天然的碳化矽很少，工業上使用的為人工合成原(yuan)料，俗稱金剛砂，是一種典(dian)型的共價鍵結合的化合物。碳化矽是耐火材(cai)料領域中最常用的非(fei)氧化物耐火原(yuan)料之(zhi)一。

    （1）碳化矽的性質：  碳化矽主要有兩種結晶形態：b-SiC 和 a-SiC。b-SiC 為麵心立方閃(shan)鋅(xin)礦型結構，晶格常數 a=0.4359nm。a-SiC 是 SiC 的高溫型結構，屬六方晶係，它(ta)存在著許多變體。 碳化矽的折射率非(fei)常高，在普(pu)通光線下為 2.6767~2.6480.各種晶型的碳化矽的密度接近，a-SiC 一般為3.217g/cm3，b-SiC 為 3.215g/cm3.純碳化矽是無色(se)透明的，工業 SiC 由於含有遊(you)離(li) Fe、Si、C 等雜質而(er)成淺(qian)綠色(se)或黑色(se)。綠碳化矽和黑碳化矽的硬度在常溫和高溫下基(ji)本相同。SiC 熱膨(peng)脹係數不大，在25~1400℃平均熱膨(peng)脹係數為 4.5×10-6/℃。碳化矽具有很高的熱導率，500℃時為 64.4W/ (m·K)。常溫下SiC 是一種半(ban)導體。  碳化矽具有耐高溫、耐磨、抗衝刷、耐腐蝕和質量輕的特(te)點(dian)。碳化矽在高溫下的氧化是其損(sun)害的主要原(yuan)因。   

   （2）碳化矽磨料的合成：  ①碳化矽的冶煉方法，合成碳化矽所用的原(yuan)料主要是以 SiO2 為主要成分的脈石低檔次的碳化矽可用低灰分的無煙煤為原(yuan)料。輔助原(yuan)料為木屑和食鹽。  碳化矽有黑、綠兩種。冶煉綠碳化矽時要求(qiu)矽質原(yuan)料中 SiO2 含量盡可能高，雜質含量盡量低。生產黑碳化矽時，矽質原(yuan)料中的 SiO2 可稍低些。對石油(you)焦的要求(qiu)是固定碳含量盡可能高，灰分含量小於 1.2%，揮發分小於 12.0%，石油(you)焦的粒度通常在 2mm 或 1.5mm 以下。木屑用於調(diao)整爐料的透氣性能，通常的加入(ru)量為 3% ~5%（體積）。食鹽僅在冶煉綠碳化矽時使用。

    矽質原(yuan)料與石油(you)焦在 2000~2500℃的電阻爐內(na)通過以下反應生成碳化矽： SiO2+3C→SiC+2CO↑-526.09Kj  CO 通過爐料排出。加入(ru)食鹽可與 Fe、Al 等雜質生成氯(lv)化物而(er)揮發掉。木屑使物料形成多孔(kong)燒(shao)結體，便於CO 氣體排出。  碳化矽形成的特(te)點(dian)是不通過液相，其過程如下：約從 1700℃開始，矽質原(yuan)料由砂粒變為熔體，進而(er)變為蒸(zheng)汽（白煙）；SiO2 熔體和蒸(zheng)汽鑽進碳質材(cai)料的氣孔(kong)，滲入(ru)碳的顆粒，發生生成 Sic 的反應；溫度升高至1700~1900℃時，生成 b-SiC；溫度進一步升高至1900~2000℃時，細小的 b-SiC 轉變為 a-SiC，a-SiC 晶粒逐漸(jian)長大和密實；爐溫再升至 2500℃左右，SiC 開始分解變為矽蒸(zheng)汽和石墨(mo)。

      大規(gui)模(mo)生產碳化矽所用的方法有艾奇遜法和ESK 法。    艾奇遜法：傳統的艾奇遜法電阻爐的外形像一個長方形的槽子，它(ta)是有耐火磚砌成的爐床。兩組電極穿過爐牆深入(ru)爐床之(zhi)中，專用的石墨(mo)粉爐芯(xin)體配置在電極之(zhi)間，提供一條(tiao)導電通道(dao)，通電時下產生很大的熱量。爐芯(xin)體周圍裝盛有矽質原(yuan)料、石油(you)焦和木屑等組成的原(yuan)料，外部為保溫料。

      熔煉時，電阻爐通電，爐芯(xin)體溫度上升，達到 2600℃左右，通過爐芯(xin)體表(biao)麵傳熱給(gei)周圍的混合料，使之(zhi)發生反應生成碳化矽，並逸出 CO 氣體。一氧化碳在爐表(biao)麵燃燒(shao)生成二氧化碳，形成一個柔(rou)和、起(qi)伏的藍色(se)至黃色(se)火焰氈被，一小部分為燃燒(shao)的一氧化碳進入(ru)空氣。待反應完全並冷卻後，即(ji)可拆除爐牆，將(jiang)爐料分層分級揀選，經破碎(sui)後獲得所需粒度，通過水洗或酸堿洗、磁選等除去(qu)雜質，提高純度，再經幹燥、篩選即(ji)得成品。

      艾奇遜法設備簡單、投資少，廣泛為石階上冶煉 SiC 的工廠所采用。但該(gai)法的主要缺(que)點(dian)在於無法避(bi)免粉塵和廢氣造成的汙染，冶煉過程排出的廢氣無法收(shou)集和再利用，無法減輕取(qu)料和分級時的繁重體力勞動，同時爐子的長度也(ye)不夠(gou)，通常僅幾米至幾十米長，生產經濟(ji)性不高。 ESK 法 1973 年，德國 ESK 公司對艾奇遜法進行了改(gai)進，發展了 ESK 法。Esk 法的大型 SiC 冶煉爐建立在戶外，沒有端牆和側牆，直線性或 U 型電極位於爐子底部，爐長達 60m，用聚乙(yi)烯袋(dai)子進行密封以回收(shou)爐內(na)逸出的氣體，提取(qu)硫後將(jiang)其通過管道(dao)小型火電廠發電。該(gai)爐可采用成本低、活性高、易(yi)反應的高硫分石油(you)焦或焦炭(tan)作(zuo)為原(yuan)料，將(jiang)原(yuan)料硫含量由原(yuan)來的 1.5%提高到 5.0%。

     ②碳化矽粉末的合成方法法三種。  固相法是通過二氧化矽和碳發生碳熱還原(yuan)反應或矽粉和炭(tan)黑細粉直接在惰性氣氛(fen)中發生反應而(er)製得碳化矽細粉。可以通過機械法將(jiang)艾奇遜法或 ESK 法冶煉的碳化矽加工成 SiC 細粉。目前該(gai)方法製得的細粉表(biao)麵1~15m2/g,氧化物含量 1.0% 左右，金屬雜質含 量 1400~2800ppm（1ppm=10-6）。其細度和成分取(qu)決(jue)於粉碎(sui)、酸洗等後續(xu)處理工藝和手段。碳化矽粉末也(ye)可以由豎爐或高溫回轉窯連續(xu)化生產，可獲得高質量的 b-SiC 粉體。SiO2 細粉與碳粉混合料在豎爐的惰性氣氛(fen)中，在低於 2000℃的溫度下發生熱還原(yuan)反應，合成 b-SiC 粉體。所獲得的 SiC 的粒度為合成碳化矽粉末的方法主要有固相法、液相法和氣相微米級。但往往含有非(fei)反應的 SiO2 和 C，需進行後續(xu)的酸洗和脫碳處理。利用高溫回轉窯也(ye)可生產出高質量的 SiC 細粉。

     液相反應法可製備高純度、納米級的 SiC 微粉，而(er)且產品均勻性好，是一種具有良(liang)好發展前景(jing)的方法。液相反應法製備 SiC 微粉主要分為溶膠-凝膠法和聚合物熱分解法等。溶膠-凝膠法製備 SiC 微粉的核心是通過溶膠-凝膠反應過程，形成 Si 和 C 在分子水平上均勻分布的混合物或聚合物固體，升溫過程中，首先形成 S iO2 和 C 的均勻混合物，然後在 1400~1600℃溫度下發生碳熱還原(yuan)反應生成 SiC。聚合物熱分解法主要是指加熱聚矽烷(wan)等聚合物，放出小單體，形成 Si-C 骨架。由熱解法製備的 SiC 均為 b-SiC。如果(guo)熱解溫度低於 1100℃，則為無定形 SiC。氣相法是用含矽的原(yuan)料和含碳的原(yuan)料通過氣相反應生成 SiC。根據加熱方式的不同可分為電阻爐和火焰加熱法、等離(li)子和電弧加熱法、激光加熱法等。

       碳化矽磨料在現代(dai)工業生產中的應用範圍比(bi)較(jiao)廣泛，人們所了解的是應用於磨料、磨具領域。但是隨著科學(xue)技術的進步，人們對碳化矽的認識也(ye)逐漸(jian)深入(ru)，由此開發了碳化矽在其他(ta)領域之(zhi)外的用途，例如耐火材(cai)料用碳化矽、煉鋼脫氧劑、電子等。

  但是人們也(ye)逐漸(jian)發現了普(pu)通碳化矽的缺(que)陷所在，因而(er)對碳化矽的各項性能指標提出了更高的期望和要求(qiu)。高純度、高韌性、高密度碳化矽，它(ta)在很多性能指標上與普(pu)通碳化矽有著比(bi)較(jiao)大的區別。普(pu)通碳化矽隻限於做普(pu)通磨料和耐火材(cai)料範疇，所以限製了普(pu)通碳化矽的使用價值和應用範圍。

  高純度、高韌性、高密度碳化矽產品則不同，它(ta)不但韌性好、體積密度、吸水率、氣孔(kong)率和純度等各項指標是普(pu)通碳化矽無法與之(zhi)相比(bi)的，最為優(you)越的是它(ta)加工成微粉時，化學(xue)成份(fen)不降(jiang)低，化學(xue)性質和物理性能保持原(yuan)有的特(te)性。基(ji)於這樣(yang)的原(yuan)因，高純度、高韌性、高密度碳化矽被推崇備至，將(jiang)高品質碳化矽產品用於各種高新技術領域。

  提高產品質量，減少碳化矽產品中的雜質成份(fen)含量。提高碳化矽產品的純度、韌性和強度，是碳化矽冶煉加工行業同仁(ren)們苦苦追求(qiu)的奮鬥(dou)目標。

  影(ying)響碳化矽晶體質量的主要原(yuan)因是雜質的存在。通常工業碳化矽產品中含有2%左右的雜質。雜質的存在，嚴(yan)重影(ying)響著碳化矽的使用性能。

  如何(he)才能製造出高含量碳化矽產品呢？

  1.選用高純度的優(you)質原(yuan)材(cai)料

  2.提高冶煉功率

  3.保持較(jiao)長的冶煉時間

  4.冶煉爐要有良(liang)好的保溫性

  5.冶煉爐要有良(liang)好的透氣性

  6.反應料要有準確的矽碳比(bi)

  7.選用低“鐵汙染”破碎(sui)設備進行加工

  綜上所述，提高和控製碳化矽磨料產品質量是一個係統的管理程序。從冶煉爐的設計(ji)，工藝參(can)數的確立，原(yuan)材(cai)料的嚴(yan)格要求(qiu)，配料和冶煉過程的控製，到加工出廠銷(xiao)售。是一個完整管理鏈。加強這個管理過程的監管，是保證生產出高質量碳化矽產品的關鍵。生產管理者要對這個過程實施有效控製，使生產工藝永恒運行在良(liang)好狀態。