釋義
碳化矽又稱金鋼砂或耐火砂。分子式為SiC,其硬度介於剛玉和金剛石之間,機械強度高於剛玉,可作為磨料和其他某些工業材料使用。工業用碳化矽於1891年研製成功,是最早的人造磨料。在隕石和地殼中雖有少量碳化矽存在,但迄今尚未找到可供開採的礦源。天然金剛砂又名石榴子石,系矽酸鹽類礦物。經過水力分選,機械加工,篩選分級等方法製成的研磨材料。生產使用歷史悠久,古代我國就有使用金剛砂研磨水晶玻璃,各種玉石的史例。十九世紀四十年代又遠銷東洋。分粗目,中目,細目三大類。其中粗目為黑紅色,中目為淡紅色,細目為紅白色,各種目數粒度均勻,顆粒形狀均一,成棱叫角晶體,有鋒利的邊緣,磨削力高。供石材類工業研磨大理石及其它軟質材料。玻璃類工業研磨玻璃毛邊,電視機顯像管,光學器械,鏡片,稜鏡,鐘錶用玻璃等。金屬類工業噴砂,除銹,研磨。印刷工業研磨膠版,以及輕工業加工塑樣,皮革,砂紙等用途。天然金剛砂的磨削力略低於電爐白剛玉,但其任性強,具有介殼狀段口之特性,其優點是磨件的光潔度高,砂痕少而淺。磨麵細而均勻,可提高產品質量,為本品的獨特之處。天然金剛砂的研磨時間短,效益高,價格低廉,可彌補壽命短的不足。
歷史
1891年,美國人阿切遜將粘土和焦炭混合後放在一個鐵缽中,企圖用電弧將碳轉化為金剛石。但結果是,在電極附近發現了閃閃發光的六方形晶體,它與天然金剛石的立方八面體不同。阿切遜認為這可能是碳和粘土中的氧化鋁反應而生成的新化合物。由於自然界中有一種氧化鋁礦物稱為剛玉,於是他把碳和剛玉兩個英文單詞連起來作為這一新化合物的名稱,中國學者將其譯成“金剛砂”。後來人們知道這種化合物是由粘土中的二氧化矽與碳在高溫下反應生成的碳化矽。
碳化矽硬度僅次於金剛石、碳化硼和立方氮化硼,在無機材料中排行第四。目前已能通過熱壓燒結法製得高緻密度的碳化矽。它具有很高的強度及良好的抗氧化性能,在高溫下不變形,可作為高溫燃氣輪機上的渦輪葉片,也可作耐磨的密封材料,還可作火箭尾噴管的噴嘴及輕質的防彈用品等。金剛砂還包括棕剛玉,黑剛玉,耐磨地坪用的金剛砂骨料.
結構特徵
純碳化矽是無色透明的晶體。工業碳化矽因所含雜質的種類和含量不同,而呈淺黃、綠、藍乃至黑色,透明度隨其純度不同而異。碳化矽晶體結構分為六方或菱面體的α-SiC和立方體的β-SiC(稱立方碳化矽)。α-SiC由於其晶體結構中碳和矽原子的堆垛序列不同而構成許多不同變體,已發現70餘種。β-SiC於2100℃以上時轉變為α-SiC。
製作方法
碳化矽的工業製法是用優質石英砂和石油焦在電阻爐內煉製。煉得的碳化矽塊,經破碎、酸鹼洗、磁選和篩分或水選而製成各種粒度的產品。
用途
碳化矽有黑碳化矽和綠碳化矽兩個常用的基本品種,都屬α-SiC。①黑碳化矽含SiC約98.5%,其韌性高於綠碳化矽,大多用於加工抗張強度低的材料,如玻璃、陶瓷、石材、耐火材料、鑄鐵和有色金屬等。②綠碳化矽含SiC99%以上,自銳性好,大多用於加工硬質合金、鈦合金和光學玻璃,也用於珩磨汽缸套和精磨高速鋼刀具。此外還有立方碳化矽,它是以特殊工藝製取的黃綠色晶體,用以製作的磨具適於軸承的超精加工,可使表面粗糙度從Ra32~0.16微米一次加工到Ra0.04~0.02微米。碳化矽由於化學性能穩定、導熱係數高、熱膨脹係數小、耐磨性能好,除作磨料用外,還有很多其他用途,例如:以特殊工藝把碳化矽粉末塗布於水輪機葉輪或汽缸體的內壁,可提高其耐磨性而延長使用壽命1~2倍;用以製成的高級耐火材料,耐熱震、體積小、重量輕而強度高,節能效果好。低品級碳化矽(含SiC約85%)是極好的脫氧劑,用它可加快煉鋼速度,並便於控制化學成分,提高鋼的質量。此外,碳化矽還大量用於製作電熱元件矽碳棒。
實際用途
1、作為磨料,可用來做磨具,如砂輪、油石、磨頭、砂瓦類等。
2、作為冶金脫氧劑和耐高溫材料。碳化矽主要有四大套用領域,即:功能陶瓷、高級耐火材料、磨料及冶金原料。目前碳化矽粗料已能大量供應,不能算高新技術產品,而技術含量極高的納米級碳化矽粉體的套用短時間不可能形成規模經濟。
3、高純度的單晶,可用於製造半導體、製造碳化矽纖維。主要用途:用於3—12英寸單晶矽、多晶矽、砷化鉀、石英晶體等線切割。太陽能光伏產業、半導體產業、壓電晶體產業工程性加工材料。
磨料磨具主要用於製作砂輪、砂紙、砂帶、油石、磨塊、磨頭、研磨膏及光伏產品中單晶矽、多晶矽和電子行業的壓電晶體等方面的研磨、拋光等。
化工
可用做煉鋼的脫氧劑和鑄鐵組織的改良劑,可用做製造四氯化矽的原料,是矽樹脂工業的主要原料。碳化矽脫氧劑是一種新型的強複合脫氧劑,取代了傳統的矽粉碳粉進行脫氧,和原工藝相比各項理化性能更加穩定,脫氧效果好,使脫氧時間縮短,節約能源,提高煉鋼效率,提高鋼的質量,降低原輔材料消耗,減少環境污染,改善勞動條件,提高電爐的綜合經濟效益都具有重要價值。耐性材料
利用碳化矽具有耐腐蝕、耐高溫、強度大、導熱性能良好、抗衝擊等特性,碳化矽一方面可用於各種冶煉爐襯、高溫爐窯構件、碳化矽板、襯板、支撐件、匣缽、碳化矽坩堝等。另一方面可用於有色金屬冶煉工業的高溫間接加熱材料,如豎罐蒸餾爐、精餾爐塔盤、鋁電解槽、銅熔化爐內襯、鋅粉爐用弧型板、熱電偶保護管等;用於製作耐磨、耐蝕、耐高溫等高級碳化矽陶瓷材料;還可以製做火箭噴管、燃氣輪機葉片等。此外,碳化矽也是高速公路、航空飛機跑道太陽能熱水器等的理想材料之一。有色金屬
利用碳化矽具有耐高溫,強度大,導熱性能良好,抗衝擊,作高溫間接加熱材料,如堅罐蒸餾爐,精餾爐塔盤,鋁電解槽,銅熔化爐內襯,鋅粉爐用弧型板,熱電偶保護管等.鋼鐵
利用碳化矽的耐腐蝕,抗熱衝擊耐磨損,導熱好的特點,用於大型高爐內襯提高了使用壽命.冶金選礦
碳化矽硬度僅次於金剛石,具有較強的耐磨性能,是耐磨管道,葉輪.泵室.鏇流器,礦斗內襯的理想材料,其耐磨性能是鑄鐵.橡膠使用壽命的5--20倍&def也是航空飛行跑道的理想材料之一。工業
利用其導熱係數.熱輻射,高熱強度大的特性,製造薄板窯具,不僅能減少窯具容量,還提高了窯爐的裝容量和產品質量,縮短了生產周期,是陶瓷釉面烘烤燒結理想的間接材料.節能
利用良好的導熱和熱穩定性,作熱交換器,燃耗減少20%,節約燃料35%,使生產率提高20-30%,特別是礦山選廠用排放輸送管道的內放,其耐磨程度是普通耐磨材料的6--7倍.②磨料粒度及其組成按GB/T2477--83。磨料粒度組成測定方法按GB/T2481--83。珠寶
合成碳化矽(SyntheticMoissanite)又名合成莫桑石、合成碳矽石(化學成分SiC),色散0.104比鑽石(0.044)大,折射率2.65-2.69(鑽石2.42),具有與鑽石相同的金剛光澤,“火彩”更強,比以往任何仿製品更接近鑽石。這是由美國北卡羅來那州的C3公司製造生產的,已擁有世界各國生產合成碳化矽的專利,正在向全世界推廣套用。噴砂除銹:奧凱噴砂磨料公司,奧凱無塵金剛砂的產品用途:本品採用棕剛玉微粉經高強壓力擠壓.高溫燒結成型.硬度適中.乾淨清潔.不易破碎.可反覆多次使用.噴砂效果好。1、鋼鐵.鋼管.鋼結構不鏽鋼製品的表面亞光處理.噴塗前噴砂除銹處理。
2、用於各種模具的清理。
3、可清除各類機件拉應力,增加疲勞壽命。
4、半導體器件、塑封對管上錫前的清理去除邊刺。
5、醫療器械、紡織機械及各類五金製品的噴丸強化光飾加工。
6、各種金屬管、有色金屬精密鑄件的清理及去除毛刺殘渣。
高鋁噴丸(剛玉球)的產品特性:
1、軟硬兼備—採用優質材料生產而成,即有一定的機械強度,AL2O3含量大於等於68﹪,硬度可達6-7莫氏,又有足夠的彈性,可反覆使用數次,不易破碎,所噴器件效果相同,比普通金剛砂的使用壽命長3倍以上。
2、均勻度好—成圓率大於等於80﹪,粒度均勻,噴後使噴砂器件各處亮度係數保持均勻,不易留下水印。奧凱磨料。
形成原因
形成於地幔的高溫高壓條件,隨岩漿噴出地表,如泰國、澳大利亞、中國山東、美國等國家。
剛玉形成於接觸變質作用,如緬甸、克什米爾、中國安徽等地。
世界上的紅藍寶石主要來自砂礦。是由各種原生紅寶石、藍寶石經風化作用富集而成,分布廣,易開採、分選。