碳化硅工艺过程简述

碳化硅磨料通常以石英、石油焦炭为主要原料。它们在备料工序中经过机械加工，成为

合适的粒度，然后按照化学计算，混合成为炉料。磨料调节炉料的透气性，在配炉料时要加适量的木屑。制炼绿碳化硅时，炉料中还要加适量的食盐。

炉料装在间歇式电阻炉内。电阻炉两端是端墙，近中心处有石墨电极。炉芯体即连于两电极之间。炉芯周围装的是参加反应的炉料，外部则是保温料。制炼时，电炉供电，炉芯体温度上升，达到2600~2700℃。电热通过炉芯表面传给炉料，使之逐渐加热，达到1450℃以上时，即发生化学反应，生成碳化硅，并逸出一氧化碳。随着时间的推移，炉料高温范围不断扩大，形成的碳化硅也越来越多。它在炉内不断形成，蒸发移动，结晶长大，聚集成为一个圆筒形的结晶筒。结晶筒的内壁因受高温，超过2600℃的部分就开始分解。分解出的硅又与炉料中的碳结合而成为新的碳化硅。炉自送电初期，电热主要部分用于加热炉料，而用以形成碳化硅的热量只是较少的一部分。送电中期，形成碳化硅所用的热量所占比例较大。送电后期，热损失占主要部分。调整送电功率与时间的关系，优选出最有利的停电时间，以期获得最好的电热利用率。大功率电阻炉通常选择送电时间在24小时左右，以利作业安排。在此基础上，调整电炉功率与炉子规格的关系。

电阻炉送电过程中，除了形成碳化硅这一基本反应外，炉料中各种杂质也发生一系列化学的和物理的变化，并发生位移。食盐亦然。炉料在制炼过程中不断减少，炉料表面变形下沉。反应所形成的一氧化碳则弥漫于大气中，成为污染周围大气的有害成分。

停电后，反应过程基本结束。但由于炉子很大，蓄热量就很大，一时冷却不了，炉内温度还足以引起化学反应，因此，炉表面仍继续有少量一氧化碳逸出。对于大功率电炉来说，延续的残余反应可达3~4小时。这时的反应比起送电时的反应来说，是微不足道的。但因为当时

炉表面温度已经下降，一氧化碳燃烧更不彻底。从劳动保护角度来说，仍应予以足够重视。停电后经过一段时间冷却，就可以拆除炉墙，然后逐步取出炉内各种物料。

制炼后炉内的物料，从外到里，构成下列各物层：

（1）未经反应的物料

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。

（2）氧碳化硅层

该层物料实际上是半反应的料，主要是还未反应的碳和二氧化硅，也有一部分为已经反应成的碳化硅（约占20~50%）。未反应的二氧化硅和碳，其形态已经发生很大变化，因此不同于乏料。氧碳化硅层的二氧化硅及碳已不现原来的外貌，两者结合成为灰色或黄色的无定形物料。但它们结合的很松散，冷却后轻轻一压就会成为粉末。而乏料中的二氧化硅，其粒度大小与形状都与投炉前差不多，只不过透明度变化了。炭粉也只是烧结成较大的粒，并除去了挥发分而已。因此，氧碳化硅层是很容易辨认的。

（3）粘合物层

粘合物层是介于氧碳化硅与无定形物层之间的、粘结很紧的物料，含有较多的铁、铝、钙、镁等杂质，其量若用金属氧化物表示的话。可达5~10%。粘合物的物相组成，主要是未反应的二氧化硅、碳和所形成的碳化硅（SiC约占40~60%）及铁、铝、钙、镁的硅酸盐类。这层物料有时很难与氧碳化硅及无定形物加以分辨。但如果炉内杂质多时，此层就很分明，特别是在黑碳化硅炉内。

（4）无定形物层

无定形物层主要是立方碳化硅（β-SiC），其主要成分为碳化硅（约占70~90%），还有较多的反应不完全的碳及二氧化硅，而铁、铝、钙、镁等金属氧化物含量合计可达2~5%。该层物料较松散，很容易弄碎使之成为粉末状。黑碳化硅炉内的无定形物通常呈黑色，绿碳化硅炉内的无定形物多数为黄绿色，也有在外部呈黑色而向内则逐渐呈灰黄、黄绿色的。无定形物层一般较均匀。当所用原料二氧化硅颗粒太粗、焦炭中固定碳太低时，无定形物层有时有较多的小泡状空洞。

（5）二级品碳化硅

该层已经成α-SiC，但结晶较小，很脆弱，杂质也较多，碳化硅含量只有90~95%，还不能作磨料用。二级品与无定形物外观上很易分辨。无定形物层β-SiC如粉末状，无光泽，而二级品为六方结晶体，晶面清晰，有光泽，如镜面反光。二级品与一级品无本质上的差别，在结晶筒上分为二级品层与一级品层，完全是人为地按用途及质量要求划分的。而上述的其他料层，有些则是物料本质不同，外观差别很大；有些则自然粘结成层。与无定形物一样，二级品层有时也有小泡状空洞。

（6）一级品碳化硅结晶块

这是电阻炉的主要产品，是粗大的α-SiC结晶，SiC含量在96%以上。其厚度视炉功率及部位不同为50~450mm不等。结晶粗大紧密，有黑色的或绿色的。

（7）炉芯体石墨

紧靠结晶筒内壁的是碳化硅分解而成的石墨，其外形仍保持原来碳化硅结晶的样子。分

解石墨层内侧是原先装进炉内的石墨炉芯体，它又经过一炉次高温，石墨化程度更加完全。但形态上已与原先装入时有所不同。两种石墨混合回收，作为下一炉次的炉芯体材料。

如果把碳化硅各层物料按其制炼后在炉内的位置描绘下来。可以得到如图2-1所示制炼后炉子的剖面图。

上述各层物料的分析数据如表2-1、表2-2所示。

生产过程中，以上各种物料是在电炉的不同作业阶段中取出的。取出的先后次序有时与上述

次序也不一致，而且也不完全按照上述分类来收集。通常作业分类是，乏料与一部分氧碳化硅统一作为乏料收集；氧碳化硅的一部分和无定形物、二级品一起收集，笼统称为回炉料。粘合物有时归入回炉料中收集之，有时选出其中一部分较大块而粘结很紧的，含杂质明显较

多的抛弃之。

取得的一级品结晶块，要经过分级，然后再经过粗碎、细碎、化学处理、干燥与筛分、磁选，制成各种粒度的黑碳化硅磨料和绿碳化硅磨料。对于微粉来说，还要经过水选过程，