碳化硅冶炼工艺设计
攀枝花学院本科课程设计
碳化硅冶炼工艺设计学生姓名：______王鑫林
学生学号：_____
院（系）：______材料工程学院
年级专业：2013级材料科学与工程3班指导教师：李亮
助理指导教师：
二〇一六年十月
攀枝花学院本科学生课程设计任务书
摘要
碳化硅是用石英砂、石油焦、木屑为原料通过电阻炉高温冶炼而成。天然的碳化硅很少，工业上使用的为人工合成原料，俗称金刚砂，是一种典型的共价键结合的化合物。碳化硅是耐火材料领域中最常用的非氧化物
为主要成分的脉石，耐火原料之一。合成碳化硅所用的原料主要是以 SiO
2
低档次的碳化硅可用低灰分的无烟煤为原料。辅助原料为木屑和食盐。目前我国工业生产的碳化硅分为黑色碳化硅和绿色碳化硅两种，均为六方晶体。大型碳化硅冶炼炉的炉子功率一般为10000kW，每1kg SiC电耗为6~7kW·h，生产周期升温时为26~36h，冷却24h。
硅质原料与石油焦在 2000~2500℃的电阻炉内通过以下反应生成碳+3C→SiC+2CO↑ -526.09Kj
化硅： SiO
2
CO 通过炉料排出。加入食盐可与 Fe、Al 等杂质生成氯化物而挥发掉。木屑使物料形成多孔烧结体，便于CO 气体排出。
关键词碳化硅，冶炼，原料，应用
目录
2
1 绪论
碳化硅（SiC）是用石英砂、石油焦（或煤焦）、木屑（生产绿色碳化硅时需要加食盐）等原料通过电阻炉高温冶炼而成。碳化硅在大自然也存在罕见的矿物，莫桑石。碳化硅又称碳硅石。在当代C、N、B等非氧化物高技术耐火原料中，碳化硅为应用最广泛、最经济的一种，可以称为金钢砂或耐火砂。目前中国工业生产的碳化硅分为黑色碳化硅和绿色碳化硅两种，均为六方晶体，比重为3.20～3.25，显微硬度为2840～3320kg/mm2。
碳化硅是由美国人艾奇逊在1891年电熔金刚石实验时，在实验室偶然发现的一种碳化物，当时误认为是金刚石的混合体，故取名金刚砂，1893年艾奇逊研究出来了工业冶炼碳化硅的方法，也就是大家常说的艾奇逊炉，
和碳的一直沿用至今，以碳质材料为炉芯体的电阻炉，通电加热石英SiO
2
混合物生成碳化硅。
纯碳化硅为无色，而工业生产之棕至黑色系由于含铁之不纯物。晶体上彩虹般的光泽则是因为其表面产生之二氧化硅保护层所致。碳化硅至少有70种结晶型态。α-碳化硅【1】为最常见的一种同质异晶物，在高于2000 °C高温下形成，具有六角晶系结晶构造（似纤维锌矿）。β-碳化硅，立方晶系结构，与钻石相似，则在低于2000 °C生成。虽然在异相触媒担体的应用上，因其具有比α型态更高之单位表面积而引人注目，但直至今日，此型态尚未有商业上之应用。因其3.2g/cm3的比重及较高的升华温度（约2700 °C），碳化硅很适合做为轴承或高温炉之原料物件。在任何已能达到的压力下，它都不会熔化，且具有相当低的化学活性。由于其高热导性、高崩溃电场强度及高最大电流密度，在半导体【2】高功率元件的应用上，不少人试着用它来取代硅。此外，它与微波辐射有很强的耦合作用，并其所有之高升华点，使其可实际应用于加热金属。
碳化硅制品可以分为很多类，根据不同的使用环境，分为不同的种类。一般使用到机械上比较多。例如使用到机械密封件上，可以称为碳化硅密封环，可以分为静环、动环、平环等。也可以根据客户的特别要求，制作出各种形状的碳化硅制品，例如碳化硅异形件，碳化硅板，碳化硅环等。碳化硅的制品之一的碳化硅陶瓷具有的高硬度、高耐腐蚀性以及较高的高温强度等特点，这使得碳化硅陶瓷得到了广泛的应用。在应用在密封环上：碳化硅陶瓷【3】的耐化学腐蚀性好、强度高、硬度高，耐磨性能好、摩擦系数小，且耐高温，因而是制造密封环的理想材料。它与石墨材料组合配对时，其摩擦系数比氧化铝陶瓷和硬质合金小，因而可用于高PV值，特别是输送强酸、强碱的工况中使用。
中国有碳化硅冶炼企业200多家，年生产能力220多万吨（其中：绿碳化硅块120多万吨，黑碳化硅块约100万吨）。冶炼变压器功率大多为6300~12500kVA，最大冶炼变压器为32000kVA。加工制砂、微粉生产企业300多家，年生产能力200多万吨。2012年，中国碳化硅产能利用率不足45%。约三分之一的冶炼企业有加工制砂微粉生产线。碳化硅加工制砂微粉生产企业主要分布在河南、山东、江苏、吉林、黑龙江等省。
中国碳化硅冶炼生产工艺、技术装备和单吨能耗达到世界领先水平。黑、绿碳化硅原块的质量水平也属世界级。中国碳化硅与世界先进水平的差距主要集中在四个方面：一是在生产过程中很少使用大型机械设备，很多工序依靠人力完成，人均碳化硅产量较低；二是在碳化硅深加工产品上，对粒度砂和微粉产品的质量管理不够精细，产品质量的稳定性不够；三是某些尖端产品的性能指标与发达国家同类产品相比有一定差距；四是冶炼过程中一氧化碳直接排放。国外主要企业基本实现了封闭冶炼，而中国碳化硅冶炼几乎全部是开放式冶炼，一氧化碳全部直排。2012年，中国企业开发出了封闭冶炼技术，实现了一氧化碳全部回收，但是距离全行业普及还有很长的路要走。
根据中国机床工业协会磨料磨具专委会碳化硅专家委员会的数据，截至2012年底，全球碳化硅产能达260万吨以上，产能达到1万吨以上的国家有13个，占全球总产能的98%。其中中国碳化硅产能达到220万吨，占全球总产能的84%。
2 实验方法
2.1碳化硅的性质
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，例如：以特殊工艺把碳化硅粉末涂布于水轮机叶轮或汽缸体的内壁，可提高其耐磨性而延长使用寿命1～2倍；用以制成的高级耐火材料，耐热震、体积小、重量轻而强度高，节能效果好。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。
碳化硅的硬度很大,莫氏硬度为9.5级，仅次于世界上最硬的金刚石（10级），具有优良的导热性能，是一种半导体，高温时能抗氧化。
纯碳化硅是无色透明的晶体。工业碳化硅因所含杂质的种类和含量不同，而呈浅黄、绿、蓝乃至黑色，透明度随其纯度不同而异。碳化硅晶体结构分为六方或菱面体的α-SiC和立方体的β-SiC（称立方碳化硅)。α-SiC由于其晶体结构中碳和硅原子的堆垛序列不同而构成许多不同变体，已发现70余种。β-SiC于2100℃以上时转变为α-SiC。碳化硅的工业制法是用优质石英砂和石油焦在电阻炉内炼制。炼得的碳化硅块，经破碎、酸碱洗、磁选和筛分或水选【4】而制成各种粒度的产品。
碳化硅的物理性能：真密度α型3.22g/cm3、β型3.21g/cm3，莫氏硬度9.2线膨胀系数为(4.7~5.0)×10-6 /℃，热导率(20℃)41.76W/(m·K)，电阻率(50℃)50Ω·cm，1000℃2Ω·cm，辐射能力0.95~0.98。
2.2碳化硅的合成方法
艾奇逊法：传统的艾奇逊法电阻炉的外形像一个长方形的槽子，它是有耐火砖砌成的炉床。两组电极穿过炉墙深入炉床之中，专用的石墨粉炉芯体配置在电极之间，提供一条导电通道，通电时下产生很大的热量。炉芯体周围装盛有硅质原料、石油焦和木屑等组成的原料，外部为保温料。
熔炼时，电阻炉通电，炉芯体温度上升，达到 2600℃左右，通过炉芯体表面传热给周围的混合料，使之发生反应生成碳化硅，并逸出 CO 气体。一氧化碳在炉表面燃烧生成二氧化碳，形成一个柔和、起伏的蓝色至黄色火焰毡被，一小部分为燃烧的一氧化碳进入空气。待反应完全并冷却后，即可拆除炉墙，将炉料分层分级拣选，经破碎后获得所需粒度，通过水洗或酸碱洗、磁选等除去杂质，
提高纯度，再经干燥、筛选即得成品。
艾奇逊法设备简单、投资少，广泛为石阶上冶炼 SiC 的工厂所采用。但该法的主要缺点在于无法避免粉尘和废气造成的污染，冶炼过程排出的废气无法收集和再利用，无法减轻取料和分级时的繁重体力劳动，同时炉子的长度也不够，通常仅几米至几十米长，生产经济性不高。
2.2.2 ESK 法
ESK 法 1973 年，德国 ESK 公司对艾奇逊法进行了改进，发展了 ESK 法。Esk 法的大型 SiC 冶炼炉建立在户外，没有端墙和侧墙，直线性或 U 型电极位于炉子底部，炉长达 60m，用聚乙烯袋子进行密封以回收炉内逸出的气体，提取硫后将其通过管道小型火电厂发电。该炉可采用成本低、活性高、易反应的高硫分石油焦【5】或焦炭作为原料，将原料硫含量由原来的 1.5%提高到 5.0%。
3 工艺过程
3．1碳化硅冶炼用料
制造碳化硅结晶决所用原材料有三大类：(1)主要原料，包括硅砂和石油焦炭；(2)辅助材料，包括木屑和食盐； (3)回收料，这里指的是焙烧料、细结晶、粘合物、保温乏料、分解石墨相旧炉心体材料等。主要原料是制造碳化硅产品必不可少的，它提供基本化学反应的参与物。辅助材科不直接参与基本的反应过程，如木屑只起使炉科透气的作用，食盐仅在绿碳化硅的形成中有促进作用，它们在某些条件下可以少用或不用。回收料的合理利用可节省许多原料，改善冶炼的技术经济指标，但必须注意控制其质量。
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SiO
2。 SiO
2
的同质多晶变体很多，其转变系列如下：
图1SiO
2
同质多晶体转变图
其中最常见的、在地球上分布最广的是低温石英，即日一石英，一般
称为石英．而高温石英(e一石英)则少见；其次分布较广的为隐品质的石
英，如五镣、腰石、玛蹈以及含水的二氧化硅一一蛋白石。SiO
2
，的高温变体(鳞石英、方
石英等)在自然界少见，而多存在于人造硅酸盐制品中。石英是分布很广的矿物。在地壳中石英成分白百分之十二，仅次于长石。如果按化学成分
来说，5iO：占地壳平均成分的59.8田，比其他任何成分都多。但是制造碳化硅所用的石英，要求纯度较高(98．5％以上)和一定的粒度，所以适用的主要是脉石英和石英砂。
工业上可资利用的含碳量南的材料很多，如石油焦炭、冶金焦炭(煤焦)、沥青焦炭、泥焦炭、石墨、木炭等，但是满足冶炼碳化硅需要的台碳材料，不仅要求含职员高，而且要求有害物质(灰分)少，反应能力强和填充重量大．我们强调填充重量，是因为它和碳化硅冶炼沪的产量有密切的关系：在其他条件相同时，含碳材料的填充重量愈大，装入妒内的单位容积中的有效碳成分就愈多，炉的产量就愈高．
3．2碳化硅冶炼炉
图2 艾奇逊的最初的碳化硅冶炼炉
它表示丁最早的冶炼碳化硅的电阻炉。这是一个用耐火砖做的砌床，里面装有硅砂、焦炭、食盐配成的混合料，两根炭素电极深入砌床之中。专用的石墨炉心配置在电报之间，提供了一条最初的导电通路．发电机接到电极上。大电流通过炉心，产生很大的热量，包围炉心的混合料按如下总的方程转化为碳化硅：
SiO2十3C＝SiC十2CO
一氧化碳透过炉料跑出来，并在炉表面燃烧成二氧化碳成了—个柔和的、起伏的、蓝色至黄色的火焰毡被。
上部分介绍的电阻炉是目前冶炼碳化硅应用最广的固定式长方槽型炉．近年来又出现了一些新的炉型以适应不同的需要。下面介绍其中比较有影响的几种。其中活动炉已得到比较广泛的应用。
一、活动炉
固定式电阻炉是把炉子砌筑在地面上，4—6个炉排成一列，与一台变压器相配合，称为一组。这4—6个炉子交替进行装炉、供电、冷却、出炉、电炉准备等顷作业。其优点是结构简单、造价低廉、维修方便。但是冶炼产生的高温、
一氧化破等有害气体和各工序粉尘使作业环境恶劣，而且不便于生产的机械化；当采用固定变压器时，一组沪中的各炉与变压器距离远近不一，设计上稍不注意就容易使各炉的电压、功率因数等电气参数相距其远。二．山型炉
为了便于炉的大型化并最大眼度地降低建筑成本，在七十年代西德发展了一种山型炉。这种护是一种露天设置的固定炉，没有端墙，也没有佣。外表看来，只是一个堰成小山形的料堆，故称山型炉。
在电炉中，碳质炉心水平地安置在炉料之中，电极以炉底电极的方式排布，通过一导体把它和炉心连接起来，这个连接体不是炉心的组成部分，而具有比炉心大得多的截面和小得多的电阻。它可由加入结合剂的焦炭、百里经捣实制成。这样，连接体上的电热不足以生成碳化硅，联化桂只是围绕炉心而形成。
三、U型炉
西德肯普顿(Kempten)电冶公司在山型炉的基础上进而发展了U型炉，其特点是炉心布置成型。该厂设在美国分厂的U型炉长36米，宽6．5米。变压器容量15000千伏安，共三台变压器，每台变压据带四台炉子。变压器的实际
使用容量为10000千伏安。
该炉炉料总装入量为30 00吨，每炉送电150万度，按电量停炉。该炉最大特点是每天可根据地区电网供电情况躲高峰停止送电．由于炉子建得很大，并且是u型，停电时炉内温度下降不多，所以炉子每天两次躲峰停电，每次2—4小
时，并不影响炉的产量和质量。每炉冶炼时间长达10一14天。由于送电时间长，结晶十分粗大。
电阻炉的大小是由炉用功率决定的，而炉用功率又是由
生产任务量决定的。所以我们首先介绍如何根据计划的成品
被化硅年产量确定炉用功率的方法。
计算公式如下：
P=（
WWWWWW
WWW +
WWWWWW
WWW
）
W
WWW
式中P一炉用功率(千瓦)
WWW一绿碳化硅结品块的单位耗电〔千瓦小时/吨〕
WWW一黑碳化硅结晶块的单位耗电(千瓦小时/吨〕
WWW一成品绿碳化硅的年产量(吨)；
WWW一成品黑陨化硅的年产量(吨)；
WWW一绿碳化硅加工成品牟，可取85—88％；
WWW一黑碳化硅加工成品率，可取86—90％
T一年时基数，即变压器的每年运行时致，
7200—80004、时；
α—设备利用率，它是考虑到电阻炉停电至送电的切换时
间以及送电韧朗电阻炉不能达到规定功率等情况而
规定的系数，可取57—98％；
N一炉组数或变压器台数。
3．3冶炼碳化硅的配料计算
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：
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6~7kW·h，
生产周期升温时为26~36h，冷却24h。
3. 合成工艺
(1) 配料计算
M=C/C+SiO
100
2
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%。炉内配料的重量比见表1。
表1 炉体内各部位装料的配比
项目上部中部下部
C/SiO
0.64~.65 0.64~.65 0.59~0.61
2
食盐% 8~10 8~10 6~9
木屑/L 180 360 180
表2合成碳化硅的配料
绿SiC 32~56 18~45 2~6 2~6 5~10 25~35 黑SiC 44.5~59 34~44 3~11 0~8
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、木屑、食盐后做焙烧料。加入量 (以100t计)焦炭0~50kg，木屑30~50L，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%，C20%，其他<3.5%。
加入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。
3．4碳化硅冶炼操作步骤
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3所示。
石英砂焦炭回收料食盐
破碎破碎
配料称量定量
反应料混合保温料
装炉制炼石墨
出炉石墨过筛
粗碎细碎
化学处理沉淀池沉渣处理
脱水干燥污水中和
分组筛分
分号筛分
磁选
成品
入库
图3 合成碳化硅流程图
4 结论
1.碳化硅主要有四大应用领域，即：功能陶瓷、高级耐火材料、磨料及冶金原料。碳化硅粗料已能大量供应，不能算高新技术产品，而技术含量极高的纳米级碳化硅粉体的应用短时间不可能形成规模经济。
2.通过查阅文献，本文总结了碳化硅的性质、冶炼方法及应用内容，并总结了当前工业生产碳化硅的生产工艺，详细介绍并对比了了碳化硅的各种合成方法。比如：艾奇逊法设备简单、投资少，广泛为石阶上冶炼 SiC 的工厂所采用。但该法的主要缺点在于无法避免粉尘和废气造成的污染，冶炼过程排出的废气无法收集和再利用，无法减轻取料和分级时的繁重体力劳动，同时炉子的长度也不够，通常仅几米至几十米长，生产经济性不高。ESK 法的大型 SiC 冶炼炉建立在户外，没有端墙和侧墙，直线性或 U 型电极位于炉子底部，炉长达 60m，用聚乙烯袋子进行密封以回收炉内逸出的气体，提取硫后将其通过管道小型火电厂发电。该炉可采用成本低、活性高、易反应的高硫分石油焦或焦炭作为原料，将原料硫含量由原来的1.5%提高到 5.0%。
3.对各种文献进行对比、筛选、剔除等，最后得到合理科学的实验方法和数据。
参考文献
[1] 李游.碳化硅冶炼技术 [M].北京：中国致公出版社, 1998
[2] 崔小明.碳化硅的制备及应用[M].杭州化工，2000
[3] 李欢欢. 高性能碳化硅的成型及烧结工艺研究[D].北京交通大学,2009.
[4] 李正峰. 金属有机化学与催化[M]. 科学出版社，2000
[5] 张术兵，魏长城，碳化硅的合成研究评述.材料科学与工程学报，2007
碳化硅工艺过程
生产技术 一、生产工艺 1.碳化硅 原理：通过石英砂、石油胶和木屑为原料通过电阻炉高温冶炼而成,主要反应机理是SiO2+3C----SiC+2CO。 碳化硅电阻炉制炼工艺：炉料装在间歇式电阻炉内，电阻炉两端端墙，近中心处是石墨电极。炉芯体连接于两电极之间。炉芯周围装的是参加反应的炉料，外部则是保温料。冶炼时，给电炉供电，炉芯温度上升，达到2600～2700℃。电热通过炉芯表面传给炉料，使之逐渐加热，达到1450℃以上时，即发尘化学反应，生成碳化硅，并逸出一氧化碳。随着时间的推移，炉料高温范围不断扩大，形成碳化硅愈来愈多。碳化硅在炉内不断形成，蒸发移动，晶体长大，聚集成为—个圆筒形的结晶筒。结晶筒的内壁因受高温，超过2600℃的部分就开始分解。分解出的硅又与炉料中的碳结合而成为新的碳化硅。 破碎：把碳化硅砂破碎为微粉，国内目前采用两种方法，一种是间歇的湿式球磨机破碎，一种是用气流粉末磨粉机破碎。我公司已由气流粉末磨碎机代替湿式球磨机破碎。 湿式球磨机破碎时用是用湿式球磨机将碳化硅砂磨成微粉原料，每次需磨6-8小时。所磨出的微粉原料中，微粉约占60％左右。磨的时间越长，则微粉所占的比例越大。但过粉碎也越严重，回收率就会下降。具体的时间，应该与球磨比、球径给配、料浆浓度等工艺参数一起经实验优选确定。该方法最大的优点就是设备简单，缺点是破碎效率较低，后续工序较复杂。
雷蒙磨粉机工作原理是：颚式破碎机将大块物料破碎到所需的粒度后，由提升机将物料输送到储料仓，然后由电磁振动给料机均匀连续地送到主机的磨腔内，由于旋转时离心力作用，磨辊向外摆动，紧压于磨环，铲刀与磨辊同转过程中把物料铲起抛入磨辊与辊环之间，形成填料层，物料在磨辊与磨环之间进行研磨。粉磨后的粉子随风机气流带到分级机进行分选，不合要求的粉子被叶片抛向外壁与气流脱离，粗大颗粒在重力的作用F落入磨腔进行重磨，达到细度要求的细粉随气流经管道进入大旋风收集器，进行分离收集，再经卸料器排出即为成品粉子，气流由大旋风收集器上端回风管吸入鼓风机。在磨腔内因被磨物料中有—定的水分，研磨时发热，水气蒸发，以及各管道接口不严密，外界气体被吸入，使循环风量增高，为保证磨机在负压吠态下工作，增加的气流通过余风管排入除尘器，被净化后排入大气。整个气流系统是密闭循环的，并且是在正负压状态下循环流动的。该法最大的优点是效率较高。而且后续工序较简单。 2、碳化硅微粉 （一）、碳化硅微粉的生产
碳化硅工艺过程简述
碳化硅磨料通常以石英、石油焦炭为主要原料。它们在备料工序中经过机械加工，成为 合适的粒度，然后按照化学计算，混合成为炉料。磨料调节炉料的透气性，在配炉料时要加适量的木屑。制炼绿碳化硅时，炉料中还要加适量的食盐。 炉料装在间歇式电阻炉内。电阻炉两端是端墙，近中心处有石墨电极。炉芯体即连于两电极之间。炉芯周围装的是参加反应的炉料，外部则是保温料。制炼时，电炉供电，炉芯体温度上升，达到2600~2700℃。电热通过炉芯表面传给炉料，使之逐渐加热，达到1450℃以上时，即发生化学反应，生成碳化硅，并逸出一氧化碳。随着时间的推移，炉料高温范围不断扩大，形成的碳化硅也越来越多。它在炉内不断形成，蒸发移动，结晶长大，聚集成为一个圆筒形的结晶筒。结晶筒的内壁因受高温，超过2600℃的部分就开始分解。分解出的硅又与炉料中的碳结合而成为新的碳化硅。炉自送电初期，电热主要部分用于加热炉料，而用以形成碳化硅的热量只是较少的一部分。送电中期，形成碳化硅所用的热量所占比例较大。送电后期，热损失占主要部分。调整送电功率与时间的关系，优选出最有利的停电时间，以期获得最好的电热利用率。大功率电阻炉通常选择送电时间在24小时左右，以利作业安排。在此基础上，调整电炉功率与炉子规格的关系。 电阻炉送电过程中，除了形成碳化硅这一基本反应外，炉料中各种杂质也发生一系列化学的和物理的变化，并发生位移。食盐亦然。炉料在制炼过程中不断减少，炉料表面变形下沉。反应所形成的一氧化碳则弥漫于大气中，成为污染周围大气的有害成分。 停电后，反应过程基本结束。但由于炉子很大，蓄热量就很大，一时冷却不了，炉内温度还足以引起化学反应，因此，炉表面仍继续有少量一氧化碳逸出。对于大功率电炉来说，延续的残余反应可达3~4小时。这时的反应比起送电时的反应来说，是微不足道的。但因为当时 炉表面温度已经下降，一氧化碳燃烧更不彻底。从劳动保护角度来说，仍应予以足够重视。停电后经过一段时间冷却，就可以拆除炉墙，然后逐步取出炉内各种物料。 制炼后炉内的物料，从外到里，构成下列各物层： （1）未经反应的物料 这部分炉料在制炼时未达到反应温度，因而不起反应，只起保温作用，它在炉中所占的位置叫保温带。保温带炉料与反应带炉料的配制方法、制炼后该部位炉料的利用方法不尽相同。有一种工艺方法，在保温带的特定区域内装炉时装以新料，制炼后取出配到反应料中去，这就叫做焙烧料。若将保温带上未反应的料经再生处理，稍加焦炭及适量木屑，配制成保温料重新利用，就称之为乏料。 （2）氧碳化硅层
碳化硅电子器件发展分析报告
碳化硅电力电子器件的发展现状分析 目录 1.SiC器件的材料与制造工艺 (2) 1.1 SiC单晶 (2) 1.2 SiC外延 (3) 1.3 SiC器件工艺 (4) 2. SiC二极管实现产业化 (5) 3. SiC JFET器件的产业化发展 (7) 4. SiC MOSFET器件实用化取得突破 (7) 5. SiC IGBT器件 (8) 6. SiC功率双极器件 (9) 7. SiC 功率模块 (10) 8. 国内的发展现状 (11) 9. SiC电力电子器件面对的挑战 (11) 9.1 芯片制造成本过高 (11) 9.2 材料缺陷多，单个芯片电流小 (12) 9.3 器件封装材料与技术有待提高 (12) 10. 小结 (12)
在过去的十五到二十年中，碳化硅电力电子器件领域取得了令人瞩目的成就，所研发的碳化硅器件的性能指标远超当前硅基器件，并且成功实现了部分碳化硅器件的产业化，在一些重要的能源领域开始逐步取代硅基电力电子器件，并初步展现出其巨大的潜力。碳化硅电力电子器件的持续进步将对电力电子技术领域的发展起到革命性的推动作用。随着SiC单晶和外延材料技术的进步，各种类型的SiC器件被开发出来。SiC器件主要包括二极管和开关管。SiC二极管主要包括肖特基势垒二极管及其新型结构和PiN 型二极管。SiC开关管的种类较多，具有代表性的开关管有金属氧化物半导体场效应开关管（MOSFET）、结型场效应开关管（JFET）、绝缘栅双极开关管（IGBT）三种。 1.SiC器件的材料与制造工艺 1.1 SiC单晶 碳化硅早在1842年就被发现了，但直到1955年，飞利浦（荷兰）实验室的Lely 才开发出生长高品质碳化硅晶体材料的方法。到了1987年，商业化生产的SiC衬底进入市场，进入21世纪后，SiC衬底的商业应用才算全面铺开。碳化硅分为立方相（闪锌矿结构）、六方相（纤锌矿结构）和菱方相3大类共260多种结构，目前只有六方相中的4H-SiC、6H-SiC才有商业价值，美国科锐（Cree）等公司已经批量生产这类衬底。立方相（3C-SiC）还不能获得有商业价值的成品。 SiC单晶生长经历了3个阶段, 即Acheson法、Lely法、改良Lely法。利用SiC 高温升华分解这一特性，可采用升华法即Lely法来生长SiC晶体。升华法是目前商业生产SiC单晶最常用的方法，它是把SiC粉料放在石墨坩埚和多孔石墨管之间，在惰性气体（氩气）环境温度为2 500℃的条件下进行升华生长，可以生成片状SiC晶体。由于Lely法为自发成核生长方法，不容易控制所生长SiC晶体的晶型，且得到的晶体尺寸很小，后来又出现了改良的Lely法。改良的Lely法也被称为采用籽晶的升华法或物理气相输运法 (简称PVT法)。PVT法的优点在于：采用 SiC籽晶控制所生长晶体的晶型，克服了Lely法自发成核生长的缺点，可得到单一晶型的SiC单晶，且可生长较大尺寸的SiC单晶。国际上基本上采用PVT法制备碳化硅单晶。目前能提供4H-SiC晶片的企业主要集中在欧美和日本。其中Cree产量占全球市场的85%以上，占领着SiC晶体生长及相关器件制作研究的前沿。目前，Cree的6英寸SiC晶片已经商品化,可以小批量供货。此外，国内外还有一些初具规模的SiC晶片供应商，年销售量在1万片上下。Cree生产的SiC晶片有80%以上是自己消化的，用于LED衬底材料，所以Cree是全球
碳化硅性能与碳化硅生产工艺
碳化硅性能与碳化硅生产工艺 天然的碳化硅很少，工业上使用的为人工合成原料，俗称金刚砂，是一种典型的共价键结合的化合物。碳化硅是耐火材料领域中最常用的非氧化物耐火原料之一。 （1）碳化硅的性质： 碳化硅主要有两种结晶形态：b-SiC 和 a-SiC。b-SiC 为面心立方闪锌矿型结构，晶格常 数 a=0.4359nm。a-SiC 是 SiC 的高温型结构，属六方晶系，它存在着许多变体。 碳化硅的折射率非常高，在普通光线下为 2.6767~2.6480.各种晶型的碳化硅的密度接近， a-SiC 一般为3.217g/cm3，b-SiC 为 3.215g/cm3.纯碳化硅是无色透明的，工业 SiC 由于含有游离 Fe、Si、C 等杂质而成浅绿色或黑色。绿碳化硅和黑碳化硅的硬度在常温和高温下基本相同。SiC 热膨胀系数不大，在25~1400℃平均热膨胀系数为 4.5×10-6/℃。碳化硅具有很高的热导率，500℃时为 64.4W/ (m·K)。常温下SiC 是一种半导体。 碳化硅具有耐高温、耐磨、抗冲刷、耐腐蚀和质量轻的特点。碳化硅在高温下的氧化是其损害的主要原因。 （2）碳化硅的合成： ①碳化硅的冶炼方法，合成碳化硅所用的原料主要是以 SiO2 为主要成分的脉石低档次的碳化硅可用低灰分的无烟煤为原料。辅助原料为木屑和食盐。 碳化硅有黑、绿两种。冶炼绿碳化硅时要求硅质原料中 SiO2 含量尽可能高，杂质含量尽量低。生产黑碳化硅时，硅质原料中的 SiO2 可稍低些。对石油焦的要求是固定碳含量尽可能高，灰分含量小于 1.2%，挥发分小于 12.0%，石油焦的粒度通常在 2mm 或 1.5mm 以下。木屑用于调整炉料的透气性能，通常的加入量为 3% ~5%（体积）。食盐仅在冶炼绿碳化硅时使用。 硅质原料与石油焦在 2000~2500℃的电阻炉内通过以下反应生成碳化 硅：SiO2+3C→SiC+2CO↑-526.09Kj CO 通过炉料排出。加入食盐可与 Fe、Al 等杂质生成氯化物而挥发掉。木屑使物料形成多孔烧结体，便于CO 气体排出。 碳化硅形成的特点是不通过液相，其过程如下：约从 1700℃开始，硅质原料由砂粒变为熔体，进而变为蒸汽（白烟）；SiO2 熔体和蒸汽钻进碳质材料的气孔，渗入碳的颗粒，发生生成 Sic 的反应；温度升高至1700~1900℃时，生成 b-SiC；温度进一步升高至 1900~2000℃时，细小的 b-SiC 转变为 a-SiC，a-SiC 晶粒逐渐长大和密实；炉温再升至 2500℃左右，SiC 开始分解变为硅蒸汽和石墨。 大规模生产碳化硅所用的方法有艾奇逊法和ESK 法。 艾奇逊法：传统的艾奇逊法电阻炉的外形像一个长方形的槽子，它是有耐火砖砌成的炉床。两组电极穿过炉墙深入炉床之中，专用的石墨粉炉芯体配置在电极之间，提供一条导电通道，
关于烧结碳化硅的分类_烧结碳化硅工艺说明
关于烧结碳化硅的分类_烧结碳化硅工艺说明特陶领域的多数专家认为国内特陶产品质量提升不上去，很大程度与特陶粉体的制备水平有关系。“巧妇难为无米之炊”，当然没有好“米”，也烧不出“好饭”出来。有关于烧结碳化硅的话题，小编今天想跟大家聊一聊。烧结碳化硅有哪些分类呢？看文章吧！ 烧结碳化硅分类： （1）无压烧结 无压烧结被认为是SiC烧结有前途的烧结方法，根据烧结机理的不同，无压烧结又可分为固相烧结和液相烧结。S.Proehazka通过在超细β-SiC粉体（含氧量小于2）中同时加入适量B和C的方法，在2020℃下常压烧结成密度高于98
的SiC烧结体。A.Mulla等以Al2O3和Y2O3为添加剂在1850-1950℃烧结0.5μm的β-SiC(颗粒表面含有少量SiO2)，获得的SiC陶瓷相对密度大于理论密度的95，并且晶粒细小，平均尺寸为1.5μm。 （2）热压烧结 不添加任何烧结助剂，纯SiC只有在极高的温度下才能烧结致密，于是不少人对SiC实行热压烧结工艺。关于添加烧结助剂对SiC进行热压烧结的报道已有许多。Alliegro等研究了B、Al、Ni、Fe、Cr等金属添加物对SiC致密化的影响，发现Al和Fe是促进SiC热压烧结有效的添加剂。https://www.360docs.net/doc/fe16785064.html,nge研究了添加不同量Al2O3对热压烧结SiC的性能影响，认为热压烧结致密是靠溶解--再沉淀机理。但是热压烧结工艺只能制备形状简单的SiC部件，而且一次热压烧结过程中所制备的产品数量很小，因此不利于工业化生产。 (3)反应烧结 反应烧结SiC又称自结合SiC, 是由a- SiC粉和石墨粉按一定比列混合压成坯体后,加热到1650℃左右,同时熔渗Si或通过气相Si渗入坯体,使之与石墨起反
碳化硅陶瓷工艺流程
碳化硅（SiC）陶瓷，具有抗氧化性强，耐磨性能好，硬度高，热稳定性好，高温强度大，热膨胀系数小，热导率大以及抗热震和耐化学腐蚀等优良特性。因此，已经在石油、化工、机械、航天、核能等领域大显身手，日益受到人们的重视。例如，SiC陶瓷可用作各类轴承、滚珠、喷嘴、密封件、切削工具、燃汽涡轮机叶片、涡轮增压器转子、反射屏和火箭燃烧室内衬等等。 SiC陶瓷的优异性能与其独特结构密切相关。SiC是共价键很强的化合物，SiC中Si-C键的离子性仅12％左右。因此，SiC强度高、弹性模量大，具有优良的耐磨损性能。纯SiC 不会被HCl、HNO3、H2SO4和HF等酸溶液以及NaOH等碱溶液侵蚀。在空气中加热时易发生氧化，但氧化时表面形成的SiO2会抑制氧的进一步扩散，故氧化速率并不高。在电性能方面，SiC具有半导体性，少量杂质的引入会表现出良好的导电性。此外，SiC还有优良的导热性。 SiC具有α和β两种晶型。β－SiC的晶体结构为立方晶系，Si和C分别组成面心立方晶格；α－SiC存在着4H、15R和6H等100余种多型体，其中，6H多型体为工业应用上最为普遍的一种。在SiC的多种型体之间存在着一定的热稳定性关系。在温度低于1600℃时，SiC以β－SiC形式存在。当高于1600℃时，β－SiC缓慢转变成α－SiC的各种多型体。4H－SiC在2000℃左右容易生成；15R和6H多型体均需在2100℃以上的高温才易生成；对于6H－SiC，即使温度超过2200℃，也是非常稳定的。SiC中各种多型体之间的自由能相差很小，因此，微量杂质的固溶也会引起多型体之间的热稳定关系变化。 现就SiC陶瓷的生产工艺简述如下： 一、SiC粉末的合成： SiC在地球上几乎不存在，仅在陨石中有所发现，因此，工业上应用的SiC粉末都为人工合成。目前，合成SiC粉末的主要方法有： 1、Acheson法： 这是工业上采用最多的合成方法，即用电将石英砂和焦炭的混合物加热至2500℃左右高温反应制得。因石英砂和焦炭中通常含有Al和Fe等杂质，在制成的SiC中都固溶有少量杂质。其中，杂质少的呈绿色，杂质多的呈黑色。 2、化合法： 在一定的温度下，使高纯的硅与碳黑直接发生反应。由此可合成高纯度的β－SiC粉末。 3、热分解法：
碳化硅生产工艺
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：Si 70.04%、C 29.96%，相对分子质量为40.09。 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α-碳化硅。 碳化硅的物理性能：真密度α型3.22g/cm3、β型3.21g/cm3，莫氏硬度9.2，线膨胀系数为(4.7~5.0)×10-6 /℃，热导率(20℃)41.76W/(m·K)，电阻率(50℃)50Ω·cm，1000℃2Ω·cm，辐射能力0.95~0.98。 碳化硅的合成方法 (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2000~2500℃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6~7kW·h，生产周期升温时为26~36h，冷却24h。 3. 合成工艺 (1) 配料计算： 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%。炉内配料的重量比见表3。 表1 炉体内各部位装料的配比 一般合成碳化硅的配料见表4。 表2合成碳化硅的配料
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、木屑、食盐后做焙烧料。加入量(以100t计)焦炭0~50kg，木屑30~50L，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%。 加入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1.4~1.6g/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。
碳化硅陶瓷生产工艺_碳化硅陶瓷烧结方法
碳化硅陶瓷生产工艺_碳化硅陶瓷烧结方法 21世纪是信息化时代，但很多人都开始了传统的生活，注意养生，比如想要逃离城市，进入乡村，因为乡下的空气好；又比如不再吃大鱼大肉，而是吃起了野菜。那么传统的陶瓷自然也受到人们的喜爱了。碳化硅陶瓷生产工艺是什么，碳化硅陶瓷烧结方法有哪些，碳化硅扰动喷嘴清洗剂哪种好，这就是今天小编带来的问题内容。 碳化硅陶瓷-生产工艺 碳化硅陶瓷主要组成物是SiC，这是一种高强度、高硬度的耐高温陶瓷，在1200℃~1400℃使用仍能保持高的抗弯强度，是目前高温强度高的陶瓷，碳化硅陶瓷还具有良好的导热性、抗氧化性、导电性和高的冲击韧度。是良好的高温结构材料，可用于火箭尾喷管喷嘴、热电偶套管、炉管等高温下工作的部件；利用它的导热性可制作高温下的热交换器材料；利用它的高硬度和耐磨性制作砂轮、磨料等。 SiC具有很高的抗氧化性，因为在体材料的氧化过程中会在氧化界面形成SiO2层，从而阻止了氧化
的进行化学方程式：2SiC+3O2=2SiO2+2CO（好的稳定性就包括化学稳定强和物理稳定性强，化学稳定性强包含抗氧化、 耐腐蚀，物理稳定性主要 指热膨胀系数低、抗弯强 度高、耐高温，不容易受 温差和外部环境影响。） 力学性能 陶瓷材料是工程材料中刚 度好、硬度高的材料，其 硬度大多在1500HV以上。 陶瓷的抗压强度较高，但 抗拉强度较低，塑性和韧 性很差。 热性能 陶瓷材料一般具有高的熔点（大多在2000℃以上），且在高温下具有好的化学稳定性；同时陶瓷的线膨胀系数比金属低，当温度发生变化时，陶瓷具有良好的尺寸稳定性。 电性能 陶瓷散热片具有良好的电绝缘性，绝缘阻抗为10GΩ（吉欧） 化学性能 陶瓷材料在高温下不易氧化，因为在体材料的氧化过程中会在氧化界面形成SiO2层，从而阻止了氧化的进行。化学方程式：2SiC+3O2=2SiO2+2CO，并对酸、碱、盐具有良好的抗腐蚀能力。碳化硅扰动喷嘴-清洗剂如何选择 1、碳化硅喷嘴清洗剂应不产生影响清洁过程及现场卫生的泡沫和异味。 2、清洗剂清洁污垢的速度要快要彻底。
1.碳化硅加工工艺流程
碳化硅加工工艺流程 一、碳化硅的发展史： 1893年艾奇逊发表了第一个制碳化硅的专利，该专利提出了制取碳化硅的工业方法，其主要特点是，在以碳制材料为炉芯的电阻炉中通过加热二氧化硅和碳的混合物，使之相互反应，从而生成碳化硅，到1925年卡普伦登公司，又宣布研制成功绿碳化硅。 我国的碳化硅于1949年6月由赵广和研制成功，1951年6月，第一台制造碳化硅的工业炉在第一砂轮厂建成，从此结束了中国不能生产碳化硅的历史，到1952年8月，第一砂轮厂又试制成功了绿碳化硅。 随着国民经济的发展，我国又相继发展了避雷器用碳化硅、立方碳化硅、铈碳化硅及非磨料碳化硅。到1969年第一砂轮厂、第二砂轮厂建成4000KW、3000KW的活动式电阻炉，显著提高了机械化程度，大大改善了作业环境。1980年第一砂轮厂建造了我国第一台特大型电阻炉—8000KW；就我们一车间7750KW 的冶炼炉在当时也算特大型电阻炉，到现在30000KW的电阻炉已不算稀奇，所以说碳化硅的发展速度是相当快的。 二、碳化硅的分类：（黑碳化硅、绿碳化硅） 通常按碳化硅的含量进行分类，含量越高、纯度越高、它的物理性能越好。一般来讲：含量在95%——98%为一级品，含量在98%以上的为特级品、含量在80%——94%为二级品、含量在70%左右为三级品，碳化硅的含量及纯度越高其价值也就越大。 [ 化学成份：主要杂质有：游离硅（），它一部分溶解在碳化硅晶体中，一部分与其它金属杂质（铁、铝、钙）呈金属状态存在。 游离二氧化硅（）通常存在于晶体表面，大都是由于冶炼碳化硅电阻炉冷却过程中，碳化硅氧化而形成。正常的情况下，绿碳化硅结晶块表面的游离硅，二氧化硅的含量为%左右，当配料中二氧化硅过量时，二氧化硅会蒸发凝聚在碳化硅晶体表面上，呈白色绒毛状。 碳：（C），当配比碳过量时，看到明显的游离状态的碳粒。铁、铝、钙、镁由于炉内产品高温及还原性气氛，结晶块中的这些杂质大都呈合金状态或碳化物状态。 碳化硅磨料的化学成分；随着磨料粒度的变化略有波动，粒度越细，纯度越低。（为什么呢杂质出
电子碳化硅芯片的设备制作方法与制作流程
本技术属于碳化硅芯片加工领域，尤其是一种电子碳化硅芯片的制备方法，针对现有的不便于对环氧树脂的浇筑量进行精准控制的问题，现提出如下方案，其包括以下步骤：S1：将需要制备的碳化硅芯片的尺寸数据录入电脑，在电脑上建模，根据碳化硅芯片的尺寸确定模具的尺寸；S2：在电脑上建立模具模型，将碳化硅电路板模拟放入模具模型中，对碳化硅电路板进行定位；S3：模拟向模具模型中浇筑环氧树脂，对浇筑的量的数据进行记录； S4：将碳化硅电路板放入实际的模具中，根据S3中所述的浇筑的量向模具中浇筑环氧树脂成型，本技术能够对环氧树脂的浇筑量进行精准控制，保证了加工的精度，同时可以防止环氧树脂凝结。 技术要求 1.一种电子碳化硅芯片的制备方法，包括以下步骤： S1：将需要制备的碳化硅芯片的尺寸数据录入电脑，在电脑上建模，根据碳化硅芯片的 尺寸确定模具的尺寸； S2：在电脑上建立模具模型，将碳化硅电路板模拟放入模具模型中，对碳化硅电路板进 行定位； S3：模拟向模具模型中浇筑环氧树脂，对浇筑的量的数据进行记录； S4：将碳化硅电路板放入实际的模具中，根据S3中所述的浇筑的量向模具中浇筑环氧树 脂成型，安装底座进行封装； S5：打开模具，将一体成型的电子芯片取出，即可制得电子碳化硅芯片。 2.根据权利要求1所述的一种电子碳化硅芯片的制备方法，其特征在于，所述S2中，将碳化硅电路板放入模具模型中时，对碳化硅电路板的位置进行调整，调整完成后在模具的 模腔内标注四个定位点。 3.根据权利要求2所述的一种电子碳化硅芯片的制备方法，其特征在于，将四个定位点在模具中的位置数据进行记录，并在实际的模具中布置四个定位柱，通过四个定位柱对碳 化硅电路板进行定位。
碳化硅生产工艺中主要产生哪些污染物
碳化硅生产工艺中主要产生哪些污染物？如何防治污染？ 1.施工期的环境影响及预防或者减轻不良环境影响的对策和措施的要点： ①扬尘，土石方施工、建筑材料的运输和堆存会产生扬尘，对周围环境空气产生影响；②施工机械排放的尾气；③噪声，施工车辆、建筑机械运行和施工材料的碰撞产生噪声，影响声环境质量；④建筑垃圾，施工结束后建筑剩余的建筑垃圾，可能造成固废污染；⑤施工人员日常生活产生的生活污水和生活垃圾的随意丢弃可能造成地表水和固废污染。施工期的环境影响具有分散性、瞬时性、阶段性等特点，通过在施工场地内外采取一定的降尘措施，合理安排施工时段和施工进程，可有效地减少施工过程对外环境的影响，对于建筑垃圾可回用的回用作用筑路的材料或其他用途，不能利用的拉至固定的堆放点妥善处置，施工人员产生的生活污水和生活垃圾通过依托现有的处理措施妥善处理后，对环境影响不大。施工期的环境影响随施工活动的完成而消失。 2.运营期的环境影响及预防或者减轻不良环境影响的对策和措施的要点： ①废气：a.备料车间产生的石油焦粉尘，拟安装两套除尘系统，除尘效率可达9 9.5％，废气处理后外排，粉尘收集后返回工段；b.冶炼车间产生无组织排放冶炼炉废气、冶炼炉气、拔炉扬尘和分级作业场地产生的废气。冶炼炉无组织废气拟设以机械通风的方式排除气体，设CO气体检测系统，自动控制机械通风;冶炼炉气主要成分是CO和CO2，CO占90％以上，炉气有专门的回收装置回收，回收后经脱硫后燃烧发电；炉气燃烧前采用氧化法的湿法脱硫处理，脱硫效率9 8%，冶炼炉回收的炉气燃烧发电后产生的废气中含有SO2、烟尘污染物达标排放。采用浇水湿法拔炉产生的粉尘产生量可以控制在35kg/t产品左右；分级作业场地产生的废气通过设置侧吸罩收集，共设置4个除尘系统，除尘效率达99. 5％，除尘器收集下来的除尘灰渣返回工段。c.制粒车间产生的废气包破碎工段废气、干燥工段废气、整形磁选工段废气、闭式扇形闸门物料输送过程产生的扬尘和酸碱槽废气。粗中破碎工段废气包括粗中破碎工段废气和细破碎工段废气，主要含有粉尘，经袋式除尘器处理后排放，除尘效率99.5％，除尘器收集下来的除尘灰渣返回工段；干燥工段废气经袋式除尘器处理后排放，主要含有粉尘，经袋式除尘器处理后排放，除尘效率99.5％，除尘器收集下来的除尘灰渣返回工段；整形磁选工段废气主要含有粉尘，设置3个袋式除尘器处理后排放，除尘效率99.5％，除尘器收集下来的除尘灰渣返回工段；闭式扇形闸门物料输送过程产生的扬尘主要含有粉尘，设置袋式除尘器处理后排放，除尘效率99.5％，除尘器收集下来的除尘灰渣返回工段；酸碱槽废气含碱蒸汽和亚硫酸蒸汽，在洗槽上方设置密闭罩，经洗涤塔处理后排放。②废水：包括生产废水和生活废水。生产废水主要有a.炉气水封废水，经过处理后循环使用，不外排；b.冶炼车间循环系统排水，含有杂质，经过沉淀处理后外排；c. 酸碱废水排入沉淀池，加絮凝剂沉淀后，经压虑处理处理后达标排放；微粉车间水力分厂房原料处理废水沉淀池排水，该部分水经沉淀后直接排放。生活废水设置废水处理设施，处理达标
碳化硅陶瓷工艺流程
碳化硅陶瓷工艺流程碳化硅 （SiC ）陶瓷，具有抗氧化性强， 耐磨性能好，硬度高，热稳定性 好，高温强度大，热膨胀系数小， 热导率大以及抗热震和耐化学腐蚀 等优良特性。因此，已经在石油、 化工、机械、航天、核能等领域大 显身手，日益受到人们的重视。例 如，SiC陶瓷可用作各类轴承、滚 珠、喷嘴、密封件、切削工具、燃 汽涡轮机叶片、涡轮增压器转子、 反射屏和火箭燃烧室内衬等等。 SiC陶瓷的优异性能与其独特结构密切相关。SiC 是共价键很强的化合物，SiC中Si-C键的离子性仅12%左右。因此，SiC强度高、弹性模量大，具有优良的耐磨损性能。纯SiC不会被HCl、HN03、 H2SO4和HF等酸溶液以及NaOH 等碱溶液侵蚀。
在空气中加热时易发生氧化，但氧化时表面形成的SiO2会抑制氧的进一步扩散，故氧化速率并不高。在电性能方面，SiC具有半导体性，少量杂质的引入会表现出良好的导电性。此外，SiC还有优良的导热性。 SiC具有a和B两种晶型。3- SiC的晶体结构为立方晶系，Si和C分别组成面心立方晶格； a— SiC存在着4H、15R和6H等100余种多型体，其中，6H多型体为工业应用上最为普遍的一种。在SiC的多种型体之间存在着一定的热稳定性关系。在温度低于1600 C时，SiC以3—SiC形式存在。当高于1600 C时，3—SiC缓慢转变成a—SiC的各种多型体。4H —SiC在2000 C左右容易生成；15R和6H多型体均需在2100 C以上的高温才易生成；对于6H —SiC，即使温度超过2200 C,也是非常稳定的。SiC 中各种多型体之间的自由能相差很小，因此，微量杂质的固溶也会引起多型体之间的热稳定关系变化。
3218碳化硅冶炼行业系数手册
3218碳化硅冶炼行业系数手册 （初稿） 2019年4月
1.适用范围 本手册仅用于第二次全国污染源普查工业污染源普查范围中，《国民经济行业分类》（GB/T 4754-2017）中3218碳化硅冶炼行业使用产污系数法核算工业污染物产生量和排放量的普查对象。 利用本手册进行产排污核算得出的污染物产生量与排放量仅代表了特定行业、工艺、产品、原料在正常工况下污染物产生与排放量的一般规律。 碳化硅冶炼行业废气指标包括：工业废气量、颗粒、二氧化硫、氮氧化物。 2.注意事项 2.1多种生产工艺或多类产品企业的产排污核算 废气污染物（工业废气量、颗粒、二氧化硫、氮氧化物）：污染物产生量与产品产量有关，根据不同核算环节计算产污量后，再根据企业末端治理设和运行情况计算各污染物的排污量。 企业某污染物指标的产生量、排放量为各核算环节产生量、排放量之和。 2.2采用多种废气治理设施组合处理企业的排污量核算 在排污量计算选择末端治理技术时，若没有对应的组合治理技术，以主要治理技术为准。 2.3系数表中未涉及的产污系数及污染治理效率 金属硅生产企业产排污量参照3140铁合金冶炼行业中工业硅等相关产污系数进行核算。
2.4其他需要说明的问题 碳化硅生产过程无工艺废水产生，不涉及废水污染物的核算。 本手册所提供的工业废气量系数仅供校核参考，不作为企业填报依据。 3.污染物排放量核算方法 3.1计算污染物产生量 （1）根据产品、原料、生产过程中产污的主导生产工艺、企业规模这一个组合查找和确定所对应的某一个污染物的产污系数。 （2）根据该污染物的产污系数计量单位：单位产品产量，调用企业实际产品产量。 例如某组合内颗粒物的产污系数单位为：千克/吨-产品，则计算产生量时需要调用企业实际产品产量。 （3）污染物产生量按以下公式进行计算： 污染物产生量=污染物对应的产污系数产品产量 × G产=P产×M 其中， 某污染物的平均产生量 G产 某污染物对应的产污系数 P产 产品总量 M 3.2计算污染物去除量 （1）根据企业对某一个污染物所采用的治理技术查找和选择相应的治理技术平均去除效率；
碳化硅冶炼工艺设计
学院本科课程设计 碳化硅冶炼工艺设计 学生：______王鑫林 学生学号：_____9 院（系）：______材料工程学院 年级专业：2013级材料科学与工程3班指导教师：亮 助理指导教师： 二〇一六年十月
学院本科学生课程设计任务书
摘要 碳化硅是用石英砂、石油焦、木屑为原料通过电阻炉高温冶炼而成。天然的碳化硅很少，工业上使用的为人工合成原料，俗称金刚砂，是一种典型的共价键结合的化合物。碳化硅是耐火材料领域中最常用的非氧化物耐火原料之一。合成 为主要成分的脉石，低档次的碳化硅可用低灰碳化硅所用的原料主要是以SiO 2 分的无烟煤为原料。辅助原料为木屑和食盐。目前我国工业生产的碳化硅分为黑色碳化硅和绿色碳化硅两种，均为六方晶体。大型碳化硅冶炼炉的炉子功率一般为10000kW，每1kg SiC电耗为6~7kW·h，生产周期升温时为26~36h，冷却24h。 硅质原料与石油焦在2000~2500℃的电阻炉通过以下反应生成碳化硅：+3C→SiC+2CO↑-526.09Kj SiO 2 CO 通过炉料排出。加入食盐可与Fe、Al 等杂质生成氯化物而挥发掉。木屑使物料形成多孔烧结体，便于CO 气体排出。 关键词碳化硅，冶炼，原料，应用 目录 摘要1 1绪论 1 2实验方法 3 2.1碳化硅的性质 3 2.2碳化硅的合成方法 3 2.2.1艾奇逊法 3 2.2.2E S K法 4 3工艺过程 5 3.1碳化硅冶炼用料 5 3.1.1硅砂 5
3.1.2石油焦炭 5 3.2碳化硅冶炼炉6 3.2.1碳化硅电阻炉的结构 6 3.2.2活动炉、山型炉和U型炉 6 3.2.3炉用功率的确定7 3.3冶炼碳化硅的配料计算8 3.4碳化硅冶炼操作步骤9 4结论1 1 参考文献1 2
无压烧结碳化硅陶瓷环的生产工艺设计
北方民族大学课程设计报告 系（部、中心）材料科学与工程学院姓名学号 专业 同组人员 课程名称 设计题目名称 起止时刻 成绩 指导教师签名
北方民族大学教务处
目录 1 产品简介 (1) 1.1 碳化硅陶瓷的进展情况 (1) 1.1.1 碳化硅行业进展现状 (1) 1.2 SiC结晶形态和晶体结构 (2) 1.3 氮化硅陶瓷的用途 (2) 1.4 本方案的目的及意义 (3) 2 工艺概述 (3) 2.1 SiC原料的制备 (3) 2.1.1 原料配方 (3) 2.1.2 浆料的制备过程 (4) 2.1.3 喷雾造粒 (4) 2.2 碳化硅陶瓷的成型 (4) 2.2.1 钢模压制成型 (4) 2.3 碳化硅陶瓷的烧结 (4) 2.3.1 SiC陶瓷烧结特点 (5) 2.3.2 添加剂的作用 (5) 2.3.3 SiC的烧结方法 (6) 2.4 加工方法要求 (10)
2.4.1 砂轮的选择 (10) 2.4.2 磨削参数的选择 (10) 2.4.3 冷却液的选择及加工 (11) 3 生产技术要求 (11) 3.1 SiC粉体的制备技术要求 (11) 3.2 喷雾造粒的技术要求 (11) 3.3 坯料的成型技术要求 (12) 3.3.1 成型方法要求 (12) 3.3.2 干压成型工艺参数操纵 (13) 3.4烧结技术要求 (13) 4 生产设备 (14) 4.1 生产设备的选择 (14) 4.2 设备详述 (14) 4.2.1 三维混料机 (14) 4.2.2 喷雾干燥机 (16) 4.2.3 干压成形机 (18) 4.2.5 抛光机 (20) 4.2.6 HZ-Y150型周密卧轴矩台平面磨床 (21) 4.2.7 显微硬度计 (22)
碳化硅冶炼工艺设计初稿
攀枝花学院本科课程设计 碳化硅冶炼工艺设计 学生姓名：______王鑫林 学生学号：_____201311101079 院（系）：______材料工程学院 年级专业：2013级材料科学与工程3班指导教师：李亮 助理指导教师： 二〇一六年月
攀枝花学院本科学生课程设计任务书
摘要
1 绪论 碳化硅（SiC）是用石英砂、石油焦（或煤焦）、木屑（生产绿色碳化硅时需要加食盐）等原料通过电阻炉高温冶炼而成。碳化硅在大自然也存在罕见的矿物，莫桑石。碳化硅又称碳硅石。在当代C、N、B等非氧化物高技术耐火原料中，碳化硅为应用最广泛、最经济的一种，可以称为金钢砂或耐火砂。目前中国工业生产的碳化硅分为黑色碳化硅和绿色碳化硅两种，均为六方晶体，比重为3.20～3.25，显微硬度为2840～3320kg/mm2。 碳化硅是由美国人艾奇逊在1891年电熔金刚石实验时，在实验室偶然发现的一种碳化物，当时误认为是金刚石的混合体，故取名金刚砂，1893年艾奇逊研究出来了工业冶炼碳化硅的方法，也就是大家常说的艾奇逊炉，一直沿用至今，以碳质材料为炉芯体的电阻炉，通电加热石英SiO2和碳的混合物生成碳化硅。 纯碳化硅为无色，而工业生产之棕至黑色系由于含铁之不纯物。晶体上彩虹般的光泽则是因为其表面产生之二氧化硅保护层所致。碳化硅至少有70种结晶型态。α-碳化硅为最常见的一种同质异晶物，在高于2000 °C高温下形成，具有六角晶系结晶构造（似纤维锌矿）。β-碳化硅，立方晶系结构，与钻石相似，则在低于2000 °C生成。虽然在异相触媒担体的应用上，因其具有比α型态更高之单位表面积而引人注目，但直至今日，此型态尚未有商业上之应用。因其3.2g/cm3的比重及较高的升华温度（约2700 °C），碳化硅很适合做为轴承或高温炉之原料物件。在任何已能达到的压力下，它都不会熔化，且具有相当低的化学活性。由于其高热导性、高崩溃电场强度及高最大电流密度，在半导体高功率元件的应用上，不少人试着用它来取代硅。此外，它与微波辐射有很强的耦合作用，并其所有之高升华点，使其可实际应用于加热金属。 碳化硅制品可以分为很多类，根据不同的使用环境，分为不同的种类。一般使用到机械上比较多。例如使用到机械密封件上，可以称为碳化硅密封环，可以分为静环、动环、平环等。也可以根据客户的特别要求，制作出各种形状的碳化硅制品，例如碳化硅异形件，碳化硅板，碳化硅环等。碳化硅的制品之一的碳化硅陶瓷具有的高硬度、高耐腐蚀性以及较高的高温强度等特点，这使得碳化硅陶瓷得到了广泛的应用。在应用在密封环上：碳化硅陶瓷的耐化学腐蚀性好、强度高、硬度高，耐磨性能好、摩擦系数小，且耐高温，因而是制造密封环的理想材料。它与石墨材料组合配对时，其摩擦系数比氧化铝陶瓷和硬质合金小，因而可用于高PV值，特别是输送强酸、强碱的工况中使用。 中国有碳化硅冶炼企业200多家，年生产能力220多万吨（其中：绿碳化硅
碳化硅生产操作规程
配料工序操作规程 ●工艺操作要点: →清扫工作现场，设备操作人员按《设备操作规程》启动原料加工、混料所属机械设备；→按技术员通知的料种依次取料，在加工上料时若发现杂物（砖块、石头、铁屑、泥块等）要及时捡出，不得混入料内； →原材料破碎粒度要符合工艺要求规定的粒度； →破碎、混料的原料湿度保持适当（4%～6%）； →加工破碎好的物料，要进行分类存放，防止交叉污染、混淆； →严格按技术员下达的《配料通知单》进行配料，配料前由班长确认签字，将称量份数、数据通知司磅员，并记录在黑板上； →司磅员在接到配料称量数据后，对台秤校正零位，确定无误后进行称量，配料称重误差不得超过3‰； →司磅员对超过称重误差物料要及时减去，对错称的料要及时通知有关人员进行处理；→称量完毕，司磅员向混料机操作人员发出信号； →混料机操作人员从上完料开始计时，每次混料时间2分钟； →石油焦破碎前和原料混料后进行磁选，磁性料送入指定地点进行处理； →司磅员对台秤刀架中的灰尘、落料及时清扫； →每日下班前将称量筒中物料放置干净； →每班配料完毕后将配料数据（配料份数等）真实、准确的记录； →每月由班长负责联系计量员负对台秤检定/校准一次； →设备操作人员按《设备维护、保养、检修规定》对设备进行维护、保养，清扫工作现场，回收工器具。 ●安全操作要点： →上班前，必须穿戴好劳动保护用品，严禁酒后上岗。 →开动机械设备前，检查设备各部件、润滑系统是否完好。 →主电机一次启动不起来时，严禁连续启动。 →开动进料皮带机时必须向配料间发出信号，等信号反馈过来后方可开机，严禁在没有信号时开动机械设备。 →严禁设备带负荷启动和在运行中对设备进行清理、调整和维修。 →遇意外中途停车，设法打开出料门将拌筒内物料清除，以便启动和检修，严禁在混料过程中停机。 →在进行机器检修时，切断总电源、配电箱挂牌标识禁止合闸、有人工人，并有专人监护。 →在机械设备运转过程中，严禁接触设备传动部件，传动部件处有防护栏。 装炉工序操作规程 ●工艺操作要点: →装炉前的准备： ?上班前，清扫工作现场。 ?修整电极：清除电极上粘接的杂物，使得电极端面保持清洁，修补电极和辅助电 极； ?对待装炉墙、炉柱、炉床及时进行维护或修理，清除表面烧结的氧化物；
碳化硅的制备与应用
目录 摘要 (1) 关键字 (1) 1碳化硅的合成与制备 (1) 2SiC陶瓷的主要应用领域 (3) 3结束语 (5) 参考书目 (5)
碳化硅陶瓷的制备与应用 摘要：碳化硅陶瓷材料由于抗氧化性强、耐磨性能好、硬度高、热稳定性好、高温强度大、热膨胀系数小、热导率大以及抗热震和耐化学腐蚀等优良特性，广泛的应用于各个领域。本文通过对碳化硅陶瓷材料的的发展历程，特性及国内外研究状况提出了几种碳化硅陶瓷的烧结方法，并讨论其发展趋势。 关键词：碳化硅；合成与制备；烧结；应用； 1、碳化硅陶瓷的合成与制备 SiC由于其共价键结合的特点，烧结时的扩散速率相当低，即使在的2100℃的高温，C和Si的自扩散系数也仅为1.5×10-10和2.5×10-13cm2/s所以，很难采取通常离子键结合材料所用的单纯化合物常压烧结途径来制取高致密化材料，必须采用一些特殊的工艺手段或依靠第二相物质促进其烧结。 SiC很难烧结。其晶界能与表面能之比很高,不易获得足够的能量形成晶界而烧结成块体。SiC烧结时的扩散速率很低,其表面的氧化膜也起扩散势垒作用。因此,碳化硅需要借助添加剂或压力等才能获得致密材料。本制件采用Al-B-C作为烧结助剂。硼(B)在SiC晶界的选择性偏析减小晶界能,提高烧结推动力,但过量的B会使SiC晶粒异常长大。添加C(碳)可以还原碳化硅表面对烧结起阻碍作用的SiO2膜,并使表面自由能提高。但过多的碳,使制品失重,密度下降。铝(Al)有抑制晶粒长大的作用,并有增强硼的烧结助剂作用,但过量的Al却会使制件的高温强度下降。因此,必须通过试验合理确定Al,B,C的用量。 目前制备SiC陶瓷的主要方法有无压烧结、热压烧结、热等静压烧结、反应烧结等。 1.1 碳化硅陶瓷的无压烧结 无压烧结被认为是SiC烧结最有前途的烧结方法，通过无压烧结工艺可以制备出复杂形状和大尺寸的SiC部件。根据烧结机理的不同，无压烧结又可分为固 的β-SiC可通过添加B和C进行常压烧结，这相烧结和液相烧结。对含有微量SiO 2 种方法可明显改善SiC的烧结动力学。掺杂适量的B，烧结过程中B处于SiC晶界上，部分与SiC形成固溶体，从而降低了SiC的晶界能。掺杂适量的游离C对固相烧结 生成，加入的适量C有助于使SiC表有利，因为SiC表面通常会被氧化有少量SiO 2 面上的SiO 膜还原除去，从而增加了表面能。然而#对液相烧结会产生不利影响， 2 因为C会与氧化物添加剂反应生成气体，在陶瓷烧结体内形成大量的开孔,影响致密化进程。SiC的烧结工艺中，原料的纯度、细度、相组成十分重要。S.Proehazka 通过在超细β-SiC粉体（含氧量小于2%）中同时加入适量B和C的方法，在2020℃下常压烧结成密度高于98%的SiC烧结体。但SiC-B-C系统属于固相烧结的范畴，需要的烧结温度较高，并且断裂韧性较低，断裂模式为典型的穿晶断裂，晶粒粗大且均匀性差。国外对SiC的研究焦点主要集中于液相烧结上，即以一定数量的