Phân tích các loại và kích cỡ của cacbua silic

Cacbua silic (SiC)được phân loại chủ yếu dựa trên độ tinh khiết hóa học và cấu trúc tinh thể của nó. Các loại khác nhau thể hiện sự khác biệt đáng kể về hiệu suất và các tình huống ứng dụng phù hợp:

Lý do cốt lõi cho sự khác biệt về loại:

 Ảnh hưởng của nguyên liệu thô và quy trình:SiC-có độ tinh khiết cao sử dụng cát silic có độ tinh khiết-cao (99,9% trở lên) và than cốc dầu mỏ-chất lượng cao, được nấu chảy ở nhiệt độ 2300-2500 độ trong 8-12 giờ, dẫn đến sự phát triển tinh thể vừa đủ và cặn tạp chất ở mức tối thiểu. SiC cấp công nghiệp thông thường sử dụng cát silic thông thường và than cốc, được nung ở nhiệt độ 2000-2200 độ trong 4 - 6 giờ, dẫn đến hàm lượng tạp chất cao hơn.

 Thúc đẩy nhu cầu ứng dụng:Các ứng dụng điện tử và sản xuất thép cao cấp có những yêu cầu nghiêm ngặt về độ tinh khiết của vật liệu, thúc đẩy sự phát triển của SiC có độ tinh khiết cao. Ngược lại, các ứng dụng vật liệu đúc và vật liệu chịu lửa ưu tiên kiểm soát chi phí, trong đó SiC có độ tinh khiết thông thường hoặc{3}}thấp là đủ.

Phân loại kích thước hạt và sự tương ứng với thông số kỹ thuật (Tiêu chuẩn chung của ngành{0}})
Kích thước hợp kim cacbon silic dựa trên "lưới", với sự chuyển đổi sang milimét (mm) sau đây và các trường hợp ứng dụng tương ứng:

Nguyên nhân của sự đa dạng về kích thước

Yêu cầu về động học phản ứng:

Cacbua silic-hạt nhỏ có diện tích bề mặt riêng lớn (ví dụ: lưới 200 có diện tích bề mặt riêng gấp 10 lần diện tích bề mặt riêng của lưới 10), cho phép tiếp xúc kỹ lưỡng hơn với thép/sắt nóng chảy, dẫn đến tốc độ hòa tan nhanh hơn, phù hợp với các kịch bản "khử oxy nhanh, thời gian nấu chảy ngắn" (chẳng hạn như các giai đoạn sau của quá trình sản xuất thép bằng lò hồ quang điện); cacbua silic-hạt lớn hòa tan chậm, cho phép giải phóng các thành phần liên tục, phù hợp với các kịch bản "phản ứng ổn định lâu dài" (chẳng hạn như nấu chảy bằng lò cupola).

Khả năng tương thích của thiết bị và quy trình:

Lò nung cảm ứng nhỏ có không gian lò hạn chế và khả năng khuấy trộn yếu. Việc sử dụng cacbua silic hạt lớn 10-20 lưới-có thể dễ dàng dẫn đến lắng đọng và hòa tan không hoàn toàn; do đó, cần có các hạt nhỏ hơn (60 lưới hoặc cao hơn). Các bộ chuyển đổi lớn và lò nung vòm, với khối lượng thép nóng chảy lớn hơn và khuấy trộn kỹ hơn, có thể chứa cacbua silic hạt lớn hơn và quá trình bổ sung thuận tiện hơn.

 Nhận dạng loại (Độ chính xác từ Cao đến Thấp)

Phân tích thành phần hóa học:

Quang phổ ICP được sử dụng để phát hiện hàm lượng Si, C và tạp chất. Si Lớn hơn hoặc bằng 98% cho biết độ tinh khiết cao, 75%-97% cho biết loại thông thường và < 75% cho biết độ tinh khiết thấp.

Phân tích cấu trúc tinh thể:

Nhiễu xạ tia X- (XRD) được sử dụng. Rõ ràng các đỉnh đặc tính -SiC biểu thị độ tinh khiết cao hoặc loại thông thường, trong khi tỷ lệ cao các đỉnh đặc tính SiC -cho thấy độ tinh khiết thấp.

Phán quyết dựa trên ngoại hình-:

Cacbua silic có độ tinh khiết cao-có màu đen hoặc xanh đậm với độ bóng đồng đều và không có đốm màu; loại thông thường có màu xám và có độ bóng mờ hơn; độ tinh khiết thấp-chủ yếu có màu nâu xám- và có thể nhìn thấy các hạt tạp chất.

 Xác định kích thước (Các phương pháp công nghiệp thường được sử dụng)

Phân tích sàng tiêu chuẩn:

Sử dụng sàng tiêu chuẩn GB/T 6003.1-2012, các mẫu cacbua silic được sàng và cặn ở các lớp sàng khác nhau được cân để xác định phân bố kích thước hạt (ví dụ: "80-100 lưới" nghĩa là các hạt đi qua sàng 80 lưới nhưng vẫn nằm trên sàng 100 lưới). Phương pháp này vận hành đơn giản, chi phí thấp và phù hợp với môi trường sản xuất công nghiệp.

Phân tích kích thước laser:

Sử dụng máy phân tích kích thước hạt bằng laser, phương pháp này tận dụng hiệu ứng tán xạ của ánh sáng laser lên các hạt để nhanh chóng thu được đường cong phân bố kích thước hạt. Nó mang lại độ chính xác đo lường cao (sai số nhỏ hơn hoặc bằng 2%) và phù hợp cho các ứng dụng-cao cấp có yêu cầu nghiêm ngặt về kích thước hạt (chẳng hạn như vật liệu điện tử và vật đúc chính xác).

Logic lựa chọn cốt lõi

 Lựa chọn dựa trên "Yêu cầu về độ tinh khiết":Cacbua silic có độ tinh khiết cao- dành cho các ứng dụng điện tử và thép-cao cấp; cấp công nghiệp-cho luyện kim nói chung và đúc; độ tinh khiết thấp đối với các ứng dụng nhạy cảm về chi phí.

 Lựa chọn dựa trên "Tốc độ phản ứng":Kích thước nhỏ (60 lưới hoặc lớn hơn) để nấu chảy trong thời gian ngắn và khử oxy nhanh; kích thước hạt lớn (dưới 20 lưới) cho phản ứng nấu chảy lâu dài và ổn định.

 Khả năng tương thích dựa trên "Loại thiết bị":Kích thước nhỏ cho lò nhỏ; kích thước lớn cho các lò lớn, để tránh sự hòa tan không hoàn toàn hoặc sự bất tiện trong vận hành.

Những điểm thực tiễn chính

 Kiểm soát liều lượng:Để sản xuất thép cacbua silic có độ tinh khiết cao-, liều lượng là 0,3%-0,5% khối lượng thép nóng chảy; đối với việc tiêm chủng loại thông thường, liều lượng là 0,5% -1,0%. Liều lượng quá mức có thể dễ dàng dẫn đến hàm lượng carbon tăng lên trong thép nóng chảy và các vết nứt trên vật đúc.

 Thời điểm bổ sung:Đối với sản xuất thép bằng lò hồ quang điện, hãy thêm cacbua silic vào giai đoạn nấu chảy điện tích sau này; để cấy vào xưởng đúc, thêm cacbua silic 1-2 phút trước khi gõ nhẹ vào sắt nóng chảy để đảm bảo đủ phản ứng.

 Kỹ thuật ứng dụng kết hợp:Khi kết hợp vớiferrosiliconvà nhôm để khử oxy, trước tiên hãy thêm fesi cho quá trình-khử oxy trước (loại bỏ hơn 80% lượng oxy), sau đó thêm SiC để khử oxy sâu hơn và bổ sung silicon, cuối cùng thêm nhôm để khử oxy lần cuối nhằm cải thiện hiệu quả khử oxy và tốc độ hấp thụ silicon.

Chuẩn bị chất nền bán dẫn:

Cacbua silic có độ tinh khiết cao 99,99%, 120-200 lưới được chọn để đảm bảo không có tạp chất ảnh hưởng đến hiệu suất điện;

Vật đúc chính xác có thành mỏng (ví dụ: đầu xi lanh động cơ ô tô):

Cacbua silic loại thông thường 60-120 lưới được chọn để cân bằng giữa hiệu quả và chi phí tiêm chủng;

Sản xuất thép chuyển đổi quy mô lớn{0}}(thép hợp kim thấp Q355-):

Cacbua silic cấp công nghiệp 10-20 được chọn để ổn định quá trình khử oxy và bổ sung silicon, cải thiện độ bền của thép.