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碳化硅(SiC),又稱金剛砂。1891年美國人艾契遜(Acheson)發(fā)明了碳化硅的工業(yè)制造方法。碳化硅是用天然硅石、碳、木屑、工業(yè)鹽作基本合成原料,在電阻爐中加熱反應合成。其中加入木屑是為了使塊狀混合物在高溫下形成多孔性,便于反應產(chǎn)生的大量氣體及揮發(fā)物從中排除,避免發(fā)生,因為合成IT碳化硅,將會生產(chǎn)約1.4t的(CO)。工業(yè)鹽(NaCl)的作用是便于除去料中存在的氧化鋁、氧化鐵等雜質(zhì)。
(二)制品制造工藝
單純用α-SiC制造制品,由于其硬度較大,將其磨成微米級細粉相當困難,而且顆粒呈板狀或針狀,用它壓成的坯體,即使在加熱到它的分解溫度附近,也不會發(fā)生明顯的收縮,難以燒結(jié),制品的致密化程度低,能力也差。因此,在工業(yè)生產(chǎn)制品時,在α-SiC中加入少量的顆粒呈球形的β-SiC細粉和采用添加物的辦法來獲得致密制品。作為制品結(jié)合劑的添加物,按種類可分為氧化物、氮化物、石墨等多種,如粘土、氧化鋁、鋯英石、莫來石、石灰、玻璃、氮化硅、氧氮化硅、石墨等。成型粘結(jié)劑溶液可用羧纖維素、聚乙烯醇、木質(zhì)素、淀粉、氧化鋁溶膠、二氧化硅溶膠等其中的一種或幾種。
硅化可在普通大氣壓的碳管爐內(nèi)進行,硅化溫度必須大于2000℃。如果在66.65MPa的真空爐中進行,則硅化溫度可降到1500~1600℃。產(chǎn)生硅蒸氣所用的硅粉顆粒尺寸為0.991~4.699mm。在大氣壓力下硅化時,硅粉可裝在石墨坩堝里。在真空下硅化時,則應裝在氮化硼(BN)坩堝里,因為此時硅會滲入石墨中并作用形成碳化硅而使石墨坩堝,而氮化硼與硅不潤濕。硅化所需的時間依據(jù)硅化的溫度及在該溫度下的硅的揮發(fā)量的不同而變化。在硅化完成后,坩堝內(nèi)通常不應該再有硅殘留而都蒸發(fā)了。由于蒸發(fā)而附著在制品表面上的硅可用熱的處理除去。自結(jié)合碳化硅制品的強度為一般碳化硅制品的7~10倍,且能力提高了。