碳化硅是典型的多晶型化合物,按大類來分,有α-碳化硅和β-碳化硅兩種。 α-碳化硅做為磨料有黑碳化硅、綠碳化硅兩種品種。β-碳化硅是制備碳化硅類陶瓷的主要原料。碳化硅的用途十分廣泛,如:冶金、機械、化工、建材、輕工、電子、發(fā)熱體。磨料可作為冶金工業(yè)的凈化劑、脫氧劑和改良劑。在機械加工方面可作為合成硬質(zhì)合金刀具;加工后的硅碳板可作為耐火材料用于陶瓷燒制的棚板。通過精加工后生產(chǎn)的碳化硅微粉,可用于高科技電子元器件和遠紅外線輻射材料的涂料。高純度精微粉可供國防工業(yè)航空航天器皿的涂層。對國際國內(nèi)各經(jīng)濟領域的用途十分廣闊。
(黑碳化硅)
(綠碳化硅)
碳化硅半導體據(jù)稱,碳化硅晶片甚至可以經(jīng)受住金星或太陽附近的熱度。前期的研究表明,即使在560℃的高溫中,碳化硅晶片在沒有冷卻裝置的情況下仍能正常運作。碳化硅晶片在通訊領域具有廣闊的運用前景,能讓高清晰電視發(fā)射器提供更清晰的信號和圖像;也可以用在噴氣和汽車引擎中,監(jiān)測電機運轉(zhuǎn)。同時,它還可運用于太空探索領域,幫助核動力飛船執(zhí)行更繁雜的任務。法國物理學家預言,在芯片制造領域,碳化硅取代硅已為時不遠。
碳化硅的工業(yè)應用主要有以下幾點:
(1)磨料
主要因為碳化硅具有很高硬度,化學穩(wěn)定性和一定韌性,所以碳化硅能用于制造固結(jié)磨具、涂附磨具和自由研磨,從而來加工玻璃、陶瓷、石材、鑄鐵及某些非鐵金屬、硬質(zhì)合金、鈦合金和砂輪等。
(2)耐火材料和耐腐蝕材料
(碳化硅推板磚)
主要因為碳化硅具有高熔點(分解溫度)、化學惰性和抗熱振性,所以碳化硅能用于磨具、陶瓷制品燒成窯爐中用棚板和匣缽、煉鋅工業(yè)豎缸蒸餾爐用碳化硅磚、鋁電解槽襯、坩堝、小件爐材等多種碳化硅陶瓷制品。
(3)化工用途
(碳化硅過濾管)
因為碳化硅可在熔融鋼水中分解并和鋼水中游離氧、金屬氧化物反應生成一氧化碳和含硅爐渣。所以它可作為冶煉鋼鐵凈化劑,即用作煉鋼脫氧劑和鑄鐵組織改良劑。這一般使用低純度碳化硅,以降低成本。
(4)電工用途
用作加熱元件、非線性電阻元件和高溫半導體材料。加熱元件如硅碳棒(適用于1100?1500°C工作各種電爐),非線性電阻元件,各式避雷閥片。
(5)其他
配制成遠紅外輻射涂料或制成碳化硅硅板用遠紅外輻射干燥器中。
碳化硅按應用行業(yè)用途細分如下:
①有色金屬冶煉工業(yè)的應用
利用碳化硅具有耐高溫,強度大,導熱性能良好,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、鋅粉爐用弧型板、熱電偶保護管等。
(碳化硅材質(zhì)的噴火嘴)
②鋼鐵行業(yè)方面的應用
利用碳化硅的耐腐蝕、抗熱沖擊耐磨損、導熱好的特點,用于大型高爐內(nèi)襯使用壽命。
③冶金選礦行業(yè)的應用
碳化硅硬度僅次于金剛石,具有較強的耐磨性能,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。
④建材陶瓷,砂輪工業(yè)方面的應用
利用其導熱系數(shù),熱輻射,高熱強度大的特性,制造薄板窯具,不僅能減少窯具容量,提升窯爐的裝容量和產(chǎn)品質(zhì)量,縮短了生產(chǎn)周期,是陶瓷釉面烘烤燒結(jié)理想的間接材料。
(碳化硅材質(zhì)的窯具 )圖片來自金鴻
⑤節(jié)能方面的應用
利用良好的導熱和熱穩(wěn)定性,作熱交換器,燃耗減少百分之20,節(jié)約燃料百分之35,使生產(chǎn)率百分之20?30,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。