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碳化硅微粉

详解碳化硅化学性质

产品分类: 知识分享
首先研究碳化硅和各元素发生反应的可能性问题。通过热力学计算并结合大量的实验结果,可以发现元素对sic的化学活性与其在元素周期表中的位置密切相关,因而可以把元素分成以下几组: 1.不和 碳化硅 作用的元素。这类元素包括:①惰性气体;② 既不生成碳化物
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   首先研究碳化硅和各元素发生反应的可能性问题。通过热力学计算并结合大量的实验结果,可以发现元素对sic的化学活性与其在元素周期表中的位置密切相关,因而可以把元素分成以下几组: 

碳化硅元素周期表
 
   1.不和碳化硅作用的元素。这类元素包括:①惰性气体;② 既不生成碳化物,又不生成硅化物,并在固体硅和碳中不显著溶解的第4、5、 6周期的IB-VB族的某些元素(zn、Ga,Ag,Cd, In、Sn、Sb, Au、Hg、 Pb、Bi); ③某些部分溶解碳或硅的元素(si、 Ge); ④和碳化硅处于平衡状态的以及和碳或者和硅生成稳定性低于sic的化合物的元素(碱金属、p、As、Se、Te)。 
   2.和sic反应主要生成含碳化合物的元素。氢、IIIB族轻元素(B、Al)和某些过渡金属、钢系元素(Hf、Th、U)都属于这一类。
   3.和sic反应生成硅化物可能性大的元素。VB和VIB族轻元素(N、0、S), 大部分d-过渡元素(即通IIIA--VIII各副族元素中具有不完全d电子层的d区元素),可能还有稀土元素、重碱土金属(ca、Sr、Ba)和铜属于该类。
   4.生成碳化物和硅化物儿率相等的元素。这里指的是某些过渡金属(Ti、V、Ta、 W)。
   按和sic作用的情况把元素分成四类是相对的,因为主要生成某种化合物并不排除在别的方向上的反应进程。例如生成稳定硅化物的铁族金属,同时又显著溶解碳,并可生成热力学不平衡相Fe3c、Ni3c 等。
   碳化硅化硅和气体介质的作用,无论对于碳化硅的使用还是对于碳化硅制造都有很大的实际意义。其中特别是碳化硅的氧化动力学知识是碳化硅高温应用的关键。根据热力学计算,碳化硅在高温氧化气氛下的不稳定性是千分显著的,然而它却可以在1600°C的氧化气氛中长期使用,这在很大程度上是由于形成了二氧化硅薄膜保护作用的结果。碳化硅在高温下的情况多少有些类似于室温下的金属铝。这两种材料的有价值的工程性能都在于氧化物保护膜的很高的化学稳定性。一般认为,当碳化硅材料在空气中加热达到1000--1300°C 时,它仅稍氧化,生成了Si02玻璃保护层。1300°C时保护层中开始结晶出方石英,相变引起了开裂,从而氧化速度有所增加。在1500--1600°C时,因Si02保护层达到了一定的厚度,进一步的氧化作用停止了。而当温度达到1900K (1627°C)以上时,由于发生了反应:
2Si02+SiC一>3SiO+CO                                            (1-1)
以及Si02的蒸发,使sio2保护膜受到破坏(19Q0K时,上述反应的平衡常数入K=1大气压),因而碳化硅的氧化作用迅速进行。所以,1900K是Si02保护膜还能够存在的上限温度,也是碳化硅材料在含氧化剂气氛下的最高工作温度。、
    当氧化剂是水蒸气、二氧化碳时,上面确定的sic抗氧化条件依然有效。只不过在1900K以下时,由于H20、 C02对sic氧 化反应的热力学可能性较sic与02的反应为小,其氧化速率也小 一些。
    当温度超过1900K时,由于发生反应(1-1)以及SiOz的蒸 发,使得Si02保护膜受到破坏,上述各种介质对SiC的氧化作用都可加速进行。这时水蒸气与SiC反应速率慢反倒成了促进氧化反应的有利因素。因为这时sic上的SiO薄膜的生成速度小于sio2与sic的反应速度,即SiOz刚生成就遭到破坏,因而反应(1-1)完全不能阻止sic与H20的作用。而在氧气对SiC作用的场合,氧化速率尚大于按反应(1-1)进行的Si02的破坏速率所以Si02仍有一定的保护作用。
 
   在对酸、碱及氧化物的作用方面,由于二氧化硅保护膜的作用,sic的抗酸力很强、抗喊性较差(Si02是弱酸性氧化物), 在550°C时即能被NaoH腐烛。在1300°c,特别是氧化气氛下可被严重侵烛。因此,碳化硅制品不宜用水玻璃作结合剂。4#--240#碳化硅,在接触时间不太长(如几小时以内)时,可以认为一般不受酸性溶剂(磷酸除外)侵烛,把碳化硅分别和HCL、HF、 HNO3在一起煮也不发生作用。
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