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新型陶瓷金刚砂

来源:未知作者:陈万 点击:所属专题: 碳化硅

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金刚石是因为其硬度为自然界中所有物质之首而得名的,以金刚命名的金刚砂也以坚硬而著称。金刚砂的硬度为 9 度,是硬度仅次于金刚石的材料之一。其化学名称为碳化硅,化学式为 SiC ,晶体结构类似于金刚石,所以硬度很大,熔点也高达约 2200 ℃。 纯净的金刚砂为无色晶

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金刚石是因为其硬度为自然界中所有物质之首而得名的,以金刚命名的金刚砂也以坚硬而著称。金刚砂的硬度为9度,是硬度仅次于金刚石的材料之一。其化学名称为碳化硅,化学式为SiC,晶体结构类似于金刚石,所以硬度很大,熔点也高达约2200℃。纯净的金刚砂为无色晶体,密度为3.06~3.20(单位:g•cm-3)。

人们最早发现的金刚砂存在于发现金刚石的角砾云母橄榄岩中,这说明金刚砂和金刚石这两种矿物的生成条件相似。它们在地壳里的蕴藏量都很稀少。

19世纪,法国化学家莫瓦桑发明了电弧炉,炉温可达4000℃。他利用这电弧炉合成出金刚砂,也成功地合成出了金刚石等其他许多物质。人们为了纪念莫瓦桑,把天然的金刚砂叫做“莫瓦桑尼特”。后来,莫瓦桑从一块落在美国的铁陨石里,第一次发现了一种成分为碳化硅的细小的六角形晶体,也就是天然的金刚砂,同时还在陨石里发现了金刚石。

现在人们工制造金刚砂是在电炉里进行的,使用的原料是石英粉末和纯净的焦炭。在高温下,碳先变成一氧化碳,一氧化碳又夺取氧化硅里的氧而把硅还原出来。硅在高温中升华了,又同尚未作用的焦炭反应,生成碳化硅。

总反应为:SiO2+3C 新型陶瓷金刚砂 SiC+2CO↑

在原料中加进食盐,使反应混合物中有足够的空隙以便带走放出的气体。碳化硅在1600℃时已形成,到2000℃时开始形成六角形状的排列,经过30-40小时,逐渐长成大晶体,冷却后,其中一部分就是金刚砂。金刚砂中一般都含有杂质,所以常呈黑色。

金刚砂在工业中主要用做研磨和切削材料。用金刚砂可以磨削瓷制品、大理石、花岗石等硬质材料,也可用来加工青铜等韧性材料。不过,金刚砂质地较脆,没有钢玉砂硬固,使用的范围要小一些。人们利用金刚砂耐磨的特性,把它掺进建筑材料中,制成砖块,铺设人行道路面,用在行人川流不息的火车站和展览馆等场所,这种路面经久耐用。金刚砂还被广泛地用做冶金工业和化学工业耐热耐腐蚀的材料。

纯净的碳化硅一般是不导电的,可是当碳、硅的比例适当,可以成为半导体。这种半导体同硅、锗等半导体不同,是一种特殊的半导体,当温度高达1000℃时,它仍具有半导体性能。半导体碳化硅的制造方法不同于金刚砂的制造。

美国原子能总暑的研究人员想把几种纯粹的化学元素按组成配合起来,经过高温烧结,得到性能稳定、质地坚实的材料。他们终于研究出一种直接生产碳化硅的方法:把硅粉和碳粉按比例掺合,压成坯件后在1600℃-1700℃下烧结。这种碳化硅能达到按理论推算的密度,这样就提高了碳化硅材料的致密性,增加了使用期限。

这种人工配料烧结材料,开创了陶瓷工艺的新领域,已经生产出成千种新型陶瓷,用于不同的领域。

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