碳化硅生产工艺说课讲解

1、碳化硅的生产工艺和投资估算碳化硅是人工合成的材料，其化学计量成分以克分子计：Si 50%、C 50%以质量计：Si70.04%、C 29.96%，相对分子质量为 40.09。碳化硅有两种晶形：3-碳化硅类似闪锌矿结构的等轴晶系；a碳化硅则为晶体排列致密的六方晶系。3碳化硅约在2100 C转变为 a碳化硅。碳化硅的物理性能：真密度 a型3.22g/cm3、3型3.21g/cm3，莫氏硬度9.2，线膨胀系数 为(4.75.0) X 10-6 /C,热导率(20C )41.76W/(m K)，电阻率(50 C )50 Q m, 1000 C 2 Q c m, 辐射能力0.950.98。碳化硅的合成方

2、法(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20002500 C下，通过下列反应式合成：SiO2+3C SiC+2CO -46.8kJ(11.20kcal)1. 原料性能及要求各种原料的性能：石英砂，SiO2>99%，无烟煤的挥发分<5%。2. 合成电炉大型碳化硅冶炼炉的炉子功率一般为10000kW ,每1kg SiC电耗为67kW h,生产周期升温时为 2636h，冷却24h。3. 合成工艺(1)配料计算：CMX 100式中，C为碳含量，SiO2为二氧化硅含量，M=37.5。碳的加入量允许过量 5%。炉内配 料的重量

3、比见表 3。表1炉体内各部位装料的配比项目上部中部下部C/SiO 20.6 4 0.650.640.650.59 0.61食盐%81081069木屑/L180360180般合成碳化硅的配料见表 4。表2合成碳化硅的配料绿SiC配料/%绿SiC黑SiC配料/%黑SiC硅质材料32 5644.5 59食盐2608炭质材料18 4534 44非晶材料510木屑26311未反应料25 35在碳化硅的生产过程中，回炉料的要求：包括无定形料、二级料，应满足下列SiC>80% ,SiO2+Si<10%，固定碳 <5%，杂质 <4.3%。焙烧料的要求：未反应的物料层必须配人一定的焦炭、

4、木屑、食盐后做焙烧料。加入量（以 loot 计）焦炭 050kg，木屑 3050L,食盐 3%4%。保温料的要求：新开炉需要配保温料。焦炭与石英之比为0.6。如用乏料代特应符合如下要求：SiC<25%，SiO2+Si>35%，C 20%，其他 <3.5%。力叭食盐的目的是为了排除原料的铁、铝等杂质，加人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1.41.6g/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

5、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 C时，开始生成3-SiC,从2100C开始转化成 a-SiC , 2400 C全部转化成 a-SiC。合成时间为2636h, 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。工业用碳化硅的合成工艺流程，如图1所示。1一石号过筛1 -. n 卜细萍1i石菓砂焦矣回收料1 11 I| !破碎穢砾过L 1,1r宀Ml一1北喊1j

6、+反应料混合1像温料1 i装炉W3F -出学处理亠沉淀地亠沉;盍如哩亠1純欢干燻两水屮和民晶图i合成碳化硅流程图（四）合成碳化硅的理化性能1. 合成碳化硅的化学成分（一）合成碳化硅的国家标准 （GB/T 2480 1981）见表5。表3碳化硅的国家标准（GB/T 2480 1981）今l-H-、J山|主|化学成分/%粒度范围SiC （不少于）游离碳（不多于）Fe2O3 （不多于）黑碳化硅12号至80号98.50.200.60100号至180号98.000.300.80240号至280号97.000.301.20绿碳化硅20号至80号99.000.200.20100号至180号98.500.25

7、0.50240号至280号97.500.250.70W63至W20号97.000.300.70W14至W10号95.500.300.70W7至W5号94.000.500.70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。粒度组成：应符合 GB/T 2477 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%。2. 相组成工业碳化硅的相组成是以a-SiC n型为主，含有一定量的3-SiC。其总量为92%99.5% ,其中还有少量的 a-SiC I和aSiC川型。3. 物理性能(1)真密度在3.123.22 g/cm3，莫氏硬度为9.2 一 9.5,开始分解温度为 2050 C。碳化硅试样的线膨胀系数和电阻率见表6,表7。表4各种温度SiC的线膨胀系数加热温度/C8001200160020002400线膨胀系数/C-10.42 W60.66 W60.88 X0-61.13 10-61.39 10-6表5各种温度SiC的电阻率加热温度/C602207201060电阻率/ Q- cm105104.5102v 102碳化硅试样的热导率在 500 C时，入=64.4W/(m )，在875 C时入二41.4W/(m )。碳化硅在1400C与氧气开始反应。在9001300 C开始氧化、分离出