Yhteenveto piikarbidin (SiC) valmistusprosessista

Piikarbidihioma-aineet valmistetaan tyypillisesti käyttämällä pääraaka-aineina kvartsia ja öljykoksia. Valmisteluvaiheessa nämä materiaalit läpikäyvät mekaanisen käsittelyn halutun hiukkaskoon saavuttamiseksi ennen kuin ne jaetaan kemiallisesti uunipanokseksi.Uunin panoksen läpäisevyyden säätelemiseksi lisätään sekoituksen aikana sopiva määrä sahanpurua. Vihreän piikarbidin valmistuksessa uunipanoksessa lisätään myös tietty määrä suolaa.

Uunin panos ladataan panostyyppiseen vastusuuniin, jonka molemmissa päissä on päätyseinät ja grafiittielektrodit on sijoitettu lähelle keskustaa. Uunin ydinrunko yhdistää kaksi elektrodia, joita ympäröivät reaktiiviset uunipanosmateriaalit, kun taas eristysmateriaalit ympäröivät ulkokehän. Käytön aikana sähkövoima lämmittää uunin sydämen 2600-2700°C:n lämpötiloihin. Lämpö siirtyy ytimen pinnalta varausmateriaaleihin, jotka ylittyessään 1450°C käyvät läpi kemiallisia reaktioita muodostaen piikarbidia samalla kun vapautuu hiilimonoksidia.

Prosessin jatkuessa korkean lämpötilan vyöhyke laajenee ja muodostaa asteittain lisää piikarbidikiteitä. Nämä kiteet haihtuvat, kulkeutuvat ja kasvavat uunissa, lopulta sulautuen sylinterimäiseksi kiteytyneeksi massaksi. Tämän massan sisäseinämien lämpötila ylittää 2600 °C, mikä aiheuttaa hajoamista, joka vapauttaa piitä, joka sitten yhdistyy uudelleen hiilen kanssa muodostaen uutta piikarbidia.

Sähkönjakelu vaihtelee kolmessa käyttövaiheessa:

1. Alkuvaihe: Käytetään ensisijaisesti uunin lämmitykseen

2.Välifaasi: Piikarbidin muodostumisen lisääntynyt osuus

3. Loppuvaihe: Lämpöhäviöt hallitsevat

Optimaaliset teho-aikasuhteet on kehitetty maksimoimaan lämpöhyötysuhde. Tyypillinen käyttöaika on noin 24 tuntia suurissa uuneissa työnkulun koordinoinnin helpottamiseksi.

Käytön aikana tapahtuu toissijaisia ​​reaktioita, joihin liittyy erilaisia ​​epäpuhtauksia ja suoloja, mikä aiheuttaa materiaalin siirtymistä ja tilavuuden pienenemistä. Syntynyt hiilimonoksidi karkaa ilmakehän epäpuhtautena. Jäljellä olevat reaktiot jatkuvat virran katkaisun jälkeen 3-4 tuntia lämpöinertian vuoksi, vaikkakin huomattavasti alentuneella intensiteetillä. Pintalämpötilojen laskiessa häkäen epätäydellinen palaminen korostuu, mikä edellyttää jatkuvaa työturvallisuustoimenpiteitä.

Uunin jälkeiset materiaalit ulkokerroksista sisäkerroksiin koostuvat seuraavista komponenteista:

(1) ‌Reagoimaton panosmateriaali‌

Panoksen osat, jotka eivät saavuta reaktiolämpötilaa sulatuksen aikana, pysyvät inertteinä ja toimivat vain eristeenä. Tätä vyöhykettä kutsutaan eristysnauhaksi. Koostumus ja käyttötavat eroavat merkittävästi reaktiovyöhykkeestä. Tietyt prosessit sisältävät tuoreen panoksen lataamisen tietyille eristysnauha-alueille uunin lataamisen aikana, joka otetaan talteen sulatuksen jälkeen ja sekoitetaan reaktiopanokseksi kalsinoituna materiaalina. Vaihtoehtoisesti reagoimattomalle eristenauhamateriaalille voidaan tehdä regenerointikäsittely lisäämällä koksia ja sahanpurua uudelleenkäyttöä varten käytettynä panoksena.

(2) ‌Hapetettu piikarbidikerros‌

Tämä puolireagoitunut kerros sisältää pääasiassa reagoimatonta hiiltä ja piidioksidia (20-50 % jo muutettuna piikarbidiksi). Näiden komponenttien muuttunut morfologia erottaa ne loppuun kuluneesta varauksesta. Piidioksidi-hiili-seos muodostaa amorfisia harmaankeltaisia ​​aggregaatteja, joilla on löysä koheesio ja jauhetaan helposti paineen alaisena – toisin kuin käytetty panos, jossa piidioksidi säilyttää alkuperäisen rakeisuuden.

(3) Sidoskerros

Kompakti siirtymävyöhyke hapettuneen kerroksen ja amorfisen vyöhykkeen välillä, joka sisältää 5-10 % metallioksideja (Fe, Al, Ca, Mg). Faasikoostumus sisältää reagoimatonta piidioksidia/hiiltä (40-60 % SiC) ja silikaattiyhdisteitä. Erottamisesta viereisistä kerroksista tulee haastavaa, ellei epäpuhtauksia ole runsaasti, erityisesti mustissa piikarbidiuuneissa.

(4) ‌Amorfinen vyöhyke‌

Pääasiassa kuutioinen β-SiC (70-90 % SiC), jossa on jäännöshiiltä/piidioksidia (2-5 % metallioksideja). Hauras materiaali murenee helposti jauheeksi. Mustat piikarbidiuunit tuottavat mustia amorfisia vyöhykkeitä, kun taas vihreät piikarbidiuunit tuottavat kellertävänvihreitä muunnelmia - joskus värigradienteilla. Karkeat piidioksidihiukkaset tai vähähiilinen koksi voivat muodostaa huokoisia rakenteita.

(5) ‌Toissijainen piikarbidi‌

Sisältää α-SiC-kiteitä (90-95 % puhtaus), jotka ovat liian hauraita hiomakäyttöön. Amorfisesta β-SiC:stä (jauhemainen, himmeä) erottuva toissijainen luokka sisältää kuusikulmaisia ​​kidehiloja, joissa on peilimäistä kiiltoa. Jako toissijaisten ja perusluokkien välillä on puhtaasti toiminnallinen, vaikka ensimmäiset voivat säilyttää huokoisia rakenteita.

(6) ‌Primääriluokan piikarbidikiteet‌

Uunin päätuote: massiiviset α-SiC-kiteet (puhtaus >96 %, paksuus 50-450 mm). Nämä tiiviisti pakatut lohkot näyttävät mustilta tai vihreiltä, ​​ja niiden paksuus vaihtelee uunin tehon ja sijainnin mukaan.

(7) ‌Grafiittiuunin ydin‌

Kiteisen sylinterin vieressä hajotettu piikarbidi muodostaa grafiittikopioita alkuperäisistä kiderakenteista. Sisäydin koostuu esikuormitetusta grafiitista, jossa on tehostettu grafitoituminen lämpösyklin jälkeen. Molemmat grafiittityypit kierrätetään ydinmateriaaliksi myöhempiä uunieriä varten.