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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。有色金屬冶煉工業(yè)的應(yīng)用:利用碳化硅具有耐高溫,強(qiáng)度大,導(dǎo)熱性能良好,抗沖擊,作高溫間接加熱材料,如堅罐蒸餾爐精餾爐塔盤,鋁電解槽,銅熔化爐內(nèi)襯,熱電偶保護(hù)管等。①黑碳化硅含SiC約95%,其韌性高于綠碳化硅,大多用于加工抗張強(qiáng)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SiC約97%以上,自銳性好,大多用于加工硬質(zhì)合金、鈦合金和光學(xué)玻璃,也用于珩磨汽缸套。此外還有立方碳化硅,它是以特殊工藝制取的黃綠色晶體,用以制作的磨具適于軸承的超精加工,可使表面粗糙度從Ra32~0.16微米一次加工到Ra0.04~0.02微米。
碳化硅由于化學(xué)性能穩(wěn)定、導(dǎo)熱系數(shù)高、熱膨脹系數(shù)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涂布于水輪機(jī)葉輪或汽缸體的內(nèi)壁,可提高其耐磨性而延長使用壽命1~2倍;用以制成的耐火材料,耐熱震、體積小、重量輕而強(qiáng)度高,節(jié)能效果好。把鋼水中的含碳量氧化降低到所煉鋼號的規(guī)格內(nèi),是煉鋼的重要任務(wù)之一。低品級碳化硅(含SiC約85%)是良好的脫氧劑,用它可加快煉鋼速度,并便于控制化學(xué)成分,提高鋼的質(zhì)量。此外,碳化硅還大量用于制作電熱元件硅碳棒。
由于碳化硅具有很高的硬度、化學(xué)穩(wěn)定性和一定的韌性,所以是一種用途很廣的磨料,可用以制造砂輪、油石、涂附磨具或自由研磨。碳化硅粗料已能大量供應(yīng),但是技術(shù)含量極高的納米級碳化硅粉體的應(yīng)用短時間不可能形成規(guī)模經(jīng)濟(jì)。它主要是用于研磨玻璃、陶瓷、石材等非金屬材料、鑄鐵及某些非鐵金屬,它與這些材料之間的反應(yīng)性很弱。由于它是普通廢料中硬度較高的材料,所以包常用以加工硬質(zhì)合金、鈦合金、高速等難磨材料及修正砂輪用。碳化硅硬度僅次于金剛石,具有較強(qiáng)的耐磨性能,是耐磨管道、葉輪、泵室、旋流器,礦斗內(nèi)襯的理想材料,其耐磨性能是鑄鐵、橡膠使用壽命的5~20倍,也是航空飛行跑道的理想材料之一。
碳化物材料熔點較高,大都在3000℃以上,如TiC熔點3107℃,ZrC熔點3530℃。特別是礦山選廠用排放輸送管道的內(nèi)放,其耐磨程度是普通耐磨材料的6—7倍。在較高溫度下,碳化物會氧化,熔點高于石墨和碳。多數(shù)碳化物硬度高,有良好的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性。部分碳化物性能見表8-6。碳化物基本合成方法有:金屬與碳粉直接化合法;碳還原法;金屬與含碳?xì)怏w反應(yīng)。
生產(chǎn)碳化硅制品,首先要有碳化硅原料。另一方面可用于有色金屬冶煉工業(yè)的高溫間接加熱材料,如豎罐蒸餾爐、精餾爐塔盤、鋁電解槽、銅熔化爐內(nèi)襯、熱電偶保護(hù)管等。碳化硅的工業(yè)生產(chǎn)方法是將石英砂、煤焦、鋸末和鹽混合在一起,在電阻爐中加熱到2200℃左右,鹽的作用是除去石英砂和煤焦中的雜質(zhì),而鋸末的作用是產(chǎn)生氣孔,使生成的氣體容易逸出。電爐中間用石墨或碳顆粒堆積成柱狀電阻發(fā)熱體,所配原料緊密填充在發(fā)熱體四周。