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黑碳化硅

  黑碳化硅

碳化硅(SiC)是用石英砂、石油焦(或煤焦)、木屑為原料通過電阻爐高溫冶鍊而成。碳化硅在大自然也存在罕見的礦物,莫桑石。
碳化硅又稱碳硅石。在當代C、N、B等非氧化物高技術耐火原料中,碳化硅為應用最廣泛、最經濟的一種。可以稱為金鋼砂或耐火砂。
碳化硅是用石英砂、石油焦(或煤焦)、木屑(生產綠色碳化硅時需要加食鹽)等原料在電阻爐內經高溫冶鍊而成。目前中國工業生產的碳化硅分為黑色碳化硅和綠色碳化硅兩種,均為六方晶體,比重為3.20~3.25,顯微硬度為2840~3320kg/mm2。
包括黑碳化硅和綠碳化硅,其中:黑碳化硅是以石英砂,石油焦和優質硅石為主要原料,通過電阻爐高溫冶鍊而成。其硬度介於剛玉和金剛石之間,機械強度高於剛玉,性脆而鋒利。綠碳化硅是以石油焦和優質硅石為主要原料,添加食鹽作為添加劑,通過電阻爐高溫冶鍊而成。其硬度介於剛玉和金剛石之間,機械強度高於剛玉。 常用的碳化硅磨料有兩種不同的晶體,一種是綠碳化硅,含SiC 97%以上,主要用於磨硬質含金工具。另一種是黑碳化硅,有金屬光澤,含SiC 95%以上,強度比綠碳化硅大,但硬度較低,主要用於磨鑄鐵和非金屬材料。
分子式為SiC,其硬度介於剛玉和金剛石之間,機械強度高於剛玉,可作為磨料和其他某些工業材料使用。工業用碳化硅於1891年研製成功,是最早的人造磨料。在隕石和地殼中雖有少量碳化硅存在,但迄今尚未找到可供開採的礦源。
純碳化硅是無色透明的晶體。工業碳化硅因所含雜質的種類和含量不同,而呈淺黃、綠、藍乃至黑色,透明度隨其純度不同而異。碳化硅晶體結構分為六方或菱面體的 α-SiC和立方體的β-SiC(稱立方碳化硅)。α-SiC由於其晶體結構中碳和硅原子的堆垛序列不同而構成許多不同變體,已發現70餘種。β-SiC於2100℃以上時轉變為α-SiC。
碳化硅的工業製法是用優質石英砂和石油焦在電阻爐內煉製。煉得的碳化硅塊,經破碎、酸鹼洗、磁選和篩分或水選而製成各種粒度的產品。
碳化硅有黑碳化硅和綠碳化硅兩個常用的基本品種,都屬α-SiC。①黑碳化硅含SiC約98.5%,其韌性高於綠碳化硅,大多用於加工抗張強度低的材料,如玻璃、陶瓷、石材、耐火材料、鑄鐵和有色金屬等。②綠碳化硅含SiC99%以上,自銳性好,大多用於加工硬質合金、鈦合金和光學玻璃,也用於珩磨汽缸套和精磨高速鋼刀具。此外還有立方碳化硅,它是以特殊工藝製取的黃綠色晶體,用以製作的磨具適於軸承的超精加工,可使表面粗糙度從Ra32~0.16微米一次加工到Ra0.04~0.02微米。
碳化硅由於化學性能穩定、導熱係數高、熱膨脹係數小、耐磨性能好,除作磨料用外,還有很多其他用途,例如:以特殊工藝把碳化硅粉末塗佈於水輪機葉輪或汽缸體的內壁,可提高其耐磨性而延長使用壽命1~2倍;用以製成的高級耐火材料,耐熱震、體積小、重量輕而強度高,節能效果好。低品級碳化硅(含SiC約85%)是極好的脫氧劑,用它可加快鍊鋼速度,並便於控制化學成分,提高鋼的質量。此外,碳化硅還大量用於製作電熱元件硅碳棒。
碳化硅的硬度很大,具有優良的導熱性能,是一種半導體,高溫時能抗氧化。
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