[科普中國]-漬碳碳化硅

漬碳碳化硅用石英砂、石油焦（或煤焦）、木屑（生產(chǎn)綠色碳化硅時(shí)需要加食鹽）等原料通過電阻爐高溫冶煉而成。漬碳碳化硅在大自然也存在罕見的礦物，莫桑石。在當(dāng)代C、N、B等非氧化物高技術(shù)耐火原料中，漬碳碳化硅為應(yīng)用最廣泛、最經(jīng)濟(jì)的一種，可以稱為金鋼砂或耐火砂。

發(fā)展歷史漬碳碳化硅是由美國人艾奇遜在1891年電熔金剛石實(shí)驗(yàn)時(shí)，在實(shí)驗(yàn)室偶然發(fā)現(xiàn)的一種碳化物，當(dāng)時(shí)誤認(rèn)為是金剛石的混合體，故取名金剛砂，1893年艾奇遜研究出來了工業(yè)冶煉漬碳碳化硅的方法，也就是大家常說的艾奇遜爐，一直沿用至今，以碳質(zhì)材料為爐芯體的電阻爐，通電加熱石英SIO2和碳的混合物生成漬碳碳化硅。

關(guān)于漬碳碳化硅的幾個(gè)事件

1905年 第一次在隕石中發(fā)現(xiàn)漬碳碳化硅。

1907年 第一只漬碳碳化硅晶體發(fā)光二極管誕生。

1955年 理論和技術(shù)上重大突破，LELY提出生長高品質(zhì)碳化概念，從此將SiC作為重要的電子材料。

1958年 在波士頓召開第一次世界漬碳碳化硅會(huì)議進(jìn)行學(xué)術(shù)交流。

1978年 六、七十年代漬碳碳化硅主要由前蘇聯(lián)進(jìn)行研究。到1978年首次采用“LELY改進(jìn)技術(shù)”的晶粒提純生長方法。

1987年～至今以CREE的研究成果建立漬碳碳化硅生產(chǎn)線，供應(yīng)商開始提供商品化的漬碳碳化硅基。1

制作工藝由于天然含量甚少，漬碳碳化硅主要多為人造。常見的方法是將石英砂與焦炭混合，利用其中的二氧化硅和石油焦，加入食鹽和木屑，置入電爐中，加熱到2000°C左右高溫，經(jīng)過各種化學(xué)工藝流程后得到漬碳碳化硅微粉。

漬碳碳化硅(SiC)因其很大的硬度而成為一種重要的磨料，但其應(yīng)用范圍卻超過一般的磨料。例如，它所具有的耐高溫性、導(dǎo)熱性而成為隧道窯或梭式窯的首選窯具材料之一，它所具有的導(dǎo)電性使其成為一種重要的電加熱元件等。制備SiC制品首先要制備SiC冶煉塊[或稱：SiC顆粒料，因含有C且超硬，因此SiC顆粒料曾被稱為：金剛砂。但要注意：它與天然金剛砂(也稱：石榴子石)的成分不同。在工業(yè)生產(chǎn)中，SiC冶煉塊通常以石英、石油焦等為原料，輔助回收料、乏料，經(jīng)過粉磨等工序調(diào)配成為配比合理與粒度合適的爐料(為了調(diào)節(jié)爐料的透氣性需要加入適量的木屑，制備綠漬碳碳化硅時(shí)還要添加適量食鹽)經(jīng)高溫制備而成。高溫制備SiC冶煉塊的熱工設(shè)備是專用的漬碳碳化硅電爐，其結(jié)構(gòu)由爐底、內(nèi)面鑲有電極的端墻、可卸式側(cè)墻、爐心體(全稱為：電爐中心的通電發(fā)熱體，一般用石墨粉或石油焦炭按一定的形狀與尺寸安裝在爐料中心，一般為圓形或矩形。其兩端與電極相連)等組成。該電爐所用的燒成方法俗稱：埋粉燒成。它一通電即為加熱開始，爐心體溫度約2500℃，甚至更高(2600～2700℃)，爐料達(dá)到1450℃時(shí)開始合成SiC(但SiC主要是在≥1800℃時(shí)形成)，且放出co。然而，≥2600℃時(shí)SiC會(huì)分解，但分解出的si又會(huì)與爐料中的C生成SiC。每組電爐配備一組變壓器，但生產(chǎn)時(shí)只對(duì)單一電爐供電，以便根據(jù)電負(fù)荷特性調(diào)節(jié)電壓來基本上保持恒功率，大功率電爐要加熱約24 h，停電后生成SiC的反應(yīng)基本結(jié)束，再經(jīng)過一段時(shí)間的冷卻就可以拆除側(cè)墻，然后逐步取出爐料。

高溫煅燒后的爐料從外到內(nèi)分別是：未反應(yīng)料(在爐中起保溫作用)、氧漬碳碳化硅羼(半反應(yīng)料，主要成分是C與SiO。)、粘結(jié)物層(是粘結(jié)很緊的物料層，主要成分是C、SiO2、40%～60%SiC以及Fe、Al、Ca、Mg的碳酸鹽)、無定形物層(主要成分是70%～90%SiC，而且是立方SiC即β-sic，其余是C、SiO2及Fe、Ca、Mg的碳酸鹽)、二級(jí)品SiC層(主要成分是90%～95%SiC，該層已生成六方SiC即口一SiC，但結(jié)晶體較小、很脆弱，不能作為磨料)、一級(jí)品SiC層(SiC含量