神宁集团太西炭基工业有限公司—碳化硅厂
第一部分

碳化硅的理化性质
一、碳化硅的物理性能
碳化硅：具有硬度高、耐高温、化学稳定性和导热性好特点，成为 优良的耐火材料；同时它具有半导体性质使得是一种好的高温半导体； 它的强度和耐热冲击性能高而成为功能陶瓷的代表性材料。


主要把握四个方面：
硬度：1（滑石）2（石膏）3（方解石）4（萤石）5（磷灰石）6（钾长 石）7（石英玻璃）8（水晶）9（黄玉）10 （石榴石）11（熔融锆石） 12（棕刚玉）13（黑碳化硅）14（碳化硼）15（金刚石）。 颜色：工业碳化硅按其颜色分为黑、绿两个品种，高纯碳化硅是无色的。 通常将黄色、无色归入绿碳化硅，蓝色归入黑碳化硅。 粒度：各号磨料产品都不是单一尺寸的颗粒，也不是尺寸仅在两个相邻 筛网孔径之间的粒群，它们都是跨越几个筛号的若干个粒群的组合。粒 度组成以各粒群所占的重量百分数表示。 颗粒密度：黑、绿碳化硅 堆积密度：黑、绿碳化硅 3.20克∕cm3 1.3-1.6克∕cm3

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第三部分


碳化硅冶炼用料
二、碳质原料
工业上可以利用的含碳量高的材料很多，如石油焦炭、冶金 焦炭、沥青焦炭、石墨、木炭等。 适用碳化硅冶炼的碳质材料有三种：低灰分无烟煤、石 油焦炭、沥青焦炭。在我国目前条件下，石油焦炭主要用于 冶炼绿质碳化硅，低灰分无烟煤主要用于冶炼黑质碳化硅。 沥青焦炭因产量较低未被采用，有文献显示在美国、加拿大 广泛采用。


。
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第三部分 碳化硅冶炼用料 制造碳化硅结晶块主要有三大材料 一碳质材料：石油焦碳、沥青焦炭、无烟煤等 二硅质材料：石英砂 三辅助材料：食盐、细结晶、粘合物、分解石墨、
焙烧料、木屑、氯化物等。
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第三部分


碳化硅冶炼用料
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碳化硅用途



1、磨料；绿碳化硅具较高的硬度和一定的韧性；多用于加工光学玻璃、 硬质合金、钛合金以及轴承钢的研磨抛光、高速钢刀具的刃磨等。黑碳 化硅多用于切割和研磨抗强度低的材料，如；有色金属、灰铸铁工件、 玻璃、陶瓷、石材和耐火制品；微粉磨料专用于轴承的超精磨、其特点 是磨削效率和精度高。 2、耐火材料：碳化硅具有很好的抗热震性能，因此是一种优质耐火材 料，按制品的生产工艺不同可分为再结晶碳化硅、制品、高温热压制品、 以氮化硅或粘土为结合剂的制品等，主要产品及用途有；高温炉窑构件、 支撑件、如匣体衬板等，在电炉中作加热式炉底、换热器、热电 偶套 管等；炼铁高炉用于出铁槽，铁水包内衬或碳化硅耐火砖等，焦化厂使 用碳化硅材料衬砌炽热焦炭用流槽，砌筑碳化室炉底等。 3、冶金行业：多用于各种冶炼的耐火内衬，炼钢脱氧剂，铸铁组织改 良等；比焦炭、硅粉等传统炼钢脱氧剂效果好，可使钢材质量提高；电 工行业：多用于电热原件高温半导体材料、远红外线板，避雷器阀片材 料等。化工行业利用碳化硅的稳定性制作各种化工管道、阀门等 。用 于电镀法将碳化硅微粉涂敷于汽（水）轮机叶轮上，可以大大提高叶轮 的耐磨性能，由于碳化硅具有优良的高温强度和抗氧化性能，它以成为 高温非氧化物陶瓷的主要原材料。
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第三部分 碳化硅冶炼用料 二、硅质材料
硅砂是制造碳化硅的主要原料之一 脉石英：一种火成岩，它是由酸性岩浆分异后，发育 于其它岩石的缝隙之中而形成矿脉的。它主要由 SIO2结晶的集合体连生在一起，具有平坦的或鳞纹 状断口。其矿脉厚度可达数米至数十米，长度延绵 数十米至数百米。呈半透明或乳白色。 石英砂：有河砂、海砂、湖砂等，是一种沉积砂矿。 它是由含石英的矿石经自然力破碎、冲击而成。 冶炼绿质碳化硅，应选择纯度高于99.3%的硅砂，否则 需要加入过多的盐，既影响技术经济指标，又不容 易稳定产品质量。 冶炼黑质碳化硅时，硅砂纯度高于98.5%就可以了。
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——加强工艺管理，增强工艺管控能力 努力提高各级管理人员的业务素质和管理水平
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第一部分 第二部分 第三部分 第四部分 第五部分 第六部分 第七部分 第八部分
碳化硅的理化性质 碳化硅的生成 碳化硅的用料 炉料组成 碳化硅冶炼炉 碳化硅加工 热平衡与物料平衡 环境污染及其防治


碳化硅的脱氧性：由于碳化硅本质上是容易被氧化 的，而且在1600 ℃以上温度下氧化作用十分明显， 因此在高温下可以作为脱氧剂使用，尤其是在炼钢 中被广泛使用。
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第二部分


碳化硅的生成
一、与碳化硅形成过程有关的元素及化合物
碳系：碳原子量12 原子序数6 熔点3550 ℃ 沸点4827 ℃。 碳在自然界中有三种同位素异形体：无定型碳、石墨、金刚 石、富勒烯、石墨烯。 硅系：硅原子量28 原子序数14 熔点1420 ℃沸点2355 ℃.硅 有无定型硅（褐色）与结晶硅（银灰色、金属光泽）两种。 碳-氧系：碳氧化气氛中主要生成CO2，还原气氛中（如碳化 硅冶炼炉中）则生成CO。空气中CO含量在0.16—0.2﹪时， 人在1—1.5小时后死亡，大于0.5 ﹪时人在15分钟后死亡。 硅-氧系：硅和氧的主要化合物SIO2，它占地球59.08%，熔 点1710 ℃沸点2227 ℃在1200--1350 ℃直接转化为方石英。 在碳化硅冶炼炉内发生的正式这种反应。 碳-硅系：在碳硅系中唯一的固相二元化合物就是碳化硅。
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第二部分 碳化硅的生成 三、碳化硅生成的过程的分析
根据热力学1541 ℃反应开始发生，1803 ℃以上那种反应 物的蒸汽压力高，那种反应占优势。同一温度下，SIO的蒸 汽压比SI和SIO2的蒸汽压力都要高，因此，一些美、日文献 倾向第三种观点，认为工业碳化硅的形成如下：
一、粉、粒料基本性质
一般将粉粒料按其大小划分为两大类：小于1毫米的为粉料；大于一毫米 的为粒料。 （1）增快反应速度:粒子间的的接触表面积是影响基本化学反应速度重要 因素之一。 （2）均化混合：原料粉体化有利于混合均匀，可避免碳化硅冶炼炉内碳过 量或硅过量。 （3）便于不同成分的分离：为了剔除物料中某些有害的包裹物，如硅石中 的铁质，必须减小其尺寸，使包裹物分裂出来，才能进行分离操作。 （4）提高流动性：固体原料粉体化后，具有较高的流动性，便于输送，也 便于仓口放料。 粉、粒料的特点： （1）不连续性（2）表面积大（3）形状的不规则性（4）磨损性 粒度分布：冶炼用料的粒度分布通常用筛析法测定。 填充性质：粉粒料的填充性质指料层内部粒子在空间的排列状态，一般 主要研究静止时的粉粒料。填充性质有粉粒料的物理性质决定，它与粉 料的压缩性、热学性质、电性质、填充层内流体流动等问题有密切关系。 休止角



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第一部分 碳化硅的理化性质 二、碳化硅的化学成分
碳化硅的分子式：SIC


其中SI占70.045﹪，C占 29.955﹪.除了F.C和Fe2O3外，碳化硅磨料中常见的 杂质还有游离硅、游离SIO2、AL、Ga、Mg等。 存在形式：F.Si一部分溶解在碳化硅晶体中，一部 分与其他金属杂质成合金状态存在。F.SiO2通常存 在与晶体表面，F.C一部分包裹在碳化硅晶体中，一 部分和金属杂质形成碳化物，Fe、AL、Ga 、Mg大都 呈合金状态或碳化物状态 杂质的影响：一般来说，随着碳化硅的粒度变细， 其纯度因杂质成分增加而降低，这主要是因为杂质 往往较SIC晶体易于破碎以及碳化硅采用表面分析法 的缘故。
第三部分
四

碳化硅冶炼用料
碳化硅晶体生长
在冶炼炉内碳化硅晶体发育有下列规律 1、晶体大小由炉芯表面层向外逐渐减小，愈靠近炉芯的晶体 愈大，离炉芯愈远晶体愈小。 2、靠近炉芯的晶体粗大，结成清晰的放射状链条，这就说明 在高温时分解的气体，到低温区再次结晶。 3、在链状结构中，晶体的方向是一定的，晶体的六角片总是 顺着链条方向、垂直于炉的轴向。(这说明结晶体内的压力是 向外扩散的) 4、不同部位晶体的发育是不均衡的，这和炉料的透气性是密 切相关。（比如；炉头部分和炉芯上部） 5、在靠近炉芯的碳化硅层中，有时会出现空腔，由下部通向 侧部及上部，使结晶筒内表面凹凸不平，空腔内呈溶化状态， 有时长着大片晶体；（这说明结晶筒内、炉芯温度高、且压 力较大）

细结晶、粘合物：增加炉产，降低单位电耗、物耗。 分解石墨：炉芯制作 焙烧料：是一种特殊的未反应料，它是把碳质材料与硅质材料按一定
配比配成炉料在冶炼炉的底部或侧部，利用炉内温度将物料中的挥发份 排除，颗粒聚合以增大透气性，可供下一次投入反应区使用。

木屑：增加物料透气性
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管理人员责任心、职业素质和业务能力参差不齐，凸显管理 执行力落实不到位；
主动学习的意识和积极性不高，生产现场问题掌握不及时； 解决不及时

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碳化硅发展史


1893年 艾奇逊 发表了第一个制碳化硅的专利，该专利提出 了制取碳化硅的工业方法，其主要特点是，在以碳制材料为 炉芯的电阻炉中通过加热二氧化硅和碳的混合物，使之相互 反应，从而生成碳化硅，到1925年卡普伦登公司，又宣布研 制成功绿碳化硅。 我国的碳化硅于1949年6月由 赵广和 研制成功，1951年6月， 第一台制造碳化硅的工业炉在第一砂轮厂建成，从此结束了 中国不能生产碳化硅的历史，到1952年8月，第一砂轮厂， 在东北科学院、大连科学研究所曹子让的指导下，又试制成 功了绿碳化硅。
SIO2(石英) →SIO2（方石英) SIO2（方石英）+C →SIO(气)+CO (气) SIO(气)+2C →SIC+CO(气)