碳化硅冶煉工藝設(shè)計(編輯修改稿)
2025-07-14 21:27 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 無色透明的晶體。工業(yè)碳化硅因所含雜質(zhì)的種類和含量不同，而呈淺黃、綠、藍乃至黑色，透明度隨其純度不同而異。碳化硅晶體結(jié)構(gòu)分為六方或菱面體的 αSiC和立方體的βSiC（稱立方碳化硅)。αSiC由于其晶體結(jié)構(gòu)中碳和硅原子的堆垛序列不同而構(gòu)成許多不同變體，已發(fā)現(xiàn)70余種。βSiC于2100℃以上時轉(zhuǎn)變?yōu)棣罶iC。碳化硅的工業(yè)制法是用優(yōu)質(zhì)石英砂和石油焦在電阻爐內(nèi)煉制。煉得的碳化硅塊，經(jīng)破碎、酸堿洗、磁選和篩分或水選【4】而制成各種粒度的產(chǎn)品。碳化硅的物理性能：、(~)106 /℃，熱導率(20℃)(mK)，電阻率(50℃)50Ωcm，1000℃ 2Ωcm，~。艾奇遜法：傳統(tǒng)的艾奇遜法電阻爐的外形像一個長方形的槽子，它是有耐火磚砌成的爐床。兩組電極穿過爐墻深入爐床之中，專用的石墨粉爐芯體配置在電極之間，提供一條導電通道，通電時下產(chǎn)生很大的熱量。爐芯體周圍裝盛有硅質(zhì)原料、石油焦和木屑等組成的原料，外部為保溫料。 熔煉時，電阻爐通電，爐芯體溫度上升，達到 2600℃左右，通過爐芯體表面?zhèn)鳠峤o周圍的混合料，使之發(fā)生反應(yīng)生成碳化硅，并逸出 CO 氣體。一氧化碳在爐表面燃燒生成二氧化碳，形成一個柔和、起伏的藍色至黃色火焰氈被，一小部分為燃燒的一氧化碳進入空氣。待反應(yīng)完全并冷卻后，即可拆除爐墻，將爐料分層分級揀選，經(jīng)破碎后獲得所需粒度，通過水洗或酸堿洗、磁選等除去雜質(zhì)， 完美WORD格式編輯 專業(yè)資料整理分享 提高純度，再經(jīng)干燥、篩選即得成品。 艾奇遜法設(shè)備簡單、投資少，廣泛為石階上冶煉 SiC 的工廠所采用。但該法的主要缺點在于無法避免粉塵和廢氣造成的污染，冶煉過程排出的廢氣無法收集和再利用，無法減輕取料和分級時的繁重體力勞動，同時爐子的長度也不夠，通常僅幾米至幾十米長，生產(chǎn)經(jīng)濟性不高。 ESK 法ESK 法 1973 年，德國 ESK 公司對艾奇遜法進行了改進，發(fā)展了 ESK 法。Esk 法的大型 SiC 冶煉爐建立在戶外，沒有端墻和側(cè)墻，直線性或 U 型電極位于爐子底部，爐長達 60m，用聚乙烯袋子進行密封以回收爐內(nèi)逸出的氣體，提取硫后將其通過管道小型火電廠發(fā)電。該爐可采用成本低、活性高、易反應(yīng)的高硫分石油焦【5】或焦炭作為原料，將原料硫含量由原來的 %提高到 %。 完美WORD格式編輯 專業(yè)資料整理分享 專業(yè)資料整理分享 3 工藝過程3．1碳化硅冶煉用料制造碳化硅結(jié)晶決所用原材料有三大類：(1)主要原料，包括硅砂和石油焦炭；(2)輔助材料，包括木屑和食鹽； (3)回收料，這里指的是焙燒料、細結(jié)晶、粘合物、保溫乏料、分解石墨相舊爐心體材料等。主要原料是制造碳化硅產(chǎn)品必不可少的，它提供基本化學反應(yīng)的參與物。輔助材科不直接參與基本的反應(yīng)過程，如木屑只起使爐科透氣的作用，食鹽僅在綠碳化硅的形成中有促進作用，它們在某些條件下可以少用或不用。回收料的合理利用可節(jié)省許多原料，改善冶煉的技術(shù)經(jīng)濟指標，但必須注意控制其質(zhì)量。硅砂是制造破化硅的主要原料之一，系由天然含硅原料加工制成*其主要成分是二氧化硅SiO2。 SiO2的同質(zhì)多晶變體很多，其轉(zhuǎn)變系列如下：圖1SiO2同質(zhì)多晶體轉(zhuǎn)變圖其中最常見的、在地球上分布最廣的是低溫石英，即日一石英，一般稱為石英．而高溫石英(e一石英)則少見；其次分布較廣的為隱品質(zhì)的石英，如五鐐、腰石、瑪?shù)敢约昂亩趸枰灰坏鞍资?。SiO2，的高溫變體(鱗石英、方石英等)在自然界少見，而多存在于人造硅酸鹽制品中。石英是分布很廣的礦物。在地殼中石英成分白百分之十二，僅次于長石。如果按化學成分來說，5iO：，比其他任何成分都多。但是制造碳化硅所用的石英，要求純度較高(98．5％以上)和一定的粒度，所以適用的主要是脈石英和石英砂。工業(yè)上可資利用的含碳量南的材料很多，如石油焦炭、冶金焦炭(煤焦)、瀝青焦炭、泥焦炭
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