碳化硅有黑碳化硅和绿碳化硅两个常用的基本品种,都属α-SiC。①黑碳化硅含SiC约95%,其韧性高于绿碳化硅,大多用于加工抗张强度低的材料,如玻璃、陶瓷、石材、耐火材料、铸铁和有色金属等。②绿碳化硅含SiC约97%以上,自锐性好,大多用于加工硬质合金、钛合金和光学玻璃,也用于珩磨汽缸套。此外还有立方碳化硅,它是以特殊工艺制取的黄绿色晶体,用以制作的磨具适于轴承的超精加工,可使表面粗糙度从Ra32~0.16微米一次加工到Ra0.04~0.02微米。近年来,由于工业、国防以及航空航天工业的飞速发展,对优质钢材的需求愈来愈高。
根据结合相的不同,碳化硅制品可分为以下几类:
1. 氧化物结合碳化硅。以Al2O3-SiO2系硅酸盐为结合相,包括黏土结合、莫来石结合和SiO2结合碳化硅。
2. 氮化物结合碳化硅。结合相为SiN4、Si2N2O、Sialon等共价键化合物。
3. 自结合碳化硅。包括β-SiC结合碳化硅和重结晶碳化硅。
4. 渗硅反应烧结碳化硅。由碳化硅和游离硅组成的一种碳化硅质工程陶瓷材料。
此外,通常将碳化硅含量在50%以下的耐火制品称为半碳化硅质制品,半碳化硅质制品包括熟料碳化硅制品、高铝碳化硅制品、锆英石碳化硅制品、莫来石碳化硅制品和刚玉碳化硅制品等。
碳化物材料熔点较高,大都在3000℃以上,如TiC熔点3107℃,ZrC熔点3530℃。在较高温度下,碳化物会氧化,熔点高于石墨和碳。多数碳化物硬度高,有良好的导电和导热性。部分碳化物性能见表8-6。碳化物基本合成方法有:金属与碳粉直接化合法;碳化硅的脱碳机理为:当冶炼进行的一定程度后,钢与碳化硅之间存在一定的液相隔离层。碳还原法;金属与含碳气体反应。
生产碳化硅制品,首先要有碳化硅原料。碳化硅的工业生产方法是将石英砂、煤焦、锯末和盐混合在一起,在电阻炉中加热到2200℃左右,盐的作用是除去石英砂和煤焦中的杂质,而锯末的作用是产生气孔,使生成的气体容易逸出。电炉中间用石墨或碳颗粒堆积成柱状电阻发热体,所配原料紧密填充在发热体四周。构成碳化硅的一些元素,直接溶解到钢水中,使得熔池中的氧、碳及其他非金属元素增加。
这部分炉料在制炼时未达到反应温度,因而不起反应,只起保温作用,它在炉中所占的位置叫保温带。保温带炉料与反应带炉料的配制方法、制炼后该部位炉料的利用方法不尽相同。有一种工艺方法,在保温带的特定区域内装炉时装以新料,制炼后取出配到反应料中去,这就叫做焙烧料。若将保温带上未反应的料经再生处理,稍加焦炭及适量木屑,配制成保温料重新利用,就称之为乏料。碳化硅在光伏领域的应用:光伏逆变器对光伏发电作用非常重要,不仅具有直交流变换功能,还具有较大限度地发挥太阳电池性能的功能和系统故障保护功能。
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