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      about

      綠碳化硅和黑碳化硅的不同用途及工藝

      2019-12-19 作者:碳化硅板技術員

      碳化硅磨料通常以石英、石油焦炭為主要原料。它們在備料工序中經過機械加工,成為合適的粒度,然后按照化學計算,混合成為爐料。磨料調節爐料的透氣性,在配爐料時要加適量的木屑。制煉綠碳化硅時,爐料中還要加適量的食鹽。


      綠碳化硅,黑碳化硅
      爐料裝在間歇式電阻爐內。電阻爐兩端是端墻,近中心處有石墨電極。爐芯體即連于兩電極之間。爐芯周圍裝的是參加反應的爐料,外部則是保溫料。制煉時,電爐供電,爐芯體溫度上升,達到2600~2700℃。電熱通過爐芯表面傳給爐料,使之逐漸加熱,達到1450℃以上時,即發生化學反應,生成碳化硅,并逸出一氧化碳。隨著時間的推移,爐料高溫范圍不斷擴大,形成的碳化硅也越來越多。它在爐內不斷形成,蒸發移動,結晶長大,聚集成為一個圓筒形的結晶筒。結晶筒的內壁因受高溫,超過2600℃的部分就開始分解。分解出的硅又與爐料中的碳結合而成為新的碳化硅。爐自送電初期,電熱主要部分用于加熱爐料,而用以形成碳化硅的熱量只是較少的一部分。送電中期,形成碳化硅所用的熱量所占比例較大。送電后期,熱損失占主要部分。調整送電功率與時間的關系,優選出最有利的停電時間,以期獲得最好的電熱利用率。大功率電阻爐通常選擇送電時間在24小時左右,以利作業安排。在此基礎上,調整電爐功率與爐子規格的關系。

      電阻爐送電過程中,除了形成碳化硅這一基本反應外,爐料中各種雜質也發生一系列化學的和物理的變化,并發生位移。食鹽亦然。爐料在制煉過程中不斷減少,爐料表面變形下沉。反應所形成的一氧化碳則彌漫于大氣中,成為污染周圍大氣的有害成分。

        停電后,反應過程基本結束。但由于爐子很大,蓄熱量就很大,一時冷卻不了,爐內溫度還足以引起化學反應,因此,爐表面仍繼續有少量一氧化碳逸出。對于大功率電爐來說,延續的殘余反應可達3~4小時。這時的反應比起送電時的反應來說,是微不足道的。但因為當時爐表面溫度已經下降,一氧化碳燃燒更不徹底。從勞動保護角度來說,仍應予以足夠重視。

      停電后經過一段時間冷卻,就可以拆除爐墻,然后逐步取出爐內各種物料。

      制煉后爐內的物料,從外到里,構成下列各物層:

      (1)氧碳化硅層

        該層物料實際上是半反應的料,主要是還未反應的碳和二氧化硅,也有一部分為已經反應成的碳化硅(約占20~50%)。未反應的二氧化硅和碳,其形態已經發生很大變化,因此不同于乏料。氧碳化硅層的二氧化硅及碳已不現原來的外貌,兩者結合成為灰色或黃色的無定形物料。但它們結合的很松散,冷卻后輕輕一壓就會成為粉末。而乏料中的二氧化硅,其粒度大小與形狀都與投爐前差不多,只不過透明度變化了。炭粉也只是燒結成較大的粒,并除去了揮發分而已。因此,氧碳化硅層是很容易辨認的。

      (2)未經反應的物料

        這部分爐料在制煉時未達到反應溫度,因而不起反應,只起保溫作用,它在爐中所占的位置叫保溫帶。保溫帶爐料與反應帶爐料的配制方法、制煉后該部位爐料的利用方法不盡相同。有一種工藝方法,在保溫帶的特定區域內裝爐時裝以新料,制煉后取出配到反應料中去,這就叫做焙燒料。若將保溫帶上未反應的料經再生處理,稍加焦炭及適量木屑,配制成保溫料重新利用,就稱之為乏料。

      (3)粘合物層

        粘合物層是介于氧碳化硅與無定形物層之間的、粘結很緊的物料,含有較多的鐵、鋁、鈣、鎂等雜質,其量若用金屬氧化物表示的話??蛇_5~10%。粘合物的物相組成,主要是未反應的二氧化硅、碳和所形成的碳化硅(SiC約占40~60%)及鐵、鋁、鈣、鎂的硅酸鹽類。這層物料有時很難與氧碳化硅及無定形物加以分辨。但如果爐內雜質多時,此層就很分明,特別是在黑碳化硅爐內。

      (4)一級品碳化硅結晶塊

        這是電阻爐的主要產品,是粗大的α-SiC結晶,SiC含量在96%以上。其厚度視爐功率及部位不同為50~450mm不等。結晶粗大緊密,有黑色的或綠色的。

      (5)無定形物層

        無定形物層主要是立方碳化硅(β-SiC),其主要成分為碳化硅(約占70~90%),還有較多的反應不完全的碳及二氧化硅,而鐵、鋁、鈣、鎂等金屬氧化物含量合計可達2~5%。該層物料較松散,很容易弄碎使之成為粉末狀。黑碳化硅爐內的無定形物通常呈黑色,綠碳化硅爐內的無定形物多數為黃綠色,也有在外部呈黑色而向內則逐漸呈灰黃、黃綠色的。無定形物層一般較均勻。當所用原料二氧化硅顆粒太粗、焦炭中固定碳太低時,無定形物層有時有較多的小泡狀空洞。

      (6)爐芯體石墨

        緊靠結晶筒內壁的是碳化硅分解而成的石墨,其外形仍保持原來碳化硅結晶的樣子。分解石墨層內側是原先裝進爐內的石墨爐芯體,它又經過一爐次高溫,石墨化程度更加完全。但形態上已與原先裝入時有所不同。兩種石墨混合回收,作為下一爐次的爐芯體材料。

      (7)二級品碳化硅

        該層已經成α-SiC,但結晶較小,很脆弱,雜質也較多,碳化硅含量只有90~95%,還不能作磨料用。二級品與無定形物外觀上很易分辨。無定形物層β-SiC如粉末狀,無光澤,而二級品為六方結晶體,晶面清晰,有光澤,如鏡面反光。二級品與一級品無本質上的差別,在結晶筒上分為二級品層與一級品層,完全是人為地按用途及質量要求劃分的。而上述的其他料層,有些則是物料本質不同,外觀差別很大;有些則自然粘結成層。與無定形物一樣,二級品層有時也有小泡狀空洞。


      生產過程中,以上各種物料是在電爐的不同作業階段中取出的。取出的先后次序有時與上述次序也不一致,而且也不完全按照上述分類來收集。通常作業分類是,乏料與一部分氧碳化硅統一作為乏料收集;氧碳化硅的一部分和無定形物、二級品一起收集,籠統稱為回爐料。粘合物有時歸入回爐料中收集之,有時選出其中一部分較大塊而粘結很緊的,含雜質明顯較多的拋棄之。

      取得的一級品結晶塊,要經過分級,然后再經過粗碎、細碎、化學處理、干燥與篩分、磁選,制成各種粒度的黑碳化硅磨料和綠碳化硅磨料。對于微粉來說,還要經過水選過程,制得W5~W40微粉。

        
      綠碳化硅微粉

      綠碳化硅呈綠色,含SiC 97%以上,晶體結構,硬度高,切削能力較強,化學性質穩定,導熱性能好。微觀形狀呈六方晶體,碳化硅的莫氏硬度為9.5,顯微硬度3280--3400kg/mm2,比重為3.20~3.25。其硬度介于剛玉和金剛石之間,機械強度高于剛玉。綠碳化硅是以石油焦和優質硅石為主要原料,添加食鹽作為添加劑,通過電阻爐高溫冶煉而成。

      主要用途:太陽能硅片、半導體硅片、石英芯片的切割研磨;水晶、純粒鐵的拋光;陶瓷、特殊鋼的精密拋光;固結及涂附磨具,切割、自由研磨拋光;還可研磨玻璃、石材、瑪瑙及高級珠寶玉器等非金屬材料,并且能制造高級耐火材料、工程陶瓷、加熱元件和熱能元件等。

      黑碳化硅

      呈黑色,性脆而鋒利,并具有較好的導熱性和導電性。微觀形狀呈六方晶體,碳化硅的莫氏硬度為9.2,威氏顯微密硬度為3000--3300kg/mm2,努普硬度為2670--2815kg/mm,顯微硬度3300kg/mm3。在磨料中高于剛玉而僅次于金剛石、立方氮化硼和碳化硼。密度一般認為是3.20g/mm3,其碳化硅磨料的自然堆積密度在1.2--1.6g/mm3之間,比重為3.20~3.25。黑碳化硅是以石油焦和優質硅石為主要原料,添加食鹽作為添加劑,通過電阻爐高溫冶煉而成。黑色碳化硅與綠色碳化硅相比,其純度、硬度、脆性稍低。http://www.buku-mimpi-togel.com

      主要用途:太陽能硅片、半導體硅片、石英芯片的切割研磨;固結磨具和涂附磨具的制作;石材的研磨拋光;加工抗張強度低的金屬及非金屬材料,如灰鑄鐵黃銅、鋁、石料、皮革、耐火材料行業等。

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