碳化硅概述
碳化(hua)硅為一種(zhong)典型(xing)的(de)共(gong)價鍵結合的(de)化(hua)合物(wu),自然(ran)界中存(cun)在很(hen)少,屬(shu)于人(ren)(ren)工(gong)合成材料(liao)。碳化(hua)硅有許(xu)多優(you)異(yi)的(de)性(xing)能,如耐(nai)磨(mo)削(xue)、耐(nai)高溫(wen)、耐(nai)腐蝕、高熱導(dao)率、高化(hua)學穩定(ding)性(xing)、寬(kuan)帶隙以及高電子遷移(yi)率等。由于碳化(hua)硅的(de)超常(chang)硬度,*初應用于各種(zhong)磨(mo)削(xue)工(gong)具,如砂輪、砂布、砂及各種(zhong)磨(mo)料(liao),在機械行(xing)業材料(liao)加工(gong)與磨(mo)削(xue)時大(da)量(liang)使用,后來又作為鋼(gang)鐵冶煉(lian)中的(de)還原劑與加熱元件。人(ren)(ren)們發現它還有高溫(wen)熱穩定(ding)性(xing)、高熱傳導(dao)性(xing)、耐(nai)酸堿腐蝕性(xing)、低膨脹系數、抗熱震好等等一系列的(de)優(you)良性(xing)能。
純碳化(hua)硅(gui)(gui)是(shi)無色透明的(de)結晶體(ti),工業碳化(hua)硅(gui)(gui)則(ze)有無色、淡黃色、淺綠(lv)(lv)色、深綠(lv)(lv)色、淺藍(lan)色、深藍(lan)色乃至黑(hei)(hei)色,透明程度依次(ci)降低。按色澤(ze)一般將碳化(hua)硅(gui)(gui)分為(wei)黑(hei)(hei)碳化(hua)硅(gui)(gui)(國內(nei)常用代號C表示)和綠(lv)(lv)碳化(hua)硅(gui)(gui)(代號GC)兩(liang)類。其中從無色的(de)直到深綠(lv)(lv)色的(de)SiC都(dou)(dou)歸入(ru)綠(lv)(lv)碳化(hua)硅(gui)(gui),暗藍(lan)色的(de)至黑(hei)(hei)色的(de)則(ze)都(dou)(dou)歸入(ru)黑(hei)(hei)碳化(hua)硅(gui)(gui)。
1.1碳化硅的發展歷史
天(tian)然的(de)(de)(de)碳(tan)化(hua)硅即碳(tan)硅石(shi)(又(you)稱莫桑石(shi))很(hen)少,工業上使用(yong)的(de)(de)(de)碳(tan)化(hua)硅是一(yi)種人工合(he)成(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)材料(liao),俗(su)稱金(jin)剛(gang)砂。1891年(nian)由美國科學(xue)家艾(ai)(ai)奇(qi)(qi)遜在電(dian)熔金(jin)剛(gang)石(shi)實驗時(shi),偶(ou)然發現的(de)(de)(de)一(yi)種碳(tan)化(hua)物(wu)(wu),當(dang)時(shi)誤(wu)認為是金(jin)剛(gang)石(shi)的(de)(de)(de)混合(he)體(ti),故取名(ming)金(jin)剛(gang)砂,同年(nian)艾(ai)(ai)奇(qi)(qi)遜研究(jiu)了工業冶煉(lian)碳(tan)化(hua)硅的(de)(de)(de)方法(fa),也就是大家常說的(de)(de)(de)艾(ai)(ai)奇(qi)(qi)遜爐,一(yi)直(zhi)沿用(yong)至今,以碳(tan)質(zhi)材料(liao)為爐芯體(ti)的(de)(de)(de)電(dian)阻爐,通電(dian)加(jia)熱(re)石(shi)英(ying)SiO2和碳(tan)的(de)(de)(de)混合(he)物(wu)(wu)生(sheng)成(cheng)(cheng)碳(tan)化(hua)硅。
碳(tan)化硅(gui)用電爐生(sheng)產以來,人(ren)(ren)們先是利用其(qi)高硬度用作人(ren)(ren)造(zao)磨料,1893年(nian)開始用作耐火材料,我國(guo)(guo)碳(tan)化硅(gui)的(de)研制(zhi)較(jiao)歐美(mei)等發(fa)達國(guo)(guo)家較(jiao)晚,于1949年(nian)由趙(zhao)廣(guang)和(he)研制(zhi)成(cheng)功。1951年(nian)6月**臺(tai)制(zhi)造(zao)SiC的(de)工業爐在**砂輪廠(chang)建(jian)成(cheng),從此結束了中國(guo)(guo)不能生(sheng)產SiC的(de)歷史。
1.2碳化硅的結構及性能碳化硅
分子式為(wei)四面體(ti),硅原(yuan)子位于中心,周圍為(wei)碳(tan)原(yuan)子。分子量為(wei)40.07,其(qi)中含Si70.045%,含C29.955%。以共(gong)價鍵為(wei)主(共(gong)價鍵占88%)結合(he)而成的化合(he)物,其(qi)基本單元(yuan)為(wei)Si—C四面體(ti),硅原(yuan)子位于中心,周圍為(wei)碳(tan)原(yuan)子。所有結構的SiC均(jun)由Si—C四面體(ti)堆積而成,所不同的只是(shi)平(ping)行(xing)堆積或(huo)者反平(ping)行(xing)堆積,如圖1所示。
圖1碳化(hua)硅(gui)的(de)晶體結(jie)構(gou)碳化(hua)硅(gui)是一種典型(xing)的(de)共(gong)價鍵結(jie)合(he)(he)的(de)穩(wen)(wen)定(ding)化(hua)合(he)(he)物,SiC有75種變體,如α-SiC、β-SiC、3C-SiC、4H-SiC、15R-SiC等,所有這些結(jie)構(gou)可(ke)(ke)分為方晶系、六(liu)方晶系和(he)菱形晶系,其(qi)中α-SiC、β-SiC*為常(chang)見(jian)。α-SiC是高(gao)溫穩(wen)(wen)定(ding)型(xing),β-SiC是低溫穩(wen)(wen)定(ding)型(xing)。β-SiC在(zai)2100~2400℃可(ke)(ke)轉變為α-SiC,β-SiC可(ke)(ke)在(zai)約1450℃溫度下由(you)硅(gui)和(he)碳反應(ying)生成。利用(yong)(yong)透射電子(zi)顯(xian)微鏡(jing)和(he)X-射線衍射檢測(ce)技術可(ke)(ke)對SiC顯(xian)微體進行(xing)多型(xing)體分析(xi)和(he)定(ding)量測(ce)定(ding)。為了區別各種不同的(de)結(jie)構(gou),需要有相應(ying)的(de)命名方法,常(chang)用(yong)(yong)把低溫類(lei)型(xing)的(de)立(li)方碳化(hua)硅(gui)叫(jiao)做β-SiC,而其(qi)余六(liu)方的(de)、菱形的(de)晶胞結(jie)構(gou)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(yu)SiC晶(jing)體中(zhong),一(yi)部分與其雜質(如鐵(tie)、鋁、鈣(gai)等)形成合金而粘附于(yu)晶(jing)體上或(huo)嵌(qian)在晶(jing)體中(zhong)。
(2)游離二氧化硅(gui)。通常存在于晶體(ti)表面(mian)。大都(dou)是由于電阻爐冷卻過程中(zhong)SiC與(yu)空氣(qi)(qi)中(zhong)氧氣(qi)(qi)或水蒸(zheng)汽接觸氧化而(er)生成(cheng)的。當配料(liao)中(zhong)硅(gui)質(zhi)原料(liao)過剩(sheng)時(shi),它也會通過蒸(zheng)發、凝聚在碳化硅(gui)晶體(ti)表面(mian)上,爐內還可能出現(xian)白(bai)色絨毛狀SiO2。
(3)碳。碳一部(bu)(bu)分(fen)包裹在SiC晶體,一部(bu)(bu)分(fen)和金屬雜質形成碳化物。當配(pei)料(liao)中碳過量時,可看(kan)到明顯的(de)游離狀態的(de)碳粒。
(4)鐵、鋁(lv)、鈣(gai)、鎂等(deng)。由于爐內的(de)高溫還原氣氛,含在結(jie)晶(jing)塊中(zhong)的(de)這些(xie)雜(za)質(zhi)大都呈合金狀態或碳化物狀態。鐵、鎂、鈣(gai)等(deng)雜(za)質(zhi)不進(jin)(jin)入(ru)晶(jing)格,而堆積在晶(jing)粒的(de)界面上和氣孔中(zhong)。進(jin)(jin)入(ru)SiC晶(jing)格的(de)主要雜(za)質(zhi)有氮、鋁(lv)、硼等(deng),它們對晶(jing)體的(de)導電性有重要影響。
1.3生產方式
碳化硅主要由(you)電阻爐生產,艾奇遜冶煉爐結(jie)構見圖2。
圖2艾奇(qi)遜*初的碳化硅冶煉爐
電(dian)阻爐(lu)(lu)是(shi)一個用(yong)耐火磚做的(de)砌(qi)床,里面裝有硅砂、焦炭、食鹽配成的(de)混合(he)料(liao),兩(liang)根炭素電(dian)極深入砌(qi)床之中。專用(yong)的(de)石墨爐(lu)(lu)心配置在電(dian)報(bao)之間,提供了一條*初的(de)導電(dian)通路,發電(dian)機(ji)接到電(dian)極上(shang)。大電(dian)流通過爐(lu)(lu)心,產生(sheng)很大的(de)熱量(liang),包圍爐(lu)(lu)心的(de)混合(he)料(liao)按如下總的(de)方程轉化(hua)為碳化(hua)硅:
SiO2十(shi)3C=SiC十(shi)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(wei)磨(mo)(mo)料,可用來(lai)做磨(mo)(mo)具,如砂(sha)輪、油石、磨(mo)(mo)頭、砂(sha)瓦(wa)類等。
(2)作為(wei)冶金脫氧劑和耐高溫材料。
(3)高純度的單晶,可(ke)用于制造半導體、制造碳(tan)化(hua)硅纖維。
主要用(yong)途:用(yong)于(yu)單晶(jing)硅、多晶(jing)硅、砷化鉀、石(shi)英(ying)晶(jing)體等線切(qie)割。太(tai)陽能光伏產(chan)(chan)業、半導體產(chan)(chan)業、壓電晶(jing)體產(chan)(chan)業工程性加工材料。
用(yong)于半導體、避雷針(zhen)、電(dian)路元件、高溫應用(yong)、紫外光偵(zhen)檢器、結構材料(liao)、天文、碟剎、離合器、柴油微(wei)粒濾清(qing)器、細絲(si)高溫計、陶瓷薄膜(mo)、裁切工具(ju)、加熱元件、核燃料(liao)、珠(zhu)寶(bao)、鋼(gang)、護具(ju)、觸媒擔體等(deng)領域。
我國碳化硅產業現狀
2.1發展歷史
我國的碳化(hua)(hua)硅(gui)于1949年(nian)(nian)6月由趙(zhao)光和研(yan)制成(cheng)功(gong),1951年(nian)(nian)1月,**臺碳化(hua)(hua)硅(gui)冶煉(lian)爐在**砂輪(lun)廠(chang)(chang)建(jian)成(cheng),從此結(jie)束了中國不(bu)能生產碳化(hua)(hua)硅(gui)的歷(li)史,1952年(nian)(nian)8月,**砂輪(lun)廠(chang)(chang)又試制成(cheng)功(gong)了綠碳化(hua)(hua)硅(gui)。又相繼(ji)發展了避雷器用(yong)碳化(hua)(hua)硅(gui),立(li)方(fang)碳化(hua)(hua)硅(gui),鈰碳化(hua)(hua)硅(gui)和非磨(mo)料碳化(hua)(hua)硅(gui)。1969年(nian)(nian),**和**砂輪(lun)廠(chang)(chang)建(jian)成(cheng)4000kVA活動(dong)式電阻爐。1980年(nian)(nian),**砂輪(lun)廠(chang)(chang)建(jian)立(li)8000kVA大(da)型電阻爐。時至今日,很多(duo)碳化(hua)(hua)硅(gui)冶煉(lian)廠(chang)(chang)家都(dou)是用(yong)12500—40000kVA電阻冶進行煉(lian)爐。
2.2現狀
我國有碳(tan)(tan)化硅產業(ye)在(zai)高峰時有冶煉企(qi)業(ye)200多家,年生(sheng)產能(neng)力220多萬噸(dun)(dun)(其中:綠碳(tan)(tan)化硅塊(kuai)120多萬噸(dun)(dun),黑(hei)碳(tan)(tan)化硅塊(kuai)約100萬噸(dun)(dun))。綠碳(tan)(tan)化硅冶煉變(bian)壓器(qi)功(gong)率(lv)大多為6300~12500kVA,黑(hei)碳(tan)(tan)化硅*大冶煉變(bian)壓器(qi)為32000kVA。加工制(zhi)砂(sha)、微粉生(sheng)產企(qi)業(ye)300多家,年生(sheng)產能(neng)力200多萬噸(dun)(dun)。
現在冶(ye)煉(lian)企業(ye)60家(jia)左(zuo)右,年生產能力90多(duo)萬(wan)噸(dun)(其中:綠碳化硅12萬(wan)噸(dun),黑碳化硅約80萬(wan)噸(dun))。加工制砂(sha)、微粉生產企業(ye)100多(duo)家(jia),年生產能力100多(duo)萬(wan)噸(dun)。
碳化硅(gui)冶煉企業主要(yao)集(ji)中到甘肅、寧夏,新疆、內蒙和(he)四川。碳化硅(gui)加工(gong)制砂微粉生產企業主要(yao)分布在河(he)南、山(shan)東、江(jiang)蘇、黑龍江(jiang)等省。
我國(guo)碳(tan)化(hua)(hua)硅(gui)冶(ye)(ye)煉(lian)生(sheng)(sheng)產(chan)工藝、技術裝(zhuang)備(bei)和(he)單噸能(neng)耗(hao)達(da)到(dao)****水(shui)平(ping)。黑、綠碳(tan)化(hua)(hua)硅(gui)原(yuan)塊的質(zhi)量(liang)水(shui)平(ping)也屬***。我國(guo)碳(tan)化(hua)(hua)硅(gui)與世界(jie)先(xian)進水(shui)平(ping)的差距(ju)(ju)主要集中在幾個方面:一(yi)是(shi)生(sheng)(sheng)產(chan)效(xiao)率不(bu)(bu)高。在生(sheng)(sheng)產(chan)過程中很(hen)(hen)少使用大型機(ji)械設備(bei),很(hen)(hen)多工序依靠人(ren)力完(wan)成(cheng),人(ren)均碳(tan)化(hua)(hua)硅(gui)產(chan)量(liang)較低(di);二(er)是(shi)產(chan)品(pin)(pin)(pin)(pin)質(zhi)量(liang)不(bu)(bu)優。在碳(tan)化(hua)(hua)硅(gui)深加(jia)工產(chan)品(pin)(pin)(pin)(pin)質(zhi)量(liang)管理不(bu)(bu)夠精細,產(chan)品(pin)(pin)(pin)(pin)質(zhi)量(liang)的穩(wen)定性不(bu)(bu)足;三是(shi)**品(pin)(pin)(pin)(pin)種欠缺。某些**產(chan)品(pin)(pin)(pin)(pin)的性能(neng)指標(biao)與發(fa)達(da)國(guo)家同類(lei)產(chan)品(pin)(pin)(pin)(pin)相比(bi)有一(yi)定差距(ju)(ju)。隨著(zhu)環保形勢發(fa)展,基本完(wan)成(cheng)了由開放式冶(ye)(ye)煉(lian)到(dao)封閉冶(ye)(ye)煉(lian)的改進,實現了一(yi)氧化(hua)(hua)碳(tan)全部回收。
2.3優勢及存在的問題
全(quan)球碳(tan)(tan)化硅(gui)(gui)(gui)(gui)產(chan)能產(chan)能達到1萬噸以上的(de)(de)國(guo)(guo)家有13個,占全(quan)球總產(chan)能的(de)(de)98%。其中(zhong)中(zhong)國(guo)(guo)碳(tan)(tan)化硅(gui)(gui)(gui)(gui)產(chan)能,占全(quan)球總產(chan)能的(de)(de)80%以上。中(zhong)國(guo)(guo)是(shi)世界當之無愧(kui)的(de)(de)碳(tan)(tan)化硅(gui)(gui)(gui)(gui)**大國(guo)(guo),但(dan)我國(guo)(guo)碳(tan)(tan)化硅(gui)(gui)(gui)(gui)產(chan)品(pin)以低(di)端(duan)為主,**耐火材料、**碳(tan)(tan)化硅(gui)(gui)(gui)(gui)磨料、碳(tan)(tan)化硅(gui)(gui)(gui)(gui)晶圓用碳(tan)(tan)化硅(gui)(gui)(gui)(gui)原(yuan)料,都依(yi)靠進口為主。中(zhong)國(guo)(guo)的(de)(de)碳(tan)(tan)化硅(gui)(gui)(gui)(gui)產(chan)業(ye)屬(shu)于(yu)典型的(de)(de)基礎勞(lao)動密集型產(chan)業(ye),大而不強(qiang),處于(yu)碳(tan)(tan)化硅(gui)(gui)(gui)(gui)生產(chan)產(chan)業(ye)鏈的(de)(de)低(di)端(duan)。
碳化硅在耐火材料中的應用
3.1耐磨性
碳(tan)化硅硬度僅次于(yu)金剛石,具有較強(qiang)的(de)耐(nai)磨(mo)性(xing)能,是(shi)(shi)耐(nai)磨(mo)管道、葉輪、泵室、旋(xuan)流器(qi),礦斗內襯的(de)理想材(cai)料,其(qi)耐(nai)磨(mo)性(xing)能是(shi)(shi)鑄鐵、橡膠使用壽(shou)命的(de)5-20倍,也是(shi)(shi)航空飛行跑道的(de)理想材(cai)料之一(yi)。以特殊工藝把碳(tan)化硅粉末(mo)涂布于(yu)水輪機葉輪或汽缸體(ti)的(de)內壁(bi),可提高其(qi)耐(nai)磨(mo)性(xing)而延長(chang)使用壽(shou)命1~2倍。
3.2抗熱震性
由于碳(tan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)硅(gui)(gui)的(de)(de)(de)(de)導熱系(xi)(xi)數(shu)高(gao)和(he)熱膨(peng)脹系(xi)(xi)數(shu)小(xiao)(xiao),此(ci)碳(tan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)硅(gui)(gui)耐(nai)火材(cai)料的(de)(de)(de)(de)耐(nai)熱沖(chong)擊(ji)(ji)性(xing)(xing)很好。碳(tan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)硅(gui)(gui)制(zhi)品(pin)的(de)(de)(de)(de)耐(nai)熱震(zhen)性(xing)(xing)能也與(yu)結(jie)(jie)(jie)(jie)合(he)(he)基料的(de)(de)(de)(de)類(lei)型和(he)性(xing)(xing)質有著(zhu)密(mi)切(qie)的(de)(de)(de)(de)關系(xi)(xi)。測試(shi)證明:把樣(yang)品(pin)迅(xun)速(su)放入1200℃的(de)(de)(de)(de)電爐(lu)內加(jia)熱20min,然后(hou)取(qu)出在(zai)空氣中(zhong)冷卻并測定彈(dan)性(xing)(xing)模量的(de)(de)(de)(de)變(bian)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)。硅(gui)(gui)酸(suan)鹽結(jie)(jie)(jie)(jie)合(he)(he)碳(tan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)硅(gui)(gui)制(zhi)品(pin)的(de)(de)(de)(de)彈(dan)性(xing)(xing)模量隨(sui)著(zhu)冷熱沖(chong)擊(ji)(ji)試(shi)驗(yan)(yan)次(ci)數(shu)增加(jia)呈(cheng)現出比較平(ping)(ping)緩的(de)(de)(de)(de)逐漸下(xia)降(jiang)(jiang)趨勢,而氮(dan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)硅(gui)(gui)結(jie)(jie)(jie)(jie)合(he)(he)碳(tan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)硅(gui)(gui)制(zhi)品(pin)則(ze)不同,在(zai)30次(ci)冷循(xun)環試(shi)驗(yan)(yan)之(zhi)前,它的(de)(de)(de)(de)彈(dan)性(xing)(xing)模量隨(sui)著(zhu)熱沖(chong)擊(ji)(ji)試(shi)驗(yan)(yan)次(ci)數(shu)的(de)(de)(de)(de)增加(jia)變(bian)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)很小(xiao)(xiao),能保持著(zhu)一個相當恒定的(de)(de)(de)(de)數(shu)值,然而經過(guo)31次(ci)熱沖(chong)擊(ji)(ji)試(shi)驗(yan)(yan)后(hou),試(shi)樣(yang)彈(dan)性(xing)(xing)模量迅(xun)速(su)下(xia)降(jiang)(jiang),突然性(xing)(xing)破(po)壞。氧氮(dan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)硅(gui)(gui)結(jie)(jie)(jie)(jie)合(he)(he)碳(tan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)硅(gui)(gui)制(zhi)品(pin)與(yu)硅(gui)(gui)酸(suan)鹽結(jie)(jie)(jie)(jie)合(he)(he)碳(tan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)硅(gui)(gui)制(zhi)品(pin)相似,沒有突然性(xing)(xing)破(po)壞的(de)(de)(de)(de)現象,彈(dan)性(xing)(xing)模量隨(sui)著(zhu)熱沖(chong)擊(ji)(ji)試(shi)驗(yan)(yan)次(ci)數(shu)的(de)(de)(de)(de)增加(jia)呈(cheng)平(ping)(ping)緩的(de)(de)(de)(de)下(xia)降(jiang)(jiang)趨勢。實(shi)際應用過(guo)程中(zhong),由于硅(gui)(gui)酸(suan)鹽結(jie)(jie)(jie)(jie)合(he)(he)碳(tan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)硅(gui)(gui)制(zhi)品(pin)在(zai)受到(dao)熱沖(chong)擊(ji)(ji)作用之(zhi)后(hou)可以(yi)觀察到(dao)制(zhi)品(pin)發生(sheng)膨(peng)脹、開(kai)裂(lie)和(he)變(bian)形,可以(yi)容易預知(zhi)材(cai)料使用壽命。
3.3高導熱性
由于碳化(hua)(hua)硅(gui)本身的(de)熱(re)(re)傳(chuan)導(dao)(dao)(dao)性好(hao),因此碳化(hua)(hua)硅(gui)含量高(gao)的(de)耐(nai)火材料的(de)導(dao)(dao)(dao)熱(re)(re)系(xi)(xi)數均較高(gao),其(qi)導(dao)(dao)(dao)熱(re)(re)系(xi)(xi)數大都超過14.4W/(m?K)。用(yong)于換熱(re)(re)器(qi)、匣缽、煤氣化(hua)(hua)爐的(de)水冷壁(bi)、間接加熱(re)(re)的(de)窯具制品(pin)等(deng)。碳化(hua)(hua)硅(gui)制品(pin)在使用(yong)過程中其(qi)顆粒表面的(de)導(dao)(dao)(dao)熱(re)(re)系(xi)(xi)數將會逐漸(jian)變(bian)小(xiao)。結(jie)(jie)合(he)基料的(de)性質對碳化(hua)(hua)硅(gui)制品(pin)的(de)導(dao)(dao)(dao)熱(re)(re)系(xi)(xi)數有一定的(de)影響,氧氮化(hua)(hua)硅(gui)結(jie)(jie)合(he)和氮化(hua)(hua)硅(gui)結(jie)(jie)合(he)碳化(hua)(hua)硅(gui)的(de)導(dao)(dao)(dao)熱(re)(re)系(xi)(xi)數較高(gao),硅(gui)酸鹽結(jie)(jie)合(he)碳化(hua)(hua)硅(gui)的(de)導(dao)(dao)(dao)熱(re)(re)系(xi)(xi)數較小(xiao)。
3.4抗氧化性
碳化(hua)(hua)硅具有較好的(de)(de)抗氧化(hua)(hua)性(xing),在1300℃以(yi)下氧化(hua)(hua)微弱(ruo),1300℃以(yi)上(shang)才發生明顯的(de)(de)氧化(hua)(hua),氧化(hua)(hua)生成SiO2玻璃保護膜,可抑(yi)制碳化(hua)(hua)硅的(de)(de)氧化(hua)(hua)。
碳(tan)(tan)化(hua)硅(gui)(gui)(gui)耐(nai)火材料制(zhi)品的(de)(de)抗(kang)氧化(hua)性(xing)(xing)同(tong)樣(yang)是(shi)隨(sui)著結(jie)合基(ji)料的(de)(de)類型不同(tong)而呈明顯(xian)的(de)(de)差異。氮(dan)(dan)(dan)化(hua)硅(gui)(gui)(gui)結(jie)合碳(tan)(tan)化(hua)硅(gui)(gui)(gui)制(zhi)品的(de)(de)抗(kang)氧化(hua)性(xing)(xing)能較(jiao)低,這可從它(ta)們(men)的(de)(de)顯(xian)微結(jie)構特點作(zuo)出解釋(shi)。因為氮(dan)(dan)(dan)化(hua)硅(gui)(gui)(gui)結(jie)合碳(tan)(tan)化(hua)硅(gui)(gui)(gui)制(zhi)品的(de)(de)基(ji)料呈交織纖維(wei)狀(zhuang),透氣性(xing)(xing)較(jiao)高,對碳(tan)(tan)化(hua)硅(gui)(gui)(gui)顆粒所起的(de)(de)保護作(zuo)用較(jiao)小;而在(zai)硅(gui)(gui)(gui)酸(suan)鹽(yan)結(jie)合和氧氮(dan)(dan)(dan)化(hua)硅(gui)(gui)(gui)結(jie)合碳(tan)(tan)化(hua)硅(gui)(gui)(gui)制(zhi)品中(zhong),在(zai)碳(tan)(tan)化(hua)硅(gui)(gui)(gui)顆粒表面上(shang)被連續基(ji)料包(bao)裹,因而具有較(jiao)強的(de)(de)抗(kang)氧化(hua)性(xing)(xing)能。硅(gui)(gui)(gui)酸(suan)鹽(yan)結(jie)合碳(tan)(tan)化(hua)硅(gui)(gui)(gui)和氧氮(dan)(dan)(dan)化(hua)硅(gui)(gui)(gui)結(jie)合碳(tan)(tan)化(hua)硅(gui)(gui)(gui)的(de)(de)抗(kang)氧化(hua)性(xing)(xing)能在(zai)上(shang)述測(ce)試中(zhong)顯(xian)示(shi)出相似的(de)(de)性(xing)(xing)狀(zhuang),但在(zai)長期(qi)使用中(zhong)可明顯(xian)地顯(xian)示(shi)出它(ta)們(men)之間(jian)的(de)(de)區別。
3.5抗渣性
SiC是共價鍵性(xing)很(hen)強的(de)化合物,在高溫下仍(reng)保持高的(de)鍵合強度,因此SiC有較好的(de)化學(xue)穩定性(xing),不會被大多數酸堿(jian)(jian)溶液(ye)所侵(qin)蝕(shi)。碳化硅與(yu)熔融金(jin)屬和(he)熔渣的(de)潤濕角較大,與(yu)氧化物耐火材料相比,對各種(zhong)固(gu)體、液(ye)體、氣(qi)體都有良(liang)好的(de)抗侵(qin)蝕(shi)性(xing)。如(ru)煉鐵系統用的(de)Al2O3-SiC-C質(zhi)澆注(zhu)料和(he)制(zhi)品、水泥窯(yao)用硅莫磚及含碳化硅的(de)澆注(zhu)料、各種(zhong)酸堿(jian)(jian)反應容器等(deng)等(deng)。
結語
碳(tan)(tan)化(hua)硅(gui)為一種典型的(de)共價鍵結合(he)的(de)化(hua)合(he)物,有許多優異的(de)性(xing)能,如(ru)耐(nai)磨削、耐(nai)高(gao)(gao)溫(wen)、耐(nai)腐蝕、高(gao)(gao)熱(re)導率、高(gao)(gao)化(hua)學穩(wen)定性(xing)、寬帶隙以及高(gao)(gao)電子遷移率等。使其廣泛應(ying)用在磨料(liao)磨具、耐(nai)火材(cai)料(liao)、功能陶瓷、冶金輔料(liao)等行業(ye)(ye),隨(sui)著社會(hui)經濟和技術(shu)的(de)發(fa)(fa)展,碳(tan)(tan)化(hua)硅(gui)也會(hui)在更多的(de)領(ling)域得到(dao)應(ying)用。我(wo)國是世界碳(tan)(tan)化(hua)硅(gui)生產(chan)(chan)大(da)國,但長(chang)期居碳(tan)(tan)化(hua)硅(gui)產(chan)(chan)業(ye)(ye)鏈的(de)低(di)端(duan),我(wo)們需要在碳(tan)(tan)化(hua)硅(gui)**產(chan)(chan)品上實(shi)現新的(de)突破,真正做(zuo)到(dao)既大(da)有強,促進碳(tan)(tan)化(hua)硅(gui)產(chan)(chan)業(ye)(ye)高(gao)(gao)質(zhi)量發(fa)(fa)展。