碳化硅概述
碳(tan)化(hua)(hua)硅(gui)為一種典型的共價鍵結合(he)的化(hua)(hua)合(he)物,自然界(jie)中存(cun)在很少,屬(shu)于(yu)(yu)人工(gong)合(he)成材料(liao)。碳(tan)化(hua)(hua)硅(gui)有(you)許(xu)多(duo)優(you)異的性(xing)能(neng),如耐磨(mo)削、耐高溫、耐腐蝕、高熱導率、高化(hua)(hua)學穩(wen)定性(xing)、寬帶隙以及高電子遷移率等。由于(yu)(yu)碳(tan)化(hua)(hua)硅(gui)的超常硬(ying)度,*初應用(yong)于(yu)(yu)各種磨(mo)削工(gong)具,如砂輪、砂布、砂及各種磨(mo)料(liao),在機械(xie)行業材料(liao)加工(gong)與磨(mo)削時(shi)大(da)量使用(yong),后來又作為鋼鐵(tie)冶(ye)煉中的還原劑與加熱元件。人們發現它(ta)還有(you)高溫熱穩(wen)定性(xing)、高熱傳導性(xing)、耐酸(suan)堿腐蝕性(xing)、低膨脹(zhang)系數、抗(kang)熱震(zhen)好等等一系列的優(you)良(liang)性(xing)能(neng)。
純(chun)碳(tan)(tan)(tan)化(hua)(hua)硅(gui)是無(wu)色(se)(se)透明的(de)結晶(jing)體,工業碳(tan)(tan)(tan)化(hua)(hua)硅(gui)則有無(wu)色(se)(se)、淡(dan)黃色(se)(se)、淺綠(lv)(lv)色(se)(se)、深綠(lv)(lv)色(se)(se)、淺藍色(se)(se)、深藍色(se)(se)乃至黑色(se)(se),透明程度依次降(jiang)低。按色(se)(se)澤(ze)一般將(jiang)碳(tan)(tan)(tan)化(hua)(hua)硅(gui)分(fen)為(wei)黑碳(tan)(tan)(tan)化(hua)(hua)硅(gui)(國(guo)內常(chang)用代號C表示)和綠(lv)(lv)碳(tan)(tan)(tan)化(hua)(hua)硅(gui)(代號GC)兩類。其中從無(wu)色(se)(se)的(de)直到深綠(lv)(lv)色(se)(se)的(de)SiC都歸入綠(lv)(lv)碳(tan)(tan)(tan)化(hua)(hua)硅(gui),暗藍色(se)(se)的(de)至黑色(se)(se)的(de)則都歸入黑碳(tan)(tan)(tan)化(hua)(hua)硅(gui)。
1.1碳化硅的發展歷史
天然(ran)的(de)(de)碳(tan)(tan)化(hua)(hua)硅(gui)(gui)(gui)(gui)即碳(tan)(tan)硅(gui)(gui)(gui)(gui)石(shi)(shi)(shi)(又稱莫桑(sang)石(shi)(shi)(shi))很少(shao),工(gong)業上使用的(de)(de)碳(tan)(tan)化(hua)(hua)硅(gui)(gui)(gui)(gui)是一(yi)種人工(gong)合(he)(he)成(cheng)的(de)(de)材料(liao),俗稱金(jin)剛(gang)砂。1891年(nian)由美國科(ke)學家(jia)艾奇遜(xun)(xun)在電(dian)熔(rong)金(jin)剛(gang)石(shi)(shi)(shi)實驗時(shi),偶然(ran)發現的(de)(de)一(yi)種碳(tan)(tan)化(hua)(hua)物,當(dang)時(shi)誤認為是金(jin)剛(gang)石(shi)(shi)(shi)的(de)(de)混合(he)(he)體(ti),故取名金(jin)剛(gang)砂,同年(nian)艾奇遜(xun)(xun)研究了工(gong)業冶煉碳(tan)(tan)化(hua)(hua)硅(gui)(gui)(gui)(gui)的(de)(de)方(fang)法,也就是大(da)家(jia)常說的(de)(de)艾奇遜(xun)(xun)爐(lu)(lu),一(yi)直沿用至今(jin),以碳(tan)(tan)質材料(liao)為爐(lu)(lu)芯(xin)體(ti)的(de)(de)電(dian)阻爐(lu)(lu),通(tong)電(dian)加(jia)熱石(shi)(shi)(shi)英SiO2和碳(tan)(tan)的(de)(de)混合(he)(he)物生成(cheng)碳(tan)(tan)化(hua)(hua)硅(gui)(gui)(gui)(gui)。
碳(tan)化硅(gui)用(yong)(yong)電爐(lu)生(sheng)產以來,人們(men)先是利用(yong)(yong)其高硬度(du)用(yong)(yong)作人造磨料,1893年開始用(yong)(yong)作耐火材(cai)料,我(wo)國(guo)碳(tan)化硅(gui)的研制較歐美等(deng)發達國(guo)家較晚,于1949年由趙廣和研制成功。1951年6月**臺制造SiC的工業爐(lu)在**砂輪廠建成,從此結束了中國(guo)不(bu)能(neng)生(sheng)產SiC的歷史。
1.2碳化硅的結構及性能碳化硅
分(fen)子式為(wei)四面(mian)體,硅原(yuan)子位(wei)于中(zhong)心(xin),周圍(wei)(wei)為(wei)碳原(yuan)子。分(fen)子量為(wei)40.07,其中(zhong)含Si70.045%,含C29.955%。以共(gong)價鍵為(wei)主(共(gong)價鍵占88%)結(jie)(jie)合(he)而(er)成的(de)化合(he)物,其基本單元為(wei)Si—C四面(mian)體,硅原(yuan)子位(wei)于中(zhong)心(xin),周圍(wei)(wei)為(wei)碳原(yuan)子。所(suo)(suo)有結(jie)(jie)構的(de)SiC均由(you)Si—C四面(mian)體堆積(ji)(ji)而(er)成,所(suo)(suo)不同的(de)只是平(ping)行堆積(ji)(ji)或者反平(ping)行堆積(ji)(ji),如圖1所(suo)(suo)示。
圖1碳(tan)化硅(gui)的(de)(de)(de)晶體(ti)結構碳(tan)化硅(gui)是一種典型的(de)(de)(de)共價(jia)鍵結合的(de)(de)(de)穩(wen)定(ding)化合物,SiC有(you)(you)75種變體(ti),如α-SiC、β-SiC、3C-SiC、4H-SiC、15R-SiC等,所有(you)(you)這(zhe)些結構可(ke)分(fen)(fen)為方晶系、六方晶系和菱(ling)形(xing)晶系,其(qi)中α-SiC、β-SiC*為常見(jian)。α-SiC是高溫(wen)穩(wen)定(ding)型,β-SiC是低溫(wen)穩(wen)定(ding)型。β-SiC在2100~2400℃可(ke)轉變為α-SiC,β-SiC可(ke)在約1450℃溫(wen)度下由硅(gui)和碳(tan)反應生成。利用透射(she)(she)(she)電子(zi)顯微鏡(jing)和X-射(she)(she)(she)線衍射(she)(she)(she)檢測技術可(ke)對(dui)SiC顯微體(ti)進行多型體(ti)分(fen)(fen)析和定(ding)量測定(ding)。為了(le)區別各種不同(tong)的(de)(de)(de)結構,需要有(you)(you)相應的(de)(de)(de)命名方法,常用把低溫(wen)類型的(de)(de)(de)立方碳(tan)化硅(gui)叫做β-SiC,而(er)其(qi)余六方的(de)(de)(de)、菱(ling)形(xing)的(de)(de)(de)晶胞結構一律稱為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)游離硅(gui)。它一(yi)部分溶解于SiC晶體中,一(yi)部分與(yu)其雜質(如鐵、鋁、鈣(gai)等(deng))形成合金而粘附于晶體上或嵌在晶體中。
(2)游離(li)二氧(yang)化(hua)硅。通(tong)常存在于晶體表面(mian)。大都(dou)是由(you)于電(dian)阻爐冷卻過(guo)(guo)程中SiC與空氣(qi)中氧(yang)氣(qi)或水蒸汽(qi)接觸氧(yang)化(hua)而生成(cheng)的(de)。當配(pei)料(liao)中硅質原料(liao)過(guo)(guo)剩時(shi),它也會通(tong)過(guo)(guo)蒸發、凝(ning)聚在碳化(hua)硅晶體表面(mian)上,爐內還(huan)可能出現(xian)白(bai)色(se)絨毛狀SiO2。
(3)碳(tan)(tan)。碳(tan)(tan)一(yi)部分包(bao)裹在(zai)SiC晶體,一(yi)部分和(he)金屬雜質(zhi)形成碳(tan)(tan)化物。當配料(liao)中碳(tan)(tan)過(guo)量時,可看到明顯的游離狀態的碳(tan)(tan)粒。
(4)鐵、鋁(lv)、鈣、鎂等。由(you)于爐內的(de)高(gao)溫還原氣(qi)氛,含在結晶塊中(zhong)的(de)這些雜質大都呈合金狀態或(huo)碳化物(wu)狀態。鐵、鎂、鈣等雜質不進入晶格(ge),而堆積在晶粒的(de)界面上和氣(qi)孔中(zhong)。進入SiC晶格(ge)的(de)主(zhu)要雜質有(you)氮、鋁(lv)、硼等,它們(men)對(dui)晶體的(de)導(dao)電性(xing)有(you)重要影響。
1.3生產方式
碳化硅主要由(you)電阻爐生產,艾奇遜冶煉(lian)爐結構見圖2。
圖2艾奇遜*初的(de)碳化硅冶(ye)煉爐
電阻爐(lu)是一個用耐火磚(zhuan)做的(de)砌床,里面裝有硅(gui)砂、焦(jiao)炭、食鹽配(pei)成的(de)混合(he)料,兩根炭素電極深入砌床之中(zhong)。專用的(de)石墨爐(lu)心配(pei)置在電報之間,提供(gong)了一條*初的(de)導電通(tong)路(lu),發(fa)電機接到(dao)電極上。大電流通(tong)過爐(lu)心,產生很大的(de)熱量,包(bao)圍爐(lu)心的(de)混合(he)料按如下總(zong)的(de)方程轉化為碳化硅(gui):
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(mo)料,可用來做磨(mo)具(ju),如砂(sha)輪、油石(shi)、磨(mo)頭、砂(sha)瓦(wa)類等。
(2)作為冶(ye)金脫氧劑(ji)和耐(nai)高溫材料(liao)。
(3)高(gao)純(chun)度的單晶,可用于制造半導體、制造碳化硅纖(xian)維。
主要用途:用于單晶(jing)硅、多晶(jing)硅、砷化(hua)鉀、石英晶(jing)體等線切割(ge)。太陽能光伏產(chan)業(ye)、半導體產(chan)業(ye)、壓電晶(jing)體產(chan)業(ye)工程性(xing)加工材料。
用于(yu)半(ban)導(dao)體、避雷針(zhen)、電路元(yuan)件(jian)、高溫應用、紫外光偵(zhen)檢器、結構材(cai)料、天文、碟剎、離合器、柴油微(wei)粒濾清器、細絲高溫計、陶瓷薄膜、裁(cai)切工(gong)具(ju)、加熱元(yuan)件(jian)、核燃料、珠寶、鋼、護具(ju)、觸媒擔體等領域。
我國碳化硅產業現狀
2.1發展歷史
我國(guo)的碳(tan)化(hua)(hua)硅(gui)于1949年(nian)6月由趙光和研制成(cheng)功,1951年(nian)1月,**臺碳(tan)化(hua)(hua)硅(gui)冶煉(lian)爐(lu)(lu)在**砂(sha)(sha)輪廠(chang)(chang)建成(cheng),從(cong)此結束了中(zhong)國(guo)不能生產(chan)碳(tan)化(hua)(hua)硅(gui)的歷史,1952年(nian)8月,**砂(sha)(sha)輪廠(chang)(chang)又(you)試制成(cheng)功了綠碳(tan)化(hua)(hua)硅(gui)。又(you)相繼發展了避雷器用(yong)碳(tan)化(hua)(hua)硅(gui),立(li)方碳(tan)化(hua)(hua)硅(gui),鈰碳(tan)化(hua)(hua)硅(gui)和非磨(mo)料碳(tan)化(hua)(hua)硅(gui)。1969年(nian),**和**砂(sha)(sha)輪廠(chang)(chang)建成(cheng)4000kVA活動式電阻(zu)(zu)爐(lu)(lu)。1980年(nian),**砂(sha)(sha)輪廠(chang)(chang)建立(li)8000kVA大型電阻(zu)(zu)爐(lu)(lu)。時(shi)至今日,很多碳(tan)化(hua)(hua)硅(gui)冶煉(lian)廠(chang)(chang)家都是(shi)用(yong)12500—40000kVA電阻(zu)(zu)冶進行煉(lian)爐(lu)(lu)。
2.2現狀
我國有碳(tan)(tan)(tan)化(hua)(hua)(hua)(hua)硅(gui)(gui)(gui)產(chan)業(ye)在高峰時(shi)有冶煉企業(ye)200多(duo)(duo)(duo)家,年生產(chan)能(neng)力220多(duo)(duo)(duo)萬(wan)噸(dun)(其中:綠碳(tan)(tan)(tan)化(hua)(hua)(hua)(hua)硅(gui)(gui)(gui)塊120多(duo)(duo)(duo)萬(wan)噸(dun),黑碳(tan)(tan)(tan)化(hua)(hua)(hua)(hua)硅(gui)(gui)(gui)塊約100萬(wan)噸(dun))。綠碳(tan)(tan)(tan)化(hua)(hua)(hua)(hua)硅(gui)(gui)(gui)冶煉變壓器功率(lv)大多(duo)(duo)(duo)為(wei)6300~12500kVA,黑碳(tan)(tan)(tan)化(hua)(hua)(hua)(hua)硅(gui)(gui)(gui)*大冶煉變壓器為(wei)32000kVA。加工制砂、微粉生產(chan)企業(ye)300多(duo)(duo)(duo)家,年生產(chan)能(neng)力200多(duo)(duo)(duo)萬(wan)噸(dun)。
現在冶煉企(qi)業60家左右,年(nian)生(sheng)產能力90多萬(wan)噸(其中:綠(lv)碳(tan)化硅12萬(wan)噸,黑碳(tan)化硅約(yue)80萬(wan)噸)。加工制砂(sha)、微粉生(sheng)產企(qi)業100多家,年(nian)生(sheng)產能力100多萬(wan)噸。
碳(tan)化硅冶(ye)煉企業主(zhu)要集中到(dao)甘(gan)肅、寧夏,新疆、內蒙和四川。碳(tan)化硅加工制砂微粉(fen)生產企業主(zhu)要分布在河南、山(shan)東、江(jiang)蘇、黑龍(long)江(jiang)等省。
我(wo)國(guo)碳化硅(gui)(gui)冶(ye)煉(lian)生(sheng)產(chan)工藝、技術裝備和單噸能耗(hao)達到(dao)****水(shui)(shui)平(ping)。黑、綠碳化硅(gui)(gui)原(yuan)塊(kuai)的(de)質量水(shui)(shui)平(ping)也屬***。我(wo)國(guo)碳化硅(gui)(gui)與(yu)世(shi)界先(xian)進(jin)水(shui)(shui)平(ping)的(de)差距主要集中在(zai)幾個方面:一是生(sheng)產(chan)效率不高。在(zai)生(sheng)產(chan)過程中很少使用大型機械設備,很多工序依靠(kao)人力完成,人均碳化硅(gui)(gui)產(chan)量較低;二(er)是產(chan)品(pin)質量不優(you)。在(zai)碳化硅(gui)(gui)深加工產(chan)品(pin)質量管理不夠(gou)精細,產(chan)品(pin)質量的(de)穩定性(xing)不足(zu);三是**品(pin)種欠(qian)缺(que)。某(mou)些(xie)**產(chan)品(pin)的(de)性(xing)能指標(biao)與(yu)發達國(guo)家同(tong)類產(chan)品(pin)相比有一定差距。隨著環保(bao)形勢(shi)發展(zhan),基本完成了由開放式(shi)冶(ye)煉(lian)到(dao)封閉冶(ye)煉(lian)的(de)改(gai)進(jin),實現(xian)了一氧化碳全(quan)部回收。
2.3優勢及存在的問題
全球(qiu)(qiu)碳(tan)化硅產(chan)能產(chan)能達到1萬(wan)噸以上的(de)國(guo)家有13個,占全球(qiu)(qiu)總(zong)產(chan)能的(de)98%。其中中國(guo)碳(tan)化硅產(chan)能,占全球(qiu)(qiu)總(zong)產(chan)能的(de)80%以上。中國(guo)是世(shi)界當之無愧(kui)的(de)碳(tan)化硅**大國(guo),但我國(guo)碳(tan)化硅產(chan)品(pin)以低(di)端為(wei)主(zhu)(zhu),**耐火材料(liao)、**碳(tan)化硅磨(mo)料(liao)、碳(tan)化硅晶圓用碳(tan)化硅原料(liao),都依靠進口為(wei)主(zhu)(zhu)。中國(guo)的(de)碳(tan)化硅產(chan)業(ye)屬于(yu)典型(xing)的(de)基(ji)礎(chu)勞動密集型(xing)產(chan)業(ye),大而不強,處(chu)于(yu)碳(tan)化硅生(sheng)產(chan)產(chan)業(ye)鏈的(de)低(di)端。
碳化硅在耐火材料中的應用
3.1耐磨性
碳(tan)化(hua)硅硬(ying)度(du)僅次(ci)于金剛(gang)石,具有較強的(de)(de)(de)耐(nai)磨(mo)(mo)性能(neng),是(shi)(shi)耐(nai)磨(mo)(mo)管(guan)道(dao)、葉(xie)輪(lun)、泵室、旋流器(qi),礦(kuang)斗內襯(chen)的(de)(de)(de)理(li)想材料,其(qi)耐(nai)磨(mo)(mo)性能(neng)是(shi)(shi)鑄(zhu)鐵、橡膠使(shi)用壽命的(de)(de)(de)5-20倍(bei),也是(shi)(shi)航空飛行跑道(dao)的(de)(de)(de)理(li)想材料之一。以特(te)殊工藝(yi)把碳(tan)化(hua)硅粉末涂布于水輪(lun)機葉(xie)輪(lun)或汽缸體的(de)(de)(de)內壁,可(ke)提(ti)高其(qi)耐(nai)磨(mo)(mo)性而延長使(shi)用壽命1~2倍(bei)。
3.2抗熱震性
由于碳(tan)(tan)(tan)化(hua)(hua)(hua)硅(gui)(gui)(gui)(gui)的(de)(de)(de)導熱(re)(re)(re)系數(shu)高和(he)熱(re)(re)(re)膨(peng)脹系數(shu)小,此碳(tan)(tan)(tan)化(hua)(hua)(hua)硅(gui)(gui)(gui)(gui)耐(nai)(nai)火材料(liao)的(de)(de)(de)耐(nai)(nai)熱(re)(re)(re)沖(chong)(chong)(chong)擊(ji)(ji)性(xing)(xing)(xing)(xing)很好(hao)。碳(tan)(tan)(tan)化(hua)(hua)(hua)硅(gui)(gui)(gui)(gui)制品的(de)(de)(de)耐(nai)(nai)熱(re)(re)(re)震性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)也(ye)與結(jie)合(he)基料(liao)的(de)(de)(de)類型和(he)性(xing)(xing)(xing)(xing)質有著密(mi)切的(de)(de)(de)關系。測試(shi)(shi)(shi)證明:把(ba)樣品迅(xun)速放入1200℃的(de)(de)(de)電爐內加熱(re)(re)(re)20min,然(ran)(ran)后取出(chu)(chu)在(zai)(zai)空氣(qi)中(zhong)冷卻并測定(ding)彈(dan)(dan)(dan)性(xing)(xing)(xing)(xing)模量(liang)的(de)(de)(de)變(bian)化(hua)(hua)(hua)。硅(gui)(gui)(gui)(gui)酸鹽結(jie)合(he)碳(tan)(tan)(tan)化(hua)(hua)(hua)硅(gui)(gui)(gui)(gui)制品的(de)(de)(de)彈(dan)(dan)(dan)性(xing)(xing)(xing)(xing)模量(liang)隨著冷熱(re)(re)(re)沖(chong)(chong)(chong)擊(ji)(ji)試(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)次(ci)數(shu)增(zeng)加呈(cheng)(cheng)現出(chu)(chu)比較(jiao)平緩的(de)(de)(de)逐漸下降趨勢,而氮化(hua)(hua)(hua)硅(gui)(gui)(gui)(gui)結(jie)合(he)碳(tan)(tan)(tan)化(hua)(hua)(hua)硅(gui)(gui)(gui)(gui)制品則不(bu)同,在(zai)(zai)30次(ci)冷循環試(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)之前(qian),它的(de)(de)(de)彈(dan)(dan)(dan)性(xing)(xing)(xing)(xing)模量(liang)隨著熱(re)(re)(re)沖(chong)(chong)(chong)擊(ji)(ji)試(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)次(ci)數(shu)的(de)(de)(de)增(zeng)加變(bian)化(hua)(hua)(hua)很小,能(neng)(neng)保(bao)持著一(yi)個相當恒定(ding)的(de)(de)(de)數(shu)值,然(ran)(ran)而經過(guo)31次(ci)熱(re)(re)(re)沖(chong)(chong)(chong)擊(ji)(ji)試(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)后,試(shi)(shi)(shi)樣彈(dan)(dan)(dan)性(xing)(xing)(xing)(xing)模量(liang)迅(xun)速下降,突然(ran)(ran)性(xing)(xing)(xing)(xing)破壞。氧(yang)氮化(hua)(hua)(hua)硅(gui)(gui)(gui)(gui)結(jie)合(he)碳(tan)(tan)(tan)化(hua)(hua)(hua)硅(gui)(gui)(gui)(gui)制品與硅(gui)(gui)(gui)(gui)酸鹽結(jie)合(he)碳(tan)(tan)(tan)化(hua)(hua)(hua)硅(gui)(gui)(gui)(gui)制品相似,沒(mei)有突然(ran)(ran)性(xing)(xing)(xing)(xing)破壞的(de)(de)(de)現象(xiang),彈(dan)(dan)(dan)性(xing)(xing)(xing)(xing)模量(liang)隨著熱(re)(re)(re)沖(chong)(chong)(chong)擊(ji)(ji)試(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)次(ci)數(shu)的(de)(de)(de)增(zeng)加呈(cheng)(cheng)平緩的(de)(de)(de)下降趨勢。實際應用(yong)過(guo)程中(zhong),由于硅(gui)(gui)(gui)(gui)酸鹽結(jie)合(he)碳(tan)(tan)(tan)化(hua)(hua)(hua)硅(gui)(gui)(gui)(gui)制品在(zai)(zai)受到熱(re)(re)(re)沖(chong)(chong)(chong)擊(ji)(ji)作用(yong)之后可以觀(guan)察到制品發生膨(peng)脹、開裂和(he)變(bian)形(xing),可以容易預知材料(liao)使用(yong)壽命。
3.3高導熱性
由(you)于碳化(hua)硅(gui)(gui)本(ben)身的(de)(de)(de)熱傳導性(xing)(xing)好,因此碳化(hua)硅(gui)(gui)含量高(gao)(gao)的(de)(de)(de)耐火(huo)材料的(de)(de)(de)導熱系(xi)數均較高(gao)(gao),其導熱系(xi)數大都超過14.4W/(m?K)。用(yong)于換熱器(qi)、匣缽、煤氣化(hua)爐(lu)的(de)(de)(de)水冷壁、間(jian)接加(jia)熱的(de)(de)(de)窯具制品(pin)等。碳化(hua)硅(gui)(gui)制品(pin)在使用(yong)過程(cheng)中其顆粒表(biao)面的(de)(de)(de)導熱系(xi)數將會逐(zhu)漸變小。結(jie)合(he)基料的(de)(de)(de)性(xing)(xing)質對碳化(hua)硅(gui)(gui)制品(pin)的(de)(de)(de)導熱系(xi)數有一定的(de)(de)(de)影響(xiang),氧氮(dan)化(hua)硅(gui)(gui)結(jie)合(he)和氮(dan)化(hua)硅(gui)(gui)結(jie)合(he)碳化(hua)硅(gui)(gui)的(de)(de)(de)導熱系(xi)數較高(gao)(gao),硅(gui)(gui)酸鹽結(jie)合(he)碳化(hua)硅(gui)(gui)的(de)(de)(de)導熱系(xi)數較小。
3.4抗氧化性
碳化(hua)(hua)硅具有(you)較(jiao)好的抗(kang)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)性(xing),在(zai)1300℃以下氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)微弱,1300℃以上才發(fa)生明顯(xian)的氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua),氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)生成SiO2玻璃(li)保護(hu)膜(mo),可抑制碳化(hua)(hua)硅的氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)。
碳(tan)化(hua)(hua)(hua)硅耐火材料(liao)制(zhi)品(pin)的(de)(de)抗(kang)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)性(xing)同樣是隨著結(jie)合(he)基料(liao)的(de)(de)類型不同而呈(cheng)明顯的(de)(de)差異。氮(dan)化(hua)(hua)(hua)硅結(jie)合(he)碳(tan)化(hua)(hua)(hua)硅制(zhi)品(pin)的(de)(de)抗(kang)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)性(xing)能較(jiao)低,這可從(cong)它們的(de)(de)顯微(wei)結(jie)構特點作(zuo)(zuo)出(chu)解釋。因為(wei)氮(dan)化(hua)(hua)(hua)硅結(jie)合(he)碳(tan)化(hua)(hua)(hua)硅制(zhi)品(pin)的(de)(de)基料(liao)呈(cheng)交織纖維(wei)狀,透(tou)氣性(xing)較(jiao)高,對碳(tan)化(hua)(hua)(hua)硅顆粒(li)所起的(de)(de)保護作(zuo)(zuo)用較(jiao)小;而在(zai)(zai)硅酸(suan)鹽結(jie)合(he)和氧(yang)氮(dan)化(hua)(hua)(hua)硅結(jie)合(he)碳(tan)化(hua)(hua)(hua)硅制(zhi)品(pin)中(zhong)(zhong),在(zai)(zai)碳(tan)化(hua)(hua)(hua)硅顆粒(li)表面上被連續(xu)基料(liao)包裹,因而具有較(jiao)強的(de)(de)抗(kang)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)性(xing)能。硅酸(suan)鹽結(jie)合(he)碳(tan)化(hua)(hua)(hua)硅和氧(yang)氮(dan)化(hua)(hua)(hua)硅結(jie)合(he)碳(tan)化(hua)(hua)(hua)硅的(de)(de)抗(kang)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)性(xing)能在(zai)(zai)上述(shu)測試中(zhong)(zhong)顯示(shi)出(chu)相似的(de)(de)性(xing)狀,但在(zai)(zai)長期使(shi)用中(zhong)(zhong)可明顯地顯示(shi)出(chu)它們之間的(de)(de)區別。
3.5抗渣性
SiC是共價(jia)鍵(jian)性很強(qiang)的(de)化(hua)合(he)物(wu),在高溫下仍保持高的(de)鍵(jian)合(he)強(qiang)度,因此SiC有較好的(de)化(hua)學穩(wen)定性,不會被大(da)多數酸堿(jian)溶液所侵蝕。碳(tan)化(hua)硅與熔融金屬和熔渣的(de)潤濕角(jiao)較大(da),與氧化(hua)物(wu)耐火材料(liao)相比(bi),對各(ge)種固體、液體、氣(qi)體都有良好的(de)抗侵蝕性。如(ru)煉鐵系統用(yong)的(de)Al2O3-SiC-C質(zhi)澆注(zhu)料(liao)和制(zhi)品、水(shui)泥窯用(yong)硅莫磚(zhuan)及含碳(tan)化(hua)硅的(de)澆注(zhu)料(liao)、各(ge)種酸堿(jian)反應容器等(deng)等(deng)。
結語
碳(tan)(tan)化(hua)硅(gui)為一種典型(xing)的(de)共價鍵結合的(de)化(hua)合物(wu),有許多(duo)優異的(de)性能(neng),如耐(nai)磨削、耐(nai)高(gao)溫、耐(nai)腐蝕、高(gao)熱導率、高(gao)化(hua)學穩定性、寬帶隙以及高(gao)電子遷(qian)移率等。使其廣(guang)泛應(ying)用(yong)在磨料磨具(ju)、耐(nai)火材(cai)料、功能(neng)陶瓷(ci)、冶(ye)金輔料等行業(ye),隨(sui)著社會(hui)經濟和技術的(de)發(fa)展,碳(tan)(tan)化(hua)硅(gui)也會(hui)在更多(duo)的(de)領域(yu)得到應(ying)用(yong)。我國是世(shi)界(jie)碳(tan)(tan)化(hua)硅(gui)生(sheng)產(chan)(chan)大國,但(dan)長期居(ju)碳(tan)(tan)化(hua)硅(gui)產(chan)(chan)業(ye)鏈的(de)低(di)端,我們需要在碳(tan)(tan)化(hua)硅(gui)**產(chan)(chan)品上(shang)實現新的(de)突破,真正做到既大有強(qiang),促進碳(tan)(tan)化(hua)硅(gui)產(chan)(chan)業(ye)高(gao)質量(liang)發(fa)展。