Sammendrag av produksjonsprosessen for silisiumkarbid (SiC).

Silisiumkarbidslipemidler produseres vanligvis med kvarts og petroleumskoks som primære råvarer. I det forberedende stadiet gjennomgår disse materialene mekanisk prosessering for å oppnå ønsket partikkelstørrelse før de blir kjemisk proporsjonert inn i ovnladningen.For å regulere permeabiliteten til ovnladningen tilsettes en passende mengde sagflis under blandingen. For produksjon av grønt silisiumkarbid er det også inkorporert en viss mengde salt i ovnsladningen.

Ovnladningen blir lastet inn i en batch-type motstandsovn, som har endevegger i begge ender med grafittelektroder plassert nær midten. Ovnskjernekroppen forbinder de to elektrodene, omgitt av reaktive ovnladningsmaterialer, mens isolasjonsmaterialer omslutter den ytre omkretsen. Under drift varmer elektrisk kraft opp ovnskjernen til temperaturer mellom 2600-2700°C. Varmeoverføringer fra kjerneoverflaten til ladningsmaterialene, som ved overskridelse av 1450°C gjennomgår kjemiske reaksjoner for å danne silisiumkarbid mens de frigjør karbonmonoksid.

Ettersom prosessen fortsetter, utvider høytemperatursonen seg, og danner gradvis flere silisiumkarbidkrystaller. Disse krystallene fordamper, migrerer og vokser i ovnen, og til slutt smelter sammen til en sylindrisk krystallisert masse. De indre veggene i denne massen opplever temperaturer som overstiger 2600 °C, noe som forårsaker nedbrytning som frigjør silisium, som deretter rekombinerer med karbon for å danne nytt silisiumkarbid.

Den elektriske kraftfordelingen varierer over tre driftsfaser:

1.Initial fase: Brukes primært til oppvarming av ovnsladning

2.Mellomfase: Økt andel for silisiumkarbiddannelse

3.Sluttfase: Dominert av termiske tap

Optimale strøm-tid-forhold er utviklet for å maksimere termisk effektivitet, med typiske driftsvarigheter rundt 24 timer for storskala ovner for å lette arbeidsflytkoordinering.

Under drift oppstår sekundære reaksjoner som involverer forskjellige urenheter og salter, noe som forårsaker materialfortrengning og volumreduksjon. Det produserte karbonmonoksidet slipper ut som atmosfærisk forurensning. Etter strømstans vedvarer gjenværende reaksjoner i 3-4 timer på grunn av termisk treghet, men med betydelig redusert intensitet. Etter hvert som overflatetemperaturen synker, blir ufullstendig forbrenning av karbonmonoksid mer uttalt, noe som krever fortsatt arbeidssikkerhetstiltak.

Etterovnsmaterialene fra ytre til indre lag består av følgende komponenter:

(1) ‌Ureagert ladningsmateriale‌

Deler av ladningen som ikke når reaksjonstemperaturen under smelting forblir inerte, og tjener utelukkende som isolasjon. Denne sonen kalles isolasjonsbåndet. Sammensetningen og bruksmetodene skiller seg vesentlig fra reaksjonssonen. Visse prosesser involverer lasting av fersk ladning i spesifikke isolasjonsbåndområder under ovnslasting, som hentes etter smelting og blandes inn i reaksjonsladning som kalsinert materiale. Alternativt kan ureagert isolasjonsbåndmateriale gjennomgå regenereringsbehandling ved å tilsette koks og sagflis for gjenbruk som oppbrukt ladning.

(2) ‌Oksidert silisiumkarbidlag‌

Dette semi-reagerte laget inneholder primært ureagert karbon og silika (20-50 % allerede omdannet til SiC). Den endrede morfologien til disse komponentene skiller dem fra utmattet ladning. Silika-karbonblandingen danner amorfe grå-gule aggregater med løs kohesjon, og pulveriseres lett under trykk - i motsetning til oppbrukt ladning hvor silika beholder den opprinnelige granulariteten.

(3) ‌Bindingslag‌

En kompakt overgangssone mellom det oksiderte laget og den amorfe sonen, som inneholder 5-10 % metalloksider (Fe, Al, Ca, Mg). Fasesammensetningen inkluderer ureagert silika/karbon (40-60 % SiC) og silikatforbindelser. Differensiering fra tilstøtende lag blir utfordrende med mindre urenheter er rikelig, spesielt i svarte SiC-ovner.

(4) ‌Amorf sone‌

Dominerende kubisk β-SiC (70-90 % SiC) med gjenværende karbon/silika (2-5 % metalloksider). Det sprø materialet smuldrer lett til pulver. Svarte SiC-ovner gir svarte amorfe soner, mens grønne SiC-ovner produserer gulgrønne varianter - noen ganger med fargegradienter. Grove silikapartikler eller lavkarbonkoks kan skape porøse strukturer.

(5) ‌SiC av sekundær kvalitet‌

Består av α-SiC-krystaller (90-95 % renhet) som er for skjøre for bruk med slipemidler. Forskjellig fra amorf β-SiC (pulveraktig, matt), viser sekundærklasse sekskantede krystallgitter med speillignende glans. Inndelingen mellom sekundære og primære karakterer er rent funksjonell, selv om førstnevnte kan beholde porøse strukturer.

(6) ‌SiC-krystaller av primær kvalitet‌

Ovns hovedprodukt: massive α-SiC-krystaller (>96 % renhet, 50-450 mm tykke). Disse tettpakkede blokkene ser svarte eller grønne ut, med tykkelse som varierer etter ovnskraft og plassering.

(7) ‌Grafittovnskjerne‌

Ved siden av den krystallinske sylinderen danner nedbrutt SiC grafittkopier av originale krystallstrukturer. Den indre kjernen består av forhåndslastet grafitt med forbedret grafitisering etter termisk syklus. Begge grafitttypene resirkuleres som kjernemateriale for påfølgende ovnspartier.