專利名稱：立方碳化硅制作硅碳棒冷端部的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種硅碳棒冷端部的制作方法，具體涉及一種利用立方碳化硅制作硅
碳棒冷端部的方法。
背景技術(shù)：
硅碳棒(SIC電熱元件)是由高純度致密質(zhì)綠色SIC經(jīng)高溫再結(jié)晶而成，作為電熱元件，它大量地節(jié)約、代替并優(yōu)越于某些金屬電熱材料；它有較強(qiáng)的抗酸蝕、抗氧化、抗熱震的抗彎曲能力；不附保護(hù)氣氛在干燥的空氣中即可使用，正常工作溫度范圍從室溫到高至150(TC且壽命較長(zhǎng)。硅碳棒在使用過(guò)程中無(wú)污染，也是傳統(tǒng)燃煤、燃油工業(yè)窯爐的優(yōu)秀替代產(chǎn)品，廣泛用于冶金、電子、化工、陶瓷、玻璃等行業(yè)。 在上世紀(jì)二十年代初，隨著電熱技術(shù)的發(fā)展和對(duì)碳化硅(SIC)理化性質(zhì)的深入研究，西方工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家即開(kāi)始生產(chǎn)應(yīng)用碳化硅質(zhì)電熱元件，我國(guó)在上世紀(jì)五十年代后期亦開(kāi)始了硅碳棒的研制生產(chǎn)。由非焊接粗端部硅碳棒派生的等直徑硅碳棒國(guó)外在上世紀(jì)六十年代開(kāi)始生產(chǎn)應(yīng)用，我國(guó)七十年代開(kāi)始試驗(yàn)，而后在五砂等幾個(gè)廠家開(kāi)始生產(chǎn)等直徑硅碳棒。等直徑硅碳棒仍采用綠色SIC(即六方型SIC)為基料，舊工藝有兩種方法制作冷端部，都是用六方型SIC做基料， 一種是在配料過(guò)程中加8 %的木粉，然后經(jīng)素?zé)够纬奢^高的氣孔率，再埋入高溫電阻爐滲硅硅化達(dá)到降低電阻率的目的；一種是用六方型SIC粒度砂配入一定數(shù)量的金屬硅粉，用瀝青做粘合劑擠壓成型，進(jìn)入倒焰窯素?zé)够?，然后埋入高溫電阻爐電燒硅化后，再經(jīng)碳管爐滲硅處理達(dá)到降低電阻率的目的。 但目前的這些舊工藝存在一些方面的缺陷生產(chǎn)過(guò)程長(zhǎng)，從成型到高溫?zé)尚杓s三周；技術(shù)手段可控性差，特別是電阻爐硅化過(guò)程，使用的電阻爐是和碳化硅冶煉相同的爐子，是臥式、間歇工作的，用耐火磚鋪砌成爐床，用石墨電極粉壓制成爐心發(fā)熱體。硅化燒成時(shí)將素制品擺放在爐心發(fā)熱體兩側(cè)，內(nèi)層蓋上用碳化硅、石英砂、石油焦粉、食鹽和木屑混合而成的硅化反應(yīng)料，外層蓋上用石英砂、石油焦粉、食鹽和木屑混合成的保溫料，然后通電加熱至1800 2200度20個(gè)小時(shí)以上兩次，使素制品中由瀝青或木屑焦化成的碳硅化成碳化硅晶體。這種電阻爐工藝落后，無(wú)法測(cè)溫，只能通過(guò)計(jì)算消耗的電量來(lái)估計(jì)爐內(nèi)溫度，如果使用一段時(shí)間后因食鹽滲入爐床導(dǎo)致耗電量加大而不能正確估計(jì)爐內(nèi)溫度；同時(shí)因是埋在硅化料和保護(hù)料中燒成的，影響因素復(fù)雜眾多，爐心體的制作、硅化料和保護(hù)料的配制、素制品擺放的處理等全憑手工經(jīng)驗(yàn)，另外爐內(nèi)各個(gè)部位溫差極大，內(nèi)外每相差lcm溫度就相差至少50°C ，所以工藝可控性極差，造成產(chǎn)品合格率低下，質(zhì)量參差不齊，硅化處理后的產(chǎn)品電阻范圍極大(10 20倍的差值)。另外，通常要求冷端部與發(fā)熱部的電阻系數(shù)不能低于IO : 1，而舊工藝生產(chǎn)一般情況下只能達(dá)到7 8 : 1，而且合格率在50%左右。另采用老式電阻爐生產(chǎn)勞動(dòng)強(qiáng)度大、生產(chǎn)環(huán)境惡劣，同時(shí)有污染氣體產(chǎn)生。
總之，舊工藝和設(shè)備操作水平保障系數(shù)低、可控性低，造成產(chǎn)品合格率低下、生產(chǎn)周期長(zhǎng)、生產(chǎn)成本高，最重要的是生產(chǎn)出來(lái)的冷端部電阻系數(shù)還是較高的，而做為電阻加熱元件來(lái)說(shuō)，冷端部電阻越小越好，越小越省電，對(duì)爐體損害也越小。所以要想辦法降低硅碳棒冷端部的生產(chǎn)成本和生產(chǎn)時(shí)間，提高生產(chǎn)操作的可控性，最重要的是最大限度地降低冷端部電阻。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種成品率高、成本低的立方碳化硅制作硅碳棒冷端部的方法，還能大大降低冷端部的電阻率。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案立方碳化硅制作硅碳棒冷端部的方法，包括以下步驟向立方碳化硅中加入粘合劑擠壓成型，然后進(jìn)行素?zé)幚?，形成素制品；將素制品用掩埋料掩埋，然后?700 200(TC下進(jìn)行高溫滲硅和硅化，同時(shí)通入保護(hù)氣體進(jìn)行保護(hù)，經(jīng)過(guò)1. 5 2. 5小時(shí)后完成素制品的滲硅和硅化處理，即得硅碳棒冷端部成品。
所述立方碳化硅的制備方法是將質(zhì)量比為3.6 4. 1 : l的硅粉和石油焦粉混合，然后在1700 200(TC下進(jìn)行1. 5 2. 5小時(shí)的反應(yīng)燒結(jié)生成立方碳化硅。
所述粘合劑為瀝青，瀝青的加入量為立方碳化硅質(zhì)量的16 26%。
所述素?zé)幚碓诘寡娓G中進(jìn)行；所述高溫滲硅和硅化處理在高溫碳管電阻爐內(nèi)進(jìn)行。 所述保護(hù)氣體為氨分解氣、氫氣或氮?dú)狻?所述掩埋料為硅粉和石油焦粉的混合物，硅粉與石油焦粉的質(zhì)量比為3. 6
4. i : i。 所述掩埋料在高溫過(guò)程中對(duì)素制品起滲硅和硅化作用，同時(shí)生成再生產(chǎn)時(shí)的原料立方碳化硅。 本發(fā)明采用立方碳化硅作為原料制作硅碳棒冷端部，立方碳化硅的電阻率較小，所制取的立方碳化硅，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均滿足制作硅碳棒冷端部的工藝要求，其電阻率僅為六方型碳化硅的1/20，能夠顯著降低冷端部電阻，所生產(chǎn)出來(lái)的冷端部電阻率只有發(fā)熱部的1/20以下，而舊工藝生產(chǎn)出來(lái)的冷端部電阻率是發(fā)熱部的1/7 8以上，大大降低了冷端部的電阻，使硅碳棒更加省電，對(duì)爐體的損害減??；立方碳化硅自行制備，使冷端部的成本大為降低，生產(chǎn)時(shí)間也縮短，生產(chǎn)操作的可控性提高；工藝中采用高溫碳管電阻爐，可用光學(xué)高溫計(jì)準(zhǔn)確測(cè)溫，因產(chǎn)品全部在發(fā)熱管內(nèi)燒結(jié)，爐內(nèi)溫度均勻，另外使用的硅化料種類少不良影響因素也幾乎沒(méi)有，所以工藝可控性高，成品率達(dá)98%以上，生產(chǎn)成本和生產(chǎn)時(shí)間只有舊工藝的一半，勞動(dòng)強(qiáng)度和生產(chǎn)環(huán)境也大有改善，也幾乎沒(méi)有污染產(chǎn)生；生產(chǎn)過(guò)程中的掩埋料在高溫過(guò)程中對(duì)素制品起滲硅和硅化作用，同時(shí)生成再生產(chǎn)時(shí)的原料立方碳化硅。本發(fā)明采用立方碳化硅制備硅碳棒冷端部的方法能顯著降低冷端部的電阻率，且成品率高，生產(chǎn)成本低，生產(chǎn)時(shí)間短，工藝可控性提高，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1 :制作立方碳化硅將質(zhì)量比為3. 6 : 1的硅粉和石油焦粉混合，然后在170(TC下進(jìn)行2. 5小時(shí)的反應(yīng)燒結(jié)生成立方碳化硅。 制作硅碳棒冷端部向立方碳化硅中加入瀝青擠壓成型，瀝青的加入量為立方碳化硅質(zhì)量的16%，然后送入倒焰窯進(jìn)行素?zé)幚?，形成素制品；將素制品用質(zhì)量比為3.6 : 1的硅粉和石油焦粉混合物掩埋，然后在高溫碳管電阻爐內(nèi)在170(TC下進(jìn)行高溫滲硅和硅化，同時(shí)通入氨分解氣進(jìn)行保護(hù)，經(jīng)過(guò)2. 5小時(shí)后完成素制品的滲硅和硅化處理，即得硅碳棒冷端部成品。素制品掩埋時(shí)的質(zhì)量比為3.6 : 1的硅粉和石油焦粉在高溫過(guò)程中對(duì)素制品起滲硅和硅化作用，同時(shí)生成再生產(chǎn)時(shí)的原料立方碳化硅。 實(shí)施例2:制作立方碳化硅將質(zhì)量比為3.8 : 1的硅粉和石油焦粉混合，然后在180(TC下進(jìn)行2小時(shí)的反應(yīng)燒結(jié)生成立方碳化硅。 制作硅碳棒冷端部向立方碳化硅中加入瀝青擠壓成型，瀝青的加入量為立方碳化硅質(zhì)量的20%，然后送入倒焰窯進(jìn)行素?zé)幚?，形成素制品；將素制品用質(zhì)量比為3.8 : 1的硅粉和石油焦粉的混合物掩埋，然后在高溫碳管電阻爐內(nèi)在180(TC下進(jìn)行高溫滲硅和硅化，同時(shí)通入氫氣進(jìn)行保護(hù)，經(jīng)過(guò)2小時(shí)后完成素制品的滲硅和硅化處理，即得硅碳棒冷端部成品。素制品掩埋時(shí)的質(zhì)量比為3.8 : 1的硅粉和石油焦粉在高溫過(guò)程中對(duì)素制品起滲硅和硅化作用，同時(shí)生成再生產(chǎn)時(shí)的原料立方碳化硅。 實(shí)施例3:制作立方碳化硅將質(zhì)量比為4. 1 : 1的硅粉和石油焦粉混合，然后在200(TC下進(jìn)行1. 5小時(shí)的反應(yīng)燒結(jié)生成立方碳化硅。 制作硅碳棒冷端部向立方碳化硅中加入瀝青擠壓成型，瀝青的加入量為立方碳化硅質(zhì)量的26%，然后送入倒焰窯進(jìn)行素?zé)幚?，形成素制品；將素制品用質(zhì)量比為4.1 : 1的硅粉和石油焦粉的混合物掩埋，然后在高溫碳管電阻爐內(nèi)在200(TC下進(jìn)行高溫滲硅和硅化，同時(shí)通入氮?dú)膺M(jìn)行保護(hù)，經(jīng)過(guò)1. 5小時(shí)后完成素制品的滲硅和硅化處理，即得硅碳棒冷端部成品。素制品掩埋時(shí)的質(zhì)量比為4. 1 : 1的硅粉和石油焦粉在高溫過(guò)程中對(duì)素制品起滲硅和硅化作用，同時(shí)生成再生產(chǎn)時(shí)的原料立方碳化硅。
權(quán)利要求
立方碳化硅制作硅碳棒冷端部的方法，其特征在于包括以下步驟向立方碳化硅中加入粘合劑擠壓成型，然后進(jìn)行素?zé)幚恚纬伤刂破?；將素制品用掩埋料掩埋，然后?700～2000℃下進(jìn)行高溫滲硅和硅化，同時(shí)通入保護(hù)氣體進(jìn)行保護(hù)，經(jīng)過(guò)1.5～2.5小時(shí)后完成素制品的滲硅和硅化處理，即得硅碳棒冷端部成品。
2. 如權(quán)利要求1所述的立方碳化硅制作硅碳棒冷端部的方法，其特征在于所述立方 碳化硅的制備方法是將質(zhì)量比為3.6 4. 1 : 1的硅粉和石油焦粉混合，然后在1700 200(TC下進(jìn)行1. 5 2. 5小時(shí)的反應(yīng)燒結(jié)生成立方碳化硅。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的立方碳化硅制作硅碳棒冷端部的方法，其特征在于所述 粘合劑為瀝青，瀝青的加入量為立方碳化硅質(zhì)量的16 26%。
4. 如權(quán)利要求3所述的立方碳化硅制作硅碳棒冷端部的方法，其特征在于所述素?zé)?處理在倒焰窯中進(jìn)行；所述高溫滲硅和硅化處理在高溫碳管電阻爐內(nèi)進(jìn)行。
5. 如權(quán)利要求4所述的立方碳化硅制作硅碳棒冷端部的方法，其特征在于所述保護(hù)氣體為氨分解氣、氫氣或氮?dú)狻?br> 6. 如權(quán)利要求5所述的立方碳化硅制作硅碳棒冷端部的方法，其特征在于所述掩埋 料為硅粉和石油焦粉的混合物，硅粉與石油焦粉的質(zhì)量比為3.6 4. 1 : 1。
7. 如權(quán)利要求6所述的立方碳化硅制作硅碳棒冷端部的方法，其特征在于所述掩埋 料在高溫過(guò)程中對(duì)素制品起滲硅和硅化作用，同時(shí)生成再生產(chǎn)時(shí)的原料立方碳化硅。
全文摘要
本發(fā)明提供一種立方碳化硅制作硅碳棒冷端部的方法，包括以下步驟向立方碳化硅中加入粘合劑擠壓成型，然后進(jìn)行素?zé)幚?，形成素制品；將素制品用掩埋料掩埋，然后?700～2000℃下進(jìn)行高溫滲硅和硅化，同時(shí)通入保護(hù)氣體進(jìn)行保護(hù)，經(jīng)過(guò)1.5～2.5小時(shí)后完成素制品的滲硅和硅化處理，即得硅碳棒冷端部成品。本發(fā)明采用立方碳化硅制備硅碳棒冷端部的方法能顯著降低冷端部的電阻率，且成品率高，生產(chǎn)成本低，生產(chǎn)時(shí)間短，工藝可控性提高，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
文檔編號(hào)C04B35/565GK101747043SQ20081023118
公開(kāi)日2010年6月23日 申請(qǐng)日期2008年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月3日
發(fā)明者楊學(xué)好, 鄭國(guó)軍, 陳玉西 申請(qǐng)人:鄭州嵩山電熱元件有限公司