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1、辽宁石油化工大学继续教育学院论文1 毕业设计（论文）（说明书）题目： 碳化硅微粉的应用与生产姓名： 刘真穆专业： 石油化工生产技术年级： 2011届学校： 辽宁石油化工大学继续教育学院大连函授站2011年月日辽宁石油化工大学继续教育学院论文2 辽宁石油化工大学继续教育学院毕业设计（论文）任务书姓名：刘真穆专业：石油化工生产技术班级： 2009 届任务下达日期： 2011年月日论文开始日期： 2011年月日论文完成日期： 2011年月日论文题目：碳化硅微粉的应用与生产指导老师：系（部）主任：2011年月日辽宁石油化工大学继续教育学院论文3 碳化硅微粉的应用与生产引言：碳化硅的分子式为SiC。最早
2、是由美国人艾奇逊在1891 年电熔金刚石实验时，在实验室偶然发现的一种碳化物，当时误认为是金刚石的混合体，故取名金刚砂，1893 年艾奇逊研究出来了工业冶炼碳化硅的方法，也就是大家常说的艾奇逊炉，一直沿用至今， 以碳质材料为炉芯体的电阻炉，通电加热石英 SiO2和碳的混合物生成碳化硅。碳化硅不象其它矿物质那样有其自身矿藏，它也不会在自然界中自然出现，而需要用精炼炉的冶炼技术控制工艺来实现。早期碳化硅仅是用於研磨和切割用的材料。上一个世纪碳化硅的发展极其缓慢而艰难。以下是碳化硅在发展过程中的几大事件：1.1905年 第一次在陨石中发现碳化硅。2.1907年 第一只碳化硅发光二极管诞生。3.195
3、5年 理论和技术上重大突破， LELY 提出生长高品质碳化概念从此将SiC作为重要的电子材料。4.1958年 在波士顿召开第一次世界碳化硅会议进行学术交流。5.1978 年 六、七十年代碳化硅主要由前苏联进行研究。到1978 年首次采用“LELY 改进技术”的晶粒提纯生长方法6.1987 年至今以 CREE 的研究成果建立碳化硅生产线，供应商开始提供商品化的碳化硅晶片。关键词：碳化硅碳化硅微粉应用工艺一、碳化硅的性质、种类和应用1碳化硅的性质和种类碳化硅的化学性能稳定、导热系数高、热膨胀系数小、耐磨性能好，其硬度介于刚玉和金刚石之间，机械强度高于刚玉，可作为磨料和其他某些工业材料使用。碳化硅是
4、最早的人造磨料。在陨石和地壳中虽有少量碳化硅存在，但迄今尚未找到可供开采的矿源。纯碳化硅是无色透明的晶体。工业碳化硅因所含杂质的种类和含量不同，而呈浅黄、绿、蓝乃至黑色，透明度随其纯度不同而异。碳化硅晶体结构分为六方或菱面体的-SiC 和立方体的 -SiC(称立方碳化硅 )。 -SiC 由于其晶体辽宁石油化工大学继续教育学院论文4 结构中碳和硅原子的堆垛序列不同而构成许多不同变体，已发现70 余种。 -SiC于 2100以上时转变为 -SiC。碳化硅有黑碳化硅和绿碳化硅两个常用品种，分别用C 和 GC 表示。它们都属-SiC。黑碳化硅含SiC 约 98.5，其韧性高于绿碳化硅，大多用于加工抗张
5、强度低的材料，如玻璃、陶瓷、石材、耐火材料、铸铁和有色金属等。绿碳化硅含SiC99以上，自锐性好，大多用于加工硬质合金、钛合金和光学玻璃，也用于研磨汽缸套和精磨高速钢刀具。此外还有立方碳化硅，它是以特殊工艺制取的黄绿色晶体，用以制作的磨具适于轴承的超精加工，可使表面粗糙度从Ra320.16 微米一次加工到 Ra0.040.02 微米。2碳化硅的应用由于碳化硅材料具有高硬度、高强度、低膨胀、耐高温、耐磨损、耐腐蚀等一系列优良特性，其在航天、航空、汽车、舰船、核能、电子、冶金、化工、机械等诸多领域的应用越来越广泛，需求也越来越多。有色金属冶炼工业的应用利用碳化硅具有耐高温, 强度大 , 导热性能良
6、好 , 抗冲击 , 作高温间接加热材料 ,如坚罐蒸馏炉 ?精馏炉塔盘 , 铝电解槽 , 铜熔化炉内衬 , 锌粉炉用弧型板 , 热电偶保护管等。钢铁行业方面的应用利用碳化硅的耐腐蚀 ?抗热冲击耐磨损 ?导热好的特点 , 用于大型高炉内衬提高了使用寿命。冶金选矿行业的应用碳化硅硬度仅次于金刚石, 具有较强的耐磨性能 , 是耐磨管道 ?叶轮?泵室?旋流器, 矿斗内衬的理想材料 , 其耐磨性能是铸铁 . 橡胶使用寿命的 520倍, 也是航空飞行跑道的理想材料之一 ?建材陶瓷 , 砂轮工业方面的应用利用其导热系数 ?热辐射 , 高热强度大的特性, 制造薄板窑具 , 不仅能减少窑具容量, 还提高了窑炉的装
7、容量和产品质量, 缩短了生产周期 , 是陶瓷釉面烘烤烧结理想的间接材料 ?节能方面的应用利用良好的导热和热稳定性, 作热交换器 , 燃耗减少 20%,节约燃料 35%,使生产率提高 20-30% ?特别是矿山选厂用排放输送管道的内放, 其耐磨程度是普通耐磨材料的 67 倍?半导体材料方面的应用辽宁石油化工大学继续教育学院论文5 由于碳化硅材料具有宽能级、高击穿电场、高热传导率以及高饱和电子迁移速度等独特、优良的物理和电子特性，使其成为半导体领域的最佳材料。如：蓝色发光二极管、紫外线探测器、高压二级管、大功率微波器、以及各种耐高温的高频器件等。本文的生产与工艺均为大连信东高技术材料有限公司的生产
8、工艺应用二、碳化硅微粉的干式制法1碳化硅的制法现代碳化硅的工业制法是用优质石英砂、石油焦和硅石在电阻炉内炼制。炼得的碳化硅块，经破碎、酸碱洗、磁选和筛分或水选而制成各种粒度的产品。黑碳化硅和绿碳化硅的炼制方法略有不同。其中黑碳化硅的制法是： 以石英砂、石油焦和优质硅石为主要原料，通过电阻炉高温冶炼而成。性脆而锋利。绿碳化硅的制法是以石油焦优质硅石为主要原料以食盐做添加剂通过电阻炉高温冶炼而成。2碳化硅微粉的制法：制备碳化硅微粉的方法有很多，如：机械粉碎法、 激光合成法、 等离子合成法、CVD 法、 、溶胶凝胶法、高温裂解法等。在各种方法中机械粉碎法因其工艺简单、投资小、成本低、产量大，目前仍是
9、制备碳化硅微粉的主要方法。3碳化硅微粉的粉碎设备目前国内对于碳化硅微粉粉碎的设备种类很多。如：搅拌磨机、振动磨机、辊式磨粉机、气流磨粉机及球磨机等等。传统的球磨机应用较早，设备稳定性好，但效率低，能耗大，且不容易得到很细的微粉，加工的微粉粒径分布范围较宽，增加了分级难度。振动磨机粉碎效果还可以，但其能耗较高，工作时噪音大，细磨碳化硅等硬质材料时设备磨损严重。气流磨生产效率较高，生产能力较小，工艺简单，但难以生产5m以下的微粉，喷嘴极易磨损，设备投资大。而辊式磨机具有处理量大，工作可调，产品粒度便于调节，等优点被作为国内外碳化硅微粉加工的首选设备。而其中最具代表性的就是雷蒙磨。 它也是本文中碳化
10、硅微粉粉碎的使用设备。4. 用雷蒙磨加工碳化硅微粉的方法（见图一）雷蒙磨又叫悬辊式磨机。原料由机体侧面通过振动给料机（H）自动给入机内，辊子由轴悬挂在梅花架上，梅花架在传动装置（J）的带动下绕机体中心轴线高速旋转，与辊子平行的磨环是固定不动的，由于高速公转产生的离心力辊子向磨环压紧并在其上滚动，经过磨辊与磨环之间的物料受到辗压和冲击破碎后落入磨仓（A）底部，粗颗粒由磨仓底部的铲刀铲起并扬到辊子与磨环之间磨碎，外部风机（E1）辽宁石油化工大学继续教育学院论文6 鼓动气流从磨环下部以切线方向吹入，把粉碎后的细颗粒吹起，经过辊子和主轴间隙区经风力分级机（ B）初分后合格品经旋风收集罐（D）收集，大于
11、分级机设定参数粒度的微粉又落回磨中继续粉碎。由于雷蒙磨在粉碎过程中也产生较多的超细微粉，而雷蒙磨本身的分级机只能分离出超过设定标准的颗粒，小于设定标准的颗粒也同样被旋风收集罐收集。造成粉碎出的产品粒度分布较宽，细料较多的问题。为了解决这一问题我们在原雷蒙磨粉碎、分级系统的末端添加一台气流分级机（C） ，通过调整分级机的转速和引风机（E2）风力的大小，把雷蒙加工后的微粉进行二次分级。使大部分细料被引风机吸至降尘室（ G） ，用布袋回收。这种工艺的改进使得加工后的微粉粒度分布更窄，提高了颗粒的均匀性和再加工的有效性。（本文粉碎生产设备：日本石井22G型 3 辊式雷蒙磨）（附图一）：雷蒙磨粉碎、分级
12、设备工艺流程简图（图一）图例： A：雷蒙磨机仓B：雷蒙磨分级机C：叶轮式气流分级机D：旋风罐E1、 E2：轴流风机（鼓风机、引风机）F：轴流风机（抽尘风机）G：降尘室H：振动给料机I：雷蒙磨动力电机J：传动装置：卸料机：取样点取样点 2 原料给入G JJI A D H C 取样点1 E2 E1 B F G 辽宁石油化工大学继续教育学院论文7 5粉碎、分级样品的粒度分析为了验证二次分级产品的效果，我们在旋风罐出料口和气流分级机出料口分别设置一个取样点。 对所取的样品用 Multisizet 3 型粒度分析仪进行粒度检测。 粒度的表示方法多用： dv0%，dv3%，dv50%和 dv94%来表示。
13、其中 dv0%表示粒度分布段中最大颗粒的粒度； dv50%表示粒度分布段中累积体积50%颗粒的粒度也叫中值，中值也做为粒度检测中的重要依据；dv94%表示粒度分布段中累积体积94%颗粒的粒度，也可做为最细颗粒来分析。本文粒度分析检测设备：（美国 Multisizer 3 型粒度分析仪） ；粒度检测方法为电阻法（附图二）：雷蒙磨粉碎样品和二次分级样品粒度分析图1雷蒙磨样品粒度分析图2二次分级后样品粒度分析图辽宁石油化工大学继续教育学院论文8 本文粒度检测方法依据日本工业标准：JIS R6002 粒径 (um)测定方法（附表 1）雷蒙磨样品和二次分级样品累积体积比的粒度分布数据：从两份样品的粒度分
14、布上来看，雷蒙磨样品和二次分级后样品的累积体积比各部分数据都有明显的变化。 雷蒙磨样品的 dv0%和 dv3%值经二次分级后降低了； 雷蒙磨样品的 dv50%值 （也叫中值） 和 dv94%值提高了，总体样品的粒度分布变窄了。经过二次分级样品粒度的正态分布要好于雷蒙磨样品粒度的正态分布。由此可见在雷蒙磨磨粉系统中添加气流分级机可以使碳化硅微粉的粒度分布更窄，取得粒度正态分布更好的微粉。三碳化硅微粉的水力分级制法随着碳化硅微粉在各行业、各领域的广泛应用，以及各项高、精、尖端科学技术的迅速发展。市场上对于碳化硅微粉的品质和纯度提出了更高的要求，以往的加工方法加工出的低端产品早已不能适应市场的需求。
15、这就要求我们改变观念，勇于创新，研发出高品质、高纯度的，能在激烈的市场竞争中独具特色的高端产品。而现在国内多数厂家也看到了这种市场趋势，纷纷开始了新工艺、新产品的研发。我国的碳化硅产业也正由最初的原料粗加工逐步细化，生产出了更多的高品质碳化硅微粉和超细微粉。目前国内对于碳化硅微粉的提纯、分级加工的方法，主要是以日本技术为主导的水力精分选工艺方式又叫水溢流分选方式，行业中普遍叫水力分级。本文所提出的水力精分选工艺方法是大连信东高技术材料有限公司于 年，学习日本Shineno 电气制炼株式会社的最新水力精分选生产工艺流程。本工艺流程在公司的生产中取得了很好的碳化硅微粉精分选应用效果，生产出的碳化硅
16、微粉纯度高，粒度分布窄，品质稳定。并得到了客户的一致肯定与好评，凭借这一技术使该公司的dv0% dv3% dv50% dv94% 雷蒙磨样品22.32 18.56 9.129 3.389 二次分级后样品21.04 18.01 9.366 4.048 dv% Sample 辽宁石油化工大学继续教育学院论文9 产品品质一直处于国内领先水平。下表为大连信东高技术材料有限公司的水力分级生产工艺流程。（附图三）碳化硅微粉的水力分级生产工艺流程图例： 1. 物料流程2.产品流程3.副品流程（图三）原料粉碎雷 蒙 磨气流分级SiC 料浆化酸 洗 除 杂酸 压 机 脱 酸调整槽除 细112粗槽118 粗槽11球 磨 机除细分 级20F D12 D20 D15 D10 D8 压滤机压滤机压滤机脱机脱机烘 干烘 干烘干烘干烘干筛松筛松筛 松筛 松筛松成品成品成品成品成品分 级除细压滤机烘干筛松副品辽宁石油化工大学继续教育学院论文10 由于碳化硅在冶炼和粉碎过程中不可避免的混入了各种杂质，而这些杂质在碳化硅微粉的使用过程中，对其所加工
