立方碳化硅結(jié)晶屬于等軸品系,有較高的強度。在一般情況下為黃綠色產(chǎn)品。磨一些軸承鋼,不銹鋼等鋼材比白剛玉和普通碳化硅有較高的切削力和較高的光結(jié)度,在超研磨微型軸承上取得了較好的效果。
目前國內(nèi)制造立方碳化硅有三種方法,一是炭爐法,二是從普通綠碳化硅冶煉爐上挑選的方法,三是爐芯法。這些方法只能獲得微粉級的立方碳化硅,粒度愈粗α-SiC占的比例愈大,在150#成品中α-SiC已達50%左右。
炭管爐冶煉立方碳化硅
制造立方碳化硅的炭管爐多為臥式。原料通常采用細粒度硅石粉和石油焦炭粉,也可采用金屬硅粉代替石粉,這時反應溫度較低,反應時不生成一氧化碳。
SiC2/C一般可取1.89~1.97,比理論值硅多,這是考慮到一部分二氧化硅蒸發(fā)損失掉了。配方中還要加入食鹽和臨時結(jié)合劑(如糊精),它們與主料混勻濕潤后壓成料塊,干燥后即可使用了。把料塊放在石墨舟上,從一端推入炭管內(nèi)加熱至1800℃,生成立方碳化硅,其反應式為:硅石粉與碳的反應SiO2+3C=SiC+2CO
金屬硅與碳的反應Si+C=SiC
加熱時間15~20min,加熱后再推入盛有料塊的石墨舟,把燒好的從另一端頂出,從而得到立方碳化硅結(jié)晶。
從冶煉普通綠碳化硅爐上揀選立方碳化硅
普通碳化硅冶煉爐的無定形物中有較多的立方碳化硅,爐體愈寬,該層的厚度愈大。對于3000kW的爐而言,該層度為10~30mm,在爐上根據(jù)下列外觀特征可大致把立方碳化硅與六方碳化硅區(qū)別開來(表2-12-1)。
表2-12-1 立方碳化硅塊特征
外觀特征 六方碳化硅 立方碳化硅
顏色 綠至暗綠色 黃綠色
光澤 閃閃發(fā)光 稍反光或不反光
晶體尺寸 較大 較大
結(jié)晶層 較大 較疏松
按照上述特征,把立方碳化硅仔細地收集起來,經(jīng)過加工即可制成立方碳化硅磨料。這種方法成本很低,但容易混雜α-SiC及未反應料等雜質(zhì)。
爐芯法冶煉立方碳化硅
這種方法的冶煉爐與普通綠碳化硅爐相近,只是把爐芯溫度控制得較低,使之達不到轉(zhuǎn)化為α-SiC的溫度,從而獲得β-SiC,這種方法與炭管爐比較,簡化了原料成型,干燥工序,并且不需要炭管,因此產(chǎn)品成本較低,而且產(chǎn)品質(zhì)量較高(表2-12-2)。
表2-12-2 不同冶煉方法的立方碳化硅化學成分
方法 粒度 SiC F·C SiO2 F·Si Fe2O3
爐芯法 W3.5W10W28180# 93.7997.5198.9299.06 0.210.270.200.01 5.422.161.180.53 0.050.040.020.04 0.110.050.040.02
炭管爐法 W7W10W14≤320#180# 77.0980.8988.2891.3395.50 1.772.471.350.760.24 21.1313.728.826.533.05 0.820.911.261.240.80