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简述碳化硅的生产制备及其应用领域


来源:中国粉体网   橙子

[导读]  碳化硅具有良好的物理性能和化学性能,广泛的应用于耐磨材料、结构陶瓷、耐火材料和金属冶金中。同时随着传统资源的日益枯竭,光伏产业迅速发展,高品质碳化硅微粉作为光伏材料晶硅片的专用材料也得到了很好的发展。

中国粉体网讯  碳化硅具有化学性能稳定、导热系数高、热膨胀系数小、耐磨性能好等特点,常用作耐磨材料、结构陶瓷、耐火材料和金属冶金等传统领域中。同时碳化硅微粉又是一种很好的光伏材料。随着传统资源的日益枯竭,光伏产业得到迅速发展,高品质碳化硅微粉是光伏产业链上游环节——晶硅片生产过程中的专用材料。




一.碳化硅简介


碳化硅又称碳硅石、金刚砂或耐火砂。属六方晶体,比重为3.20~3.25,莫氏硬度为9.5,显微硬度为2840~3320kg/mm2。我国工业生产的碳化硅分为黑碳化硅和绿碳化硅两种。


黑碳化硅:含SiC约95%,强度比绿碳化硅大,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。


绿碳化硅:含SiC97%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。


二.碳化硅微粉的生产工艺


由于碳化硅在自然界中的存在极少,因此,碳化硅的生产主要由人工合成。 黑碳化硅和绿碳化硅的主要原料略有不同。其中黑碳化硅的原料是:石英砂、石油焦和优质硅石。绿碳化硅的原料是石油焦和优质硅石,同时以食盐做添加剂。在温度为2000~2500℃的电炉内合成,具体方程式为

SiO2+3C→SiC+2CO   -46.8KJ(11.20kcal)。然后炼得的碳化硅块,经破碎、酸碱洗、磁选和筛分或水选而制成各种粒度的碳化硅粉。具体流程图如下:



三.国内生产工艺现状


中国碳化硅冶炼的生产工艺、技术装备和单吨能耗都达到世界领先水平。黑、绿碳化硅原块的质量水平也属世界级。但是与国际相比,中国碳化硅的成产还存在以下问题:(1)生产设备不先进,很多工序依靠人力完成,人均产量较低。(2)碳化硅的分散工艺不先进,微粉的质量管理不精细,稳定性不够。(3)某些尖端产品的性能指标与发达国家同类产品相比有一定差距(4)国内冶炼过程产生的CO直接排放,而国外是封闭冶炼,全部回收。


四.碳化硅的应用领域


由于碳化硅具有高的高温强度、高硬度、高耐磨性、高耐腐蚀性和特殊的物理性能等特点,广泛应用于陶瓷材料,耐火材料和金属冶金等领域中。同时碳化硅超细微粉也是一种很好的光伏材料,常用作太阳能,半导体材料或新型节能材料的制作中。



(1)建材陶瓷砂轮工业  


利用碳化硅的导热系数大,高热强度大的特性,制造薄板窑具,不仅能减少窑具容量,还提高了窑炉的装容量和产品质量,缩短了生产周期,是陶瓷釉面烘烤烧结理想的间接材料。同时加入碳化硅制作的碳化硅陶瓷也是陶瓷制品中耐高温效果较好的。


(2)有色金属冶炼领域


利用碳化硅具有耐高温,强度大,导热性能良好,抗冲击,作高温间接加热材料,如坚罐蒸馏炉,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。


(3)钢铁行业的应用


利用碳化硅的耐腐蚀,抗热冲击耐磨损,导热好的特点,用于大型高炉内衬提高了使用寿命。


(4)冶金选矿行业的应用 


碳化硅硬度仅次于金刚石,具有较强的耐磨性能,是耐磨管道、叶轮、泵室、旋流器,矿斗内衬的理想材料,其耐磨性能是铸铁.橡胶使用寿命的 5—20 倍。


(5)节能材料


利用良好的导热和热稳定性,碳化硅用作热交换器的制造中,可以减少燃耗20%,节约燃料35%。碳化硅新材料还广泛应用于航空航天中。我国首台火星车或将用铝基碳化硅等多种材料制造。



(6)半导体光伏产业的应用 


由于碳化硅材料具有宽能级、高击穿电场、高热传导率以及高饱和电子迁移速度等独特、优良的物理和电子特性,使其成为半导体领域的最佳材料。如:蓝色发光二极管、紫外线探测器、高压二级管、大功率微波器、以及各种耐高温的高频器件等。


五.小结


虽然碳化硅的应用领域十分广泛,但是传统碳化硅的产能过剩,市场需求也已经饱和。企业可以通过调整产业结构,采用更先进的设备和分散技术,提高人均产量并制作出更高端更精细的碳化硅产品,来提升碳化硅产品的附加值。同时,由于国家对环保的高度重视,如何处理碳化硅生产过程中产生的污染也是影响碳化硅市场前景的重要因素。


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