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制造金剛砂(碳化硅)的配料及反應(yīng)過程
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制造金剛砂(碳化硅)的配料及反應(yīng)過程
金剛砂是電熔二氧化硅和碳質(zhì)物料(主要是石英砂和焦炭)的產(chǎn)物。純金剛砂相當(dāng)于SiC的公式(Si70.4%，C29.6%)。工業(yè)金剛砂還含有碳化鐵(假設(shè)為FeC2)和各種氧化物等雜質(zhì)。
金剛砂的形成過程如下述方程式所示：
SiO2+2C→2CO+Si(氣體形態(tài)的硅) Si+C→SiC SiO2+3C→SiC+2CO
除了這個(gè)基本反應(yīng)之外，還可能同時(shí)形成硅碳的氧化物SimCnO(通常稱為“硅洛克西康”)。
金剛砂形成的反應(yīng)在超過1600℃不多的溫度即開始，到達(dá)約2000℃左右的溫度才終止。根據(jù)里德茹艾的意見，形成最大金剛砂結(jié)晶的段帶的溫度不超過2000℃。
原料用純石英或石英砂，其SiO2含量由97%至99.55%不等。美國金剛砂公司采用的石英砂，所含Al2O3+Fe2O3僅約0.3%。碳質(zhì)物料一般采用經(jīng)過粉碎的焦炭或無煙煤，C含量不低于90%。更好的原料為石油焦炭，僅含0.5~2%的灰分。
配料時(shí)加進(jìn)鋸木屑和食鹽。加進(jìn)鋸木屑是為了增加料體的氣孔率，使揮發(fā)物較易逸出;食鹽與二氧化硅形成硅酸鈉和氯氣(2NaCl+SiO2+1/2O2→Na2SiO3+Cl2)。后者與鐵和鋁所形成的化合物(即揮發(fā)性氯化物)由反應(yīng)介質(zhì)里逸出，并在爐子里較冷的部位沉淀出來。
配料成分為53%的石英，38%焦炭，1.5%鹽和7.5%鋸木屑。
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