專利名稱：立方碳化硅制作硅碳棒冷端部的方法
技術領域：
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：
硅碳棒(SIC電熱元件)是由高純度致密質綠色SIC經高溫再結晶而成，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；它有較強的抗酸蝕、抗氧化、抗熱震的抗彎曲能力；不附保護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。硅碳棒在使用過程中無污染，也是傳統(tǒng)燃煤、燃油工業(yè)窯爐的優(yōu)秀替代產品，廣泛用于冶金、電子、化工、陶瓷、玻璃等行業(yè)。 在上世紀二十年代初，隨著電熱技術的發(fā)展和對碳化硅(SIC)理化性質的深入研究，西方工業(yè)發(fā)達國家即開始生產應用碳化硅質電熱元件，我國在上世紀五十年代后期亦開始了硅碳棒的研制生產。由非焊接粗端部硅碳棒派生的等直徑硅碳棒國外在上世紀六十年代開始生產應用，我國七十年代開始試驗，而后在五砂等幾個廠家開始生產等直徑硅碳棒。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， 一種是在配料過程中加8 %的木粉，然后經素燒焦化形成較高的氣孔率，再埋入高溫電阻爐滲硅硅化達到降低電阻率的目的；一種是用六方型SIC粒度砂配入一定數量的金屬硅粉，用瀝青做粘合劑擠壓成型，進入倒焰窯素燒焦化，然后埋入高溫電阻爐電燒硅化后，再經碳管爐滲硅處理達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過程長，從成型到高溫燒成需約三周；技術手段可控性差，特別是電阻爐硅化過程，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。硅化燒成時將素制品擺放在爐心發(fā)熱體兩側，內層蓋上用碳化硅、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個小時以上兩次，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，無法測溫，只能通過計算消耗的電量來估計爐內溫度，如果使用一段時間后因食鹽滲入爐床導致耗電量加大而不能正確估計爐內溫度；同時因是埋在硅化料和保護料中燒成的，影響因素復雜眾多，爐心體的制作、硅化料和保護料的配制、素制品擺放的處理等全憑手工經驗，另外爐內各個部位溫差極大，內外每相差lcm溫度就相差至少50°C ，所以工藝可控性極差，造成產品合格率低下，質量參差不齊，硅化處理后的產品電阻范圍極大(10 20倍的差值)。另外，通常要求冷端部與發(fā)熱部的電阻系數不能低于IO : 1，而舊工藝生產一般情況下只能達到7 8 : 1，而且合格率在50%左右。另采用老式電阻爐生產勞動強度大、生產環(huán)境惡劣，同時有污染氣體產生。
總之，舊工藝和設備操作水平保障系數低、可控性低，造成產品合格率低下、生產周期長、生產成本高，最重要的是生產出來的冷端部電阻系數還是較高的，而做為電阻加熱元件來說，冷端部電阻越小越好，越小越省電，對爐體損害也越小。所以要想辦法降低硅碳棒冷端部的生產成本和生產時間，提高生產操作的可控性，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。
為實現上述目的，本發(fā)明采用以下技術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，然后進行素燒處理，形成素制品；將素制品用掩埋料掩埋，然后在1700 200(TC下進行高溫滲硅和硅化，同時通入保護氣體進行保護，經過1. 5 2. 5小時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下進行1. 5 2. 5小時的反應燒結生成立方碳化硅。
所述粘合劑為瀝青，瀝青的加入量為立方碳化硅質量的16 26%。
所述素燒處理在倒焰窯中進行；所述高溫滲硅和硅化處理在高溫碳管電阻爐內進行。 所述保護氣體為氨分解氣、氫氣或氮氣。 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量比為3. 6
4. i : i。 所述掩埋料在高溫過程中對素制品起滲硅和硅化作用，同時生成再生產時的原料立方碳化硅。 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，各項技術指標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，所生產出來的冷端部電阻率只有發(fā)熱部的1/20以下，而舊工藝生產出來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，生產時間也縮短，生產操作的可控性提高；工藝中采用高溫碳管電阻爐，可用光學高溫計準確測溫，因產品全部在發(fā)熱管內燒結，爐內溫度均勻，另外使用的硅化料種類少不良影響因素也幾乎沒有，所以工藝可控性高，成品率達98%以上，生產成本和生產時間只有舊工藝的一半，勞動強度和生產環(huán)境也大有改善，也幾乎沒有污染產生；生產過程中的掩埋料在高溫過程中對素制品起滲硅和硅化作用，同時生成再生產時的原料立方碳化硅。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，生產成本低，生產時間短，工藝可控性提高，具有較高的經濟效益和社會效益。
具體實施例方式
實施例1 :制作立方碳化硅將質量比為3. 6 : 1的硅粉和石油焦粉混合，然后在170(TC下進行2. 5小時的反應燒結生成立方碳化硅。 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量的16%，然后送入倒焰窯進行素燒處理，形成素制品；將素制品用質量比為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在170(TC下進行高溫滲硅和硅化，同時通入氨分解氣進行保護，經過2. 5小時后完成素制品的滲硅和硅化處理，即得硅碳棒冷端部成品。素制品掩埋時的質量比為3.6 : 1的硅粉和石油焦粉在高溫過程中對素制品起滲硅和硅化作用，同時生成再生產時的原料立方碳化硅。 實施例2:制作立方碳化硅將質量比為3.8 : 1的硅粉和石油焦粉混合，然后在180(TC下進行2小時的反應燒結生成立方碳化硅。 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量的20%，然后送入倒焰窯進行素燒處理，形成素制品；將素制品用質量比為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在180(TC下進行高溫滲硅和硅化，同時通入氫氣進行保護，經過2小時后完成素制品的滲硅和硅化處理，即得硅碳棒冷端部成品。素制品掩埋時的質量比為3.8 : 1的硅粉和石油焦粉在高溫過程中對素制品起滲硅和硅化作用，同時生成再生產時的原料立方碳化硅。 實施例3:制作立方碳化硅將質量比為4. 1 : 1的硅粉和石油焦粉混合，然后在200(TC下進行1. 5小時的反應燒結生成立方碳化硅。 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量的26%，然后送入倒焰窯進行素燒處理，形成素制品；將素制品用質量比為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在200(TC下進行高溫滲硅和硅化，同時通入氮氣進行保護，經過1. 5小時后完成素制品的滲硅和硅化處理，即得硅碳棒冷端部成品。素制品掩埋時的質量比為4. 1 : 1的硅粉和石油焦粉在高溫過程中對素制品起滲硅和硅化作用，同時生成再生產時的原料立方碳化硅。
權利要求
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，然后進行素燒處理，形成素制品；將素制品用掩埋料掩埋，然后在1700～2000℃下進行高溫滲硅和硅化，同時通入保護氣體進行保護，經過1.5～2.5小時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下進行1. 5 2. 5小時的反應燒結生成立方碳化硅。
3. 如權利要求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量的16 26%。
4. 如權利要求3所述的立方碳化硅制作硅碳棒冷端部的方法，其特征在于所述素燒 處理在倒焰窯中進行；所述高溫滲硅和硅化處理在高溫碳管電阻爐內進行。
5. 如權利要求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氣體為氨分解氣、氫氣或氮氣。
6. 如權利要求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量比為3.6 4. 1 : 1。
7. 如權利要求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 料在高溫過程中對素制品起滲硅和硅化作用，同時生成再生產時的原料立方碳化硅。
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，然后進行素燒處理，形成素制品；將素制品用掩埋料掩埋，然后在1700～2000℃下進行高溫滲硅和硅化，同時通入保護氣體進行保護，經過1.5～2.5小時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，生產成本低，生產時間短，工藝可控性提高，具有較高的經濟效益和社會效益。
文檔編號C04B35/565GK101747043SQ20081023118
公開日2010年6月23日 申請日期2008年12月3日 優(yōu)先權日2008年12月3日
發(fā)明者楊學好, 鄭國軍, 陳玉西 申請人:鄭州嵩山電熱元件有限公司