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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:Si50、C50以质量计:Si7004、C2996,相对分子质量为4009。
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322gcm3、β型321gcm3,莫氏硬度92,线膨胀系数为4750×106℃,热导率20℃4176WmK,电阻率50℃50Ωcm,1000℃2Ωcm,辐射能力095098。
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
20002500℃下,通过下列反应式合成:
SiO23CSiC2CO1原料性能及要求
468kJ1120kcal
各种原料的性能:石英砂,SiO299,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1kgSiC电耗为67kWh,生产周期升温时为2636h,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,M375。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
项目
上部
中部
CSiO2
064~065
064~065
食盐
8~10
8~10
木屑L
180
360
一般合成碳化硅的配料见表4。
表2合成碳化硅的配料
下部059~061
6~9180
配料硅质材料
绿SiC32~56
黑SiC445~59
配料食盐
绿SiC2~6
黑SiC0~8
f炭质材料木屑
18~452~6
34~443~11
非晶材料未反应料
5~1025~35
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SiC80,SiO2Si10,固定碳5,杂质43。
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050kg,木屑3050L,食盐34。
保温料的要求:新开炉需要配保温料。焦炭与石英之比为06。如用乏料代特应符合如下要求:SiC25,SiO2Si35,C20,其他35。
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23,混合后料容重为1416gcm3。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r
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