(neng)達到1萬噸以上(shang)的國(guo)(guo)家有13個(ge),占全(quan)球(qiu)總(zong)產(chan)能(neng)的98%。其中(zhong)(zhong)中(zhong)(zhong)國(guo)(guo)碳化(hua)(hua)硅(gui)(gui)產(chan)能(neng),占全(quan)球(qiu)總(zong)產(chan)能(neng)的80%以上(shang)。中(zhong)(zhong)國(guo)(guo)是世(shi)界當之無(wu)愧的碳化(hua)(hua)硅(gui)(gui)**大國(guo)(guo),但我國(guo)(guo)碳化(hua)(hua)硅(gui)(gui)產(chan)品以低端為主,**耐火材料(liao)、**碳化(hua)(hua)硅(gui)(gui)磨料(liao)、碳化(hua)(hua)硅(gui)(gui)晶圓用碳化(hua)(hua)硅(gui)(gui)原料(liao),都(dou)依靠進口(kou)為主。中(zhong)(zhong)國(guo)(guo)的碳化(hua)(hua)硅(gui)(gui)產(chan)業屬于典型的基礎勞動密集型產(chan)業,大而不強,處于碳化(hua)(hua)硅(gui)(gui)生產(chan)產(chan)業鏈(lian)的低端。
碳化硅在耐火材料中的應用
3.1耐磨性
碳化(hua)硅硬(ying)度僅次(ci)于金剛石(shi),具有(you)較強的耐磨(mo)性(xing)能(neng),是(shi)耐磨(mo)管道(dao)、葉(xie)輪(lun)、泵室、旋流(liu)器,礦斗(dou)內襯的理(li)想材料(liao),其耐磨(mo)性(xing)能(neng)是(shi)鑄鐵、橡膠使(shi)用壽命的5-20倍,也是(shi)航空飛行跑道(dao)的理(li)想材料(liao)之一(yi)。以特殊工(gong)藝把碳化(hua)硅粉末(mo)涂布于水(shui)輪(lun)機葉(xie)輪(lun)或(huo)汽缸(gang)體(ti)的內壁,可提高其耐磨(mo)性(xing)而延(yan)長使(shi)用壽命1~2倍。
3.2抗熱震性
由于碳(tan)(tan)化(hua)(hua)(hua)(hua)硅(gui)的(de)(de)導熱系(xi)數(shu)(shu)(shu)(shu)高和(he)熱膨脹(zhang)系(xi)數(shu)(shu)(shu)(shu)小(xiao),此碳(tan)(tan)化(hua)(hua)(hua)(hua)硅(gui)耐火(huo)材(cai)料(liao)的(de)(de)耐熱沖(chong)擊性(xing)(xing)很好。碳(tan)(tan)化(hua)(hua)(hua)(hua)硅(gui)制(zhi)(zhi)品(pin)(pin)的(de)(de)耐熱震性(xing)(xing)能也(ye)與結(jie)(jie)合(he)基料(liao)的(de)(de)類型和(he)性(xing)(xing)質有(you)著(zhu)密切的(de)(de)關系(xi)。測試(shi)(shi)證(zheng)明(ming):把樣品(pin)(pin)迅(xun)(xun)速放入(ru)1200℃的(de)(de)電爐內加(jia)熱20min,然(ran)后(hou)取出在(zai)(zai)空氣中(zhong)冷卻并測定彈(dan)(dan)性(xing)(xing)模量的(de)(de)變(bian)化(hua)(hua)(hua)(hua)。硅(gui)酸(suan)鹽(yan)結(jie)(jie)合(he)碳(tan)(tan)化(hua)(hua)(hua)(hua)硅(gui)制(zhi)(zhi)品(pin)(pin)的(de)(de)彈(dan)(dan)性(xing)(xing)模量隨(sui)著(zhu)冷熱沖(chong)擊試(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)次(ci)(ci)數(shu)(shu)(shu)(shu)增(zeng)(zeng)加(jia)呈現(xian)出比較平緩(huan)的(de)(de)逐漸下(xia)降(jiang)趨勢,而(er)氮(dan)化(hua)(hua)(hua)(hua)硅(gui)結(jie)(jie)合(he)碳(tan)(tan)化(hua)(hua)(hua)(hua)硅(gui)制(zhi)(zhi)品(pin)(pin)則不同,在(zai)(zai)30次(ci)(ci)冷循環試(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)之(zhi)前,它的(de)(de)彈(dan)(dan)性(xing)(xing)模量隨(sui)著(zhu)熱沖(chong)擊試(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)次(ci)(ci)數(shu)(shu)(shu)(shu)的(de)(de)增(zeng)(zeng)加(jia)變(bian)化(hua)(hua)(hua)(hua)很小(xiao),能保持著(zhu)一個相當(dang)恒定的(de)(de)數(shu)(shu)(shu)(shu)值,然(ran)而(er)經過(guo)31次(ci)(ci)熱沖(chong)擊試(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)后(hou),試(shi)(shi)樣彈(dan)(dan)性(xing)(xing)模量迅(xun)(xun)速下(xia)降(jiang),突(tu)然(ran)性(xing)(xing)破(po)(po)壞(huai)(huai)。氧氮(dan)化(hua)(hua)(hua)(hua)硅(gui)結(jie)(jie)合(he)碳(tan)(tan)化(hua)(hua)(hua)(hua)硅(gui)制(zhi)(zhi)品(pin)(pin)與硅(gui)酸(suan)鹽(yan)結(jie)(jie)合(he)碳(tan)(tan)化(hua)(hua)(hua)(hua)硅(gui)制(zhi)(zhi)品(pin)(pin)相似(si),沒(mei)有(you)突(tu)然(ran)性(xing)(xing)破(po)(po)壞(huai)(huai)的(de)(de)現(xian)象,彈(dan)(dan)性(xing)(xing)模量隨(sui)著(zhu)熱沖(chong)擊試(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)次(ci)(ci)數(shu)(shu)(shu)(shu)的(de)(de)增(zeng)(zeng)加(jia)呈平緩(huan)的(de)(de)下(xia)降(jiang)趨勢。實(shi)際(ji)應用過(guo)程(cheng)中(zhong),由于硅(gui)酸(suan)鹽(yan)結(jie)(jie)合(he)碳(tan)(tan)化(hua)(hua)(hua)(hua)硅(gui)制(zhi)(zhi)品(pin)(pin)在(zai)(zai)受(shou)到熱沖(chong)擊作用之(zhi)后(hou)可(ke)以(yi)觀察到制(zhi)(zhi)品(pin)(pin)發生膨脹(zhang)、開裂和(he)變(bian)形(xing),可(ke)以(yi)容易預(yu)知材(cai)料(liao)使用壽命。
3.3高導熱性
由于碳(tan)化(hua)硅(gui)本身的(de)(de)(de)熱(re)(re)傳(chuan)導(dao)(dao)性好,因此碳(tan)化(hua)硅(gui)含量高的(de)(de)(de)耐火材(cai)料(liao)的(de)(de)(de)導(dao)(dao)熱(re)(re)系(xi)(xi)數(shu)均較(jiao)高,其導(dao)(dao)熱(re)(re)系(xi)(xi)數(shu)大都超過14.4W/(m?K)。用于換熱(re)(re)器、匣缽、煤氣化(hua)爐(lu)的(de)(de)(de)水冷壁、間接(jie)加熱(re)(re)的(de)(de)(de)窯具制品等(deng)。碳(tan)化(hua)硅(gui)制品在使(shi)用過程(cheng)中其顆粒表面的(de)(de)(de)導(dao)(dao)熱(re)(re)系(xi)(xi)數(shu)將(jiang)會(hui)逐漸變小。結(jie)(jie)合(he)(he)基料(liao)的(de)(de)(de)性質對碳(tan)化(hua)硅(gui)制品的(de)(de)(de)導(dao)(dao)熱(re)(re)系(xi)(xi)數(shu)有一定的(de)(de)(de)影響,氧氮化(hua)硅(gui)結(jie)(jie)合(he)(he)和(he)氮化(hua)硅(gui)結(jie)(jie)合(he)(he)碳(tan)化(hua)硅(gui)的(de)(de)(de)導(dao)(dao)熱(re)(re)系(xi)(xi)數(shu)較(jiao)高,硅(gui)酸鹽(yan)結(jie)(jie)合(he)(he)碳(tan)化(hua)硅(gui)的(de)(de)(de)導(dao)(dao)熱(re)(re)系(xi)(xi)數(shu)較(jiao)小。
3.4抗氧化性
碳化硅(gui)具有較(jiao)好的抗氧化性,在1300℃以(yi)下氧化微弱,1300℃以(yi)上才發生明顯的氧化,氧化生成SiO2玻璃保護(hu)膜,可抑(yi)制(zhi)碳化硅(gui)的氧化。
碳(tan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)硅耐火材料(liao)制品(pin)(pin)(pin)的(de)(de)抗氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)性(xing)同(tong)樣(yang)是隨著(zhu)結(jie)合(he)基(ji)(ji)料(liao)的(de)(de)類型不同(tong)而(er)(er)呈明顯(xian)的(de)(de)差(cha)異。氮(dan)(dan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)硅結(jie)合(he)碳(tan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)硅制品(pin)(pin)(pin)的(de)(de)抗氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)性(xing)能較(jiao)低,這可從它(ta)們的(de)(de)顯(xian)微結(jie)構特點作出解釋。因為氮(dan)(dan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)硅結(jie)合(he)碳(tan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)硅制品(pin)(pin)(pin)的(de)(de)基(ji)(ji)料(liao)呈交(jiao)織(zhi)纖維狀,透氣性(xing)較(jiao)高(gao),對碳(tan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)硅顆粒所起的(de)(de)保護(hu)作用較(jiao)小;而(er)(er)在硅酸(suan)鹽(yan)結(jie)合(he)和(he)氧(yang)(yang)(yang)氮(dan)(dan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)硅結(jie)合(he)碳(tan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)硅制品(pin)(pin)(pin)中(zhong),在碳(tan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)硅顆粒表(biao)面(mian)上被連續基(ji)(ji)料(liao)包裹,因而(er)(er)具有較(jiao)強的(de)(de)抗氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)性(xing)能。硅酸(suan)鹽(yan)結(jie)合(he)碳(tan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)硅和(he)氧(yang)(yang)(yang)氮(dan)(dan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)硅結(jie)合(he)碳(tan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)硅的(de)(de)抗氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)性(xing)能在上述(shu)測試中(zhong)顯(xian)示(shi)出相似的(de)(de)性(xing)狀,但(dan)在長期使用中(zhong)可明顯(xian)地顯(xian)示(shi)出它(ta)們之間的(de)(de)區別。
3.5抗渣性
SiC是(shi)共價鍵性很強的(de)(de)化合(he)(he)物,在(zai)高溫下仍保持高的(de)(de)鍵合(he)(he)強度,因此SiC有較好的(de)(de)化學穩定性,不(bu)會(hui)被大(da)多數酸堿溶液(ye)所侵(qin)蝕。碳化硅與熔融金屬和(he)熔渣的(de)(de)潤濕角較大(da),與氧化物耐(nai)火(huo)材料相比,對各種固體(ti)、液(ye)體(ti)、氣體(ti)都有良好的(de)(de)抗侵(qin)蝕性。如煉鐵(tie)系統用的(de)(de)Al2O3-SiC-C質(zhi)澆注料和(he)制品、水泥(ni)窯用硅莫磚及含碳化硅的(de)(de)澆注料、各種酸堿反應容(rong)器等(deng)等(deng)。
結語
碳(tan)化(hua)(hua)硅(gui)(gui)為一(yi)種(zhong)典型的(de)(de)共價鍵結合的(de)(de)化(hua)(hua)合物,有許多優異的(de)(de)性能(neng),如耐磨削、耐高溫(wen)、耐腐蝕(shi)、高熱導率、高化(hua)(hua)學穩定性、寬帶隙以及高電(dian)子遷移率等(deng)。使其廣泛應用在(zai)磨料(liao)磨具、耐火材料(liao)、功能(neng)陶瓷、冶金輔(fu)料(liao)等(deng)行業(ye),隨著(zhu)社會(hui)經(jing)濟和技術的(de)(de)發展,碳(tan)化(hua)(hua)硅(gui)(gui)也會(hui)在(zai)更多的(de)(de)領域得到應用。我國是世界(jie)碳(tan)化(hua)(hua)硅(gui)(gui)生產(chan)(chan)大國,但(dan)長期居碳(tan)化(hua)(hua)硅(gui)(gui)產(chan)(chan)業(ye)鏈的(de)(de)低端,我們需要(yao)在(zai)碳(tan)化(hua)(hua)硅(gui)(gui)**產(chan)(chan)品上實現新(xin)的(de)(de)突破,真正做(zuo)到既大有強(qiang),促進(jin)碳(tan)化(hua)(hua)硅(gui)(gui)產(chan)(chan)業(ye)高質量(liang)發展。