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） ×106 /℃， 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。 — 碳化硅的合成方法碳化硅的合成方法 （一（一) )用二氧化硅和碳（煤）合成碳化硅用二氧化硅和碳（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+3CSiC+2CO-46。8kJ(11.20kcal） 1. 1. 原料性能及要求原料性能及要求 各种原料的性能：石英砂,SiO2〉99%，无烟煤的挥发分80%， SiO2+Si10％，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：SiC25％,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. 图 1 合成碳化硅流程图 ( (四四) )合成碳化硅的理化性能合成碳化硅的理化性能 1 1。。 合成碳化硅的化学成分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。 表表 3 3 碳化硅的国家标准（碳化硅的国家标准（GB/T 2480GB/T 2480——19811981）） 化学成分/％ SiC（不少于) 98.5 游离碳(不多于） 0。20 Fe2O3（不多于） 0.60 粒度范围 黑碳化硅12 号至 80 号 100 号至 180 号 240 号至 280 号 20 号至 80 号 100 号至 180 号 绿碳化硅 240 号至 280 号 W63 至 W20 号 W14 至 W10 号 W7 至 W5 号 98.00 97.00 99.00 98。50 97。50 97。00 95。50 94。00 0。30 0.30 0。20 0。25 0。25 0。30 0.30 0。50 0。80 1.20 0。20 0.50 0。70 0。70 0.70 0.70 （2)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。 （3）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. 2.相组成相组成 工业碳化硅的相组成是以 α-SiCⅡ型为主，含有一定量的 β—SiC。其总量为 92％～ 99.5％,其中还有少量的 α—SiC I 和 α—SiC Ⅲ型。 3 3。。 物理性能物理性能 (1）真密度在 3.12～3。22 g/cm3，莫氏硬度为 9。2 一 9。5,开始分解温度为 2050℃。 （2)碳化硅试样的线膨胀系数和电阻率见表6，表 7。 表表 4 4 各种温度各种温度 SiCSiC 的线膨胀系数的线膨胀系数 加热温度/℃ 线膨胀系数/℃—1 800 0.42×10-6 1200 0。66×10—6 1600 0.88×10-6 2000 1.13×10-6 2400 1.39×10—6 表表 5 5 各种温度各种温度 SiCSiC 的电阻率的电阻率 加热温度/℃ 电阻率/Ω·cm 60 105 220 104 5 。 720 102 1060 ＜102 （3）碳化硅试样的热导率在 500℃时，λ=64。4W/（m·K） ，在 875℃时入二 41.4W/ （m·K） 。 (4）碳化硅在 1400℃与氧气开始反应.在 900~1300℃开始氧化、分离出 SiO2，或产生 CO 气体. （四）制备碳化硅的投资预算（四）制备碳化硅的投资预算 总投资约总投资约 1150011500~1~120002000 万元，万元， 建成年产建成年产 1111 万吨左右的碳化硅生产基地。万吨左右的碳化硅生产基地。 （主（主 要设备：变压器要设备：变压器, ,整流柜，高低压柜，碳化硅冶炼电炉等）整流柜，高低压柜，碳化硅冶炼电炉等） 如果投资如果投资 1400014000 万元，可建成年产万元，可建成年产 1212。。5 5 万吨左右的碳化硅生产基地。万吨左右的碳化硅生产基地。