立方碳化硅结晶属于等轴品系,有较高的强度。在一般情况下为黄绿色产品。磨一些轴承钢,不锈钢等钢材比白刚玉和普通碳化硅有较高的切削力和较高的光结度,在超研磨微型轴承上取得了较好的效果。
目前国内制造立方碳化硅有三种方法,一是炭炉法,二是从普通绿碳化硅冶炼炉上挑选的方法,三是炉芯法。这些方法只能获得微粉级的立方碳化硅,粒度愈粗α-SiC占的比例愈大,在150#成品中α-SiC已达50%左右。
炭管炉冶炼立方碳化硅
制造立方碳化硅的炭管炉多为卧式。原料通常采用细粒度硅石粉和石油焦炭粉,也可采用金属硅粉代替石粉,这时反应温度较低,反应时不生成一氧化碳。
SiC2/C一般可取1.89~1.97,比理论值硅多,这是考虑到一部分二氧化硅蒸发损失掉了。配方中还要加入食盐和临时结合剂(如糊精),它们与主料混匀湿润后压成料块,干燥后即可使用了。把料块放在石墨舟上,从一端推入炭管内加热至1800℃,生成立方碳化硅,其反应式为:硅石粉与碳的反应SiO2+3C=SiC+2CO
金属硅与碳的反应Si+C=SiC
加热时间15~20min,加热后再推入盛有料块的石墨舟,把烧好的从另一端顶出,从而得到立方碳化硅结晶。
从冶炼普通绿碳化硅炉上拣选立方碳化硅
普通碳化硅冶炼炉的无定形物中有较多的立方碳化硅,炉体愈宽,该层的厚度愈大。对于3000kW的炉而言,该层度为10~30mm,在炉上根据下列外观特征可大致把立方碳化硅与六方碳化硅区别开来(表2-12-1)。
表2-12-1 立方碳化硅块特征
外观特征 六方碳化硅 立方碳化硅
颜色 绿至暗绿色 黄绿色
光泽 闪闪发光 稍反光或不反光
晶体尺寸 较大 较大
结晶层 较大 较疏松
按照上述特征,把立方碳化硅仔细地收集起来,经过加工即可制成立方碳化硅磨料。这种方法成本很低,但容易混杂α-SiC及未反应料等杂质。
炉芯法冶炼立方碳化硅
这种方法的冶炼炉与普通绿碳化硅炉相近,只是把炉芯温度控制得较低,使之达不到转化为α-SiC的温度,从而获得β-SiC,这种方法与炭管炉比较,简化了原料成型,干燥工序,并且不需要炭管,因此产品成本较低,而且产品质量较高(表2-12-2)。
表2-12-2 不同冶炼方法的立方碳化硅化学成分
方法 粒度 SiC F·C SiO2 F·Si Fe2O3
炉芯法 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
炭管炉法 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