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碳化硅制品制备使用艾奇逊法

来源:http://www.yxnaihuo.cn    发布时间:2019-03-28

碳化硅通称金刚砂,是十分经济的耐火材料。一个多世纪以前这种碳化物被发现,然后应用成为重要的电子材料。它的硬度很大,具有优良的导热性能,是一种半导体。高温时碳化硅还具有抗氧化的性能。因而碳化硅制品的用途非常广泛。接下来我们来来说一说碳化硅的制备方法。

由于自然界中的莫桑石非常罕有,所以碳化硅多为人造。它被用于磨料、半导体材料和具有钻石特点的仿制品。常见的方法是利用艾奇逊法将细的二氧化硅颗粒与焦炭混合,置入石墨为电极的电炉中,加热到1600至2500°C之间的高温制得。另一种方法是将纯净的二氧化硅颗粒在植物性材料(比如谷壳)中加热合成碳化硅,通过热分解有机质材料生成的碳还原二氧化硅产生硅单质,随后多余的碳与单质硅反应产生碳化硅。此外,还可以利用生产金属硅化物和硅铁合金的副产物硅灰与石墨混合在1500°C的条件下加热合成碳化硅。

碳化硅制品

用艾奇逊法在电炉中合成的碳化硅因距离石墨电阻加热源远近的不同在纯度上有一定的差别。靠近电阻加热源的地方产生的无色、淡黄色或绿色的碳化硅晶体纯度高。随着离电阻加热源的距离越来越远生成的碳化硅颜色变为蓝色和黑色,这些深色晶体的纯度相对降低。氮和铝是碳化硅中常见的杂质,它们会影响碳化硅的电导率。

纯的碳化硅是用Lely法制造的。通过将碳化硅粉末在2500°C的氩气氛下升华后再沉积形成鳞片状的单晶,在较冷的基底上可形成尺寸大到2×2cm2的单晶。Lely法能生长出高质量的碳化硅单晶。因为单晶的生长温度高,所以得到的单晶大多数是6H-SiC相的。在石墨坩埚中进行感应加热则是另一种改进后的Lely法,它可以制造的碳化硅单晶尺寸是传统方法的81倍。立方体状的碳化硅一般是借助成本较为昂贵的化学气相沉积法来合成的。通过气相和液相合成的方法可以制造同质外延和异质的碳化硅薄层。纯的碳化硅也能利用某些聚合物比如聚甲基硅烷在低温的惰性气氛中热分解来合成。相较于化学气相沉积法,热分解法的优势在于聚合物能在热裂解形成陶瓷状碳化硅之前塑造成各种不同的形状。

以上就是碳化硅制备的方法和流程。碳化硅的天然含量很少,因此我们使用的碳化硅制品都是人造的。通常使用石英砂和焦炭,利用其中的二氧化硅和石油焦,在电路中加入氯化钠和木屑,加热至两千度左右,再加工成碳化硅微粉。

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