碳化硅的合成及应用环境
碳化硅的合成及应⽤环境
碳化硅（SiC）是⽤⽯英砂、⽯油焦（或煤焦）、⽊屑为原料通过电阻炉⾼温冶炼⽽成。碳化硅由于化学性能稳定、导热系数⾼、热膨胀系数⼩、耐磨性能好，除作磨料⽤外，还有很多其他⽤途。
水浒传108位好汉的名字和绰号低品级碳化硅（含SiC约85%）是极好的脱氧剂，⽤它可加快炼钢速度，并便于控制化学成分，提⾼钢的质量。此外，碳化硅还⼤量⽤于制作电热元件硅碳棒。
1905年第⼀次在陨⽯中发现碳化硅
1907年第⼀只碳化硅晶体发光⼆极管诞⽣
1955年理论和技术上重⼤突破，LELY提出⽣长⾼品质碳化概念，从此将SiC作为重要的电⼦材料
1958年在波⼠顿召开第⼀次世界碳化硅会议进⾏学术交流
牛仔裤1978年六、七⼗年代碳化硅主要由前苏联进⾏研究。到1978年⾸次采⽤“LELY改进技术”的晶粒提纯⽣长⽅法1987年～⾄今以CREE的研究成果建⽴碳化硅⽣产线，供应商开始提供商品化的碳化硅基
碳化硅有两种晶形：β-碳化硅类似闪锌矿结构的等轴晶系；α-碳化硅则为晶体排列致密的六⽅晶系。β-碳化硅约在2100℃转变为碳化硅。
碳化硅的⽣成
（⼀）⽤⼆氧化硅和碳（煤）合成碳化硅
⼯业上合成碳化硅多以⽯英砂、⽯油焦（⽆烟煤）为主要原料，在电炉内温度在2000~2500℃下，通过下列反应式合成：
Si02+3C→SiC+2CO
1.原料性能及要求
⾷盐的⽬的是为了排除原料的铁、铝等杂质，加⼊⽊屑是便于排除⽣成的⼀氧化碳。
(2)⽣产操作：
采⽤混料机混料，控制⽔分为2%~3%，混合后料容重为1.4~1.6g/cm3。装料顺序是在炉底先铺上⼀层未反应料，然后添加新配料到⼀定⾼度（约炉芯到炉底的⼆分之⼀），在其上⾯铺⼀层⾮晶形料，然后继续加配料⾄炉芯⽔平。
炉芯放在配料制成的底盘上，中间略凸起以适应在炉役过程中出现的塌陷。炉芯上部铺放混好的配料，同时也放⾮晶质料或⽣产未反应料，炉⼦装好后形成中间⾼、两边低（与炉墙平）。
炉⼦装好后即可通电合成，以电流电压强度来控制反应过程。当炉温升到1500℃时，开始⽣成β-SiC，从2100℃开始转化成α-SiC，2400℃全部转化成α-SiC。合成时间为26~36h，冷却24h后可以浇⽔冷却，出炉后分层、分级拣选。破碎后
化成α-SiC，2400℃全部转化成α-SiC。合成时间为26~36h，冷却24h后可以浇⽔冷却，出炉后分层、分级拣选。破碎后⽤硫酸酸洗，除掉合成料中的铁、铝、钙、镁等杂质。
春风得意马蹄疾下一句（⼆）⽤⾦属硅合成碳化硅
反应式：Si+C=SiC
采⽤⾼纯度⾦属硅粉和⾼纯度碳粉（⽯墨粉）、在真空或保护⽓氛下加热合成。在1150~1250℃元素硅（Si)与碳（C)反应⽣成β-SiC，具有⾮晶态结构，到1350℃开始有β-SiC结晶。在2000℃⽣成β-SiC结晶。⾼于2000℃可⽣成α-SiC。
⽤这种⽅法⽣产的碳化硅，虽然成本⾼，但可⽣产出⾼纯度的碳化硅材料。
（三）⽤⽓体法合成碳化硅时期英文
⽤四氯化硅（SiCl4)和碳氢化物（甲苯）反应，在1200~1800℃是⽣成SiC的最合适的温度。⽤化学计
量⽐Si:C=1:1的硅有机化合物，甲基三氯硅烷热解可制取SiC。在1400~1900℃⽣成⽆⾊的SiC单晶体。
⽤这种⽅法可以⽣产出⾼纯的半导体、单晶体SiC，可在难熔⾦属或其他化合物及⽯墨制品上制取致密的保护层。还可制取SiC⾼强度晶须及纤维。
（四）合成碳化硅的理化性能
(1)合成碳化硅的国家标准（GB/T2480—1981)
(2)密度：以46号粒度为代表号绿碳化硅不⼩于3.18g/cm3;⿊碳化硅不⼩于3.12g/cm3；
(3)粒度组成：应符合GB/T2477-1981《磨料粒度及其组成》的规定；
(4)铁合⾦粒允许含量为零；
(5)磁性物允许含量：不⼤于0.2%。
碳化硅产品的性能
碳化硅用途（⼀）各种碳化硅制品的化学成分
各种碳化硅制品的化学成分见表9-68。
⾼压特性：
•
碳化硅器件是同等硅器件耐压的10倍
•
碳化硅肖特基管耐压可达2400V。
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碳化硅场效应管耐压可达数万伏，且通态电阻并不很⼤。
⾼频特性：
⾼温特性：
在Si材料已经接近理论性能极限的今天，SiC功率器件因其⾼耐压、低损耗、⾼效率等特性，⼀直被视为“理想器件”⽽备受期待。
相对于以往的Si材质器件，SiC功率器件在性能与成本间的平衡以及其对⾼⼯艺的需求，将成为SiC功率器件能否真正普及的关键。
⽬前，低功耗的碳化硅器件已经从实验室进⼊了实⽤器件⽣产阶段。⽬前碳化硅圆⽚的价格还较⾼，其缺陷也多，其市场应⽤还不是很成熟。
碳化硅制品的应⽤
（⼀）在冶⾦⼯业上的应⽤
(1)炼铁。在炼铁⾼炉的炉缸、炉腹、炉腰及风⼝区使⽤碳化硅砖、氮化硅结合碳化硅砖或⽯墨碳化硅砖。在⾼炉风⼝上使⽤氮化硅结合的碳化硅套砖。在罐和混铁炉的炉衬上，以及铁沟料、出铁⼝⽤的炮泥中使⽤含碳化硅的Al2O3-SiC-C复合砖和不定形材料。
(2)炼钢。在炼钢⽅⾯，⽤碳化硅制成钢⽔测温套管，⽤含碳化硅的不烧砖做盛钢桶内衬，在连铸⽤长⽔⼝砖和整体塞棒上使⽤含碳化硅质的Al2O3-SiC-C砖。
(3)轧钢。在轧钢加热炉上⽤刚⽟碳化硅滑轨砖、⾮⾦属陶瓷换热器，在铁鱗还原炉上⽤碳化硅质马弗罩等。
（⼆）在有⾊⾦属⼯业中的应⽤
(1)炼铜。在炼铜⽅⾯，在电解铜熔化竖炉的烧嘴区等易损部位使⽤碳化硅砖。
(2)炼铝。在炼铝⽅⾯，炼铝反射炉内衬、炉底、液⾯下侧墙⽤碳化硅砖或氮化硅、赛隆结合的碳化硅砖。炼铝的电解槽、流铝槽、出铝⼝、铸铝模都使⽤碳化硅砖。
(3)炼锌。在炼锌⽅⾯，炼锌竖罐蒸馏炉、冷凝器及转⼦等热⼯设备使⽤碳化硅炉衬。电热蒸馏炉、电极孔、锌蒸⽓循环管及通道，冷凝器及转⼦等部位也使⽤碳化硅砖。锌精馏炉的塔盘也使⽤碳化硅制品。
(4)炼镁炉。炼镁炉的炉衬、有⾊⾦属冶炼⽤的坩埚，使⽤碳化硅质耐⽕材料。
（三）在建材⼯业上的应⽤
(1)在陶瓷⽅⾯，⽤于⽣产⽇⽤陶瓷、建筑陶瓷、美术陶瓷、电⼦陶瓷等的隧道窑、梭式窑、罩式窑、倒焰窑等各种窑炉的碳化硅棚板、⽔平⽀柱、匣钵等。在隔焰窑上⽤碳化硅板做隔焰板、炉底等。在电炉上可做电炉衬套和马弗套。
(2)在⽔泥回转窑上，耐磨碳化硅砖⽤做卸料⼝炉衬砖。
(3)在玻璃⼯业上，⽤碳化硅砖砌筑罐式窑和槽式窑蓄热室的⾼温部位，玻璃退⽕炉和⾼压锅炉，以及垃圾焚烧炉燃烧室的内衬。
（四）在⽯油化⼯⽅⾯的应⽤
以硫酸分解⾷盐制造HCl和Na2S04时⽤碳化硅材料制造马弗套、制造硫酸⽤碳化硅雾化喷嘴、溢流槽。⽤氮化硅结合碳化硅材料制造即送泵零件、在催裂化装置⽤碳化硅做⾼温蒸⽓喷嘴，在纸浆⽣产中做分离亚硫酸盐蒸压釜内衬。⽤碳化硅制品做⽯油化⼯和热电⼚各种锅炉的旋风除尘器的内衬。
幼师辞职信范文化硅制品做⽯油化⼯和热电⼚各种锅炉的旋风除尘器的内衬。（五）在机械⼯业上的应⽤
(1)做磨料、磨具。
(2)在⽓体渗碳炉上做加热辐射管。
(3)⽤碳化硅制造各种⾼温炉管、热电偶管、远红外反射板。
(4)利⽤碳化硅材料的良好导电性能，可以制成⾮⾦属电热元件。

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