碳化硅的合成和用途-企业官网
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       碳化硅的合成是在一种特殊的电阻炉中进行的,这个炉子实际上就只是一根石墨电阻发热体,它是用石墨颗粒或碳粒堆积成柱状而成的。这根发热体放在中间,上述原料按硅石52%~54%,焦炭35%,木屑11%,工业盐1.5%~4%的比例均匀混合,紧密地充填在石墨发热体的四周。当通电加热后,混合物就进行化学反应,生成碳化硅。其反应式为:

SiO2+3C→SiC+2CO↑

       反应的开始温度约在1400℃,产物为低温型的β-SiC,基结晶非常细小,它可以稳定到2100℃,此后慢慢向高温型的α-SiC转化。α-SiC可以稳定到2400℃而不发生显著的分解,至2600℃以上时升华分解,挥发出硅蒸气,残留下石墨。所以一般选择反应的最终温度为1900~2200℃。反应合成的产物为块状结晶聚合体,需粉碎成不同粒度的颗粒或粉料,同时除去其中的杂质。
      有时为获取高纯度的碳化硅,则可以用气相沉积的方法,即用四氯化硅与苯和氢的混合蒸气,通过炽热的石墨棒时,发生气相反应,生成的碳化硅就沉积在石墨表面。其反应式为:

6SiCl4+C6H6+12H2→6SiC+24HCl

      纯净的碳化硅是无色透明的,但工业生产的碳化硅由于其中存在游离碳、铁、硅等杂质,产品有黄、黑、墨绿、浅绿等不同色泽,常见的为浅绿和黑色。碳化硅的相对分子质量为40.09,其中硅占70.04%,碳占29.964。真密度3.21。熔点(升华)2600℃。晶型有低温形态的β-SiC呈立方结构;高温形态的α-SiC呈六方结构;以及由于碳化硅晶体结构中的原子排列情况的不同而有其他一系列的变型体,约有百余种,通称同质异晶。此外,结晶结构中由于电子亲合力的不同,除主要的共价键外,尚有部分离子键存在。碳化硅是一种硬质材料,莫氏硬度达9.2。在低温下,碳化硅的化学性质比较稳定,耐腐蚀性能优良,在煮沸的盐酸、硫酸和氢氟酸中也不受侵蚀。但在高温下可与某些金属、盐类、气体发生反应,反应情况列于表10-4-16。碳化硅在还原性气氛中直至2600℃仍然稳定,在高温氧化气氛中则会发生氧化作用:

SiC+2O2→SiO2+CO2

       但它在800~1140℃之间的抗氧化能力反而不如1300~1500℃的,这是因为在800~1140℃氧化生成的氧化膜(SiO2)的结构较疏松,起不到充分保护底材的作用,而在1140℃以上,尤其在1300~1500℃之间,氧化作用显著,此时生成的氧化层薄膜覆盖在碳化硅基体的表面,阻碍了氧对碳化硅的进一步接触,所以抗氧化能力反而加强。但到更高温度时,其氧化保护层被破坏,使碳化硅遭受强烈氧化而分解破坏。

        由于碳化硅具有优良的物理化学性能,因此作为重要的工业原料而得到广泛的应用。它的主要用途有三个方面:用于制造磨料磨具;用于制造电阻发热元件———硅碳棒、硅碳管等;用于制造耐火材料制品。作为特种耐火材料,它在钢铁冶炼中用作高炉、化铁炉等冲压、腐蚀、磨损厉害部位的耐火制品;在有色金属(锌、铝、铜)冶炼中作冶炼炉炉衬、熔融金属的输送管道、过滤器、坩埚等;在空间技术上用作火箭发动机尾喷管、高温燃气透平叶片;在硅酸盐工业中,大量用作各种窑炉的棚板、马弗炉炉衬、匣钵;在化学工业中,用作油气发生、石油气化器、脱硫炉炉衬等。

 

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创建时间:2026年4月24日
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