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金剛砂作為研磨材料中最硬的碳化矽首先在工業中使用

編輯:快三彩票  時間:2019-04-10

  在合成材料中,金剛砂也是一種引起我們興趣的材料。其成分為SiC,是一種高硬度、重要技術價值的人造材料。目前,世界鑽石砂年産量已超過1000萬噸。

  衆所周知,金剛砂是由一種晶體碳組成的,而金剛石砂是由碳和矽組成的。在元素周期表中,碳和矽屬于同一組元素,因此它們的性質非常相似。它們都是難熔的和硬破碎的晶體。

  和鑽石一樣,鑽石的晶體也能産生各種折射,在光線下也能發光。金剛砂的硬度為9莫赫(金剛石為10莫赫),也是世界上最硬的材料之一。

  準鑽石是從首次發現鑽石的角礫岩雲母橄榄岩中提取的。可以看出,這兩種礦物具有相似的形成條件。但它們在地球上是稀缺的。

  目前,人造金剛砂是用電爐制造的。所用原材料為細石英砂和優質焦炭。在高溫下,碳首先被氧化并分解;碳在氧化矽中積聚以捕獲氧并還原矽。在高溫下,矽升華并與未使用的焦炭反應,形成碳化矽或金剛砂。

  在原料中加入鹽和鋸末,以便在反應混合物中形成足夠的孔,以除去釋放的氣體。

  

  碳化矽形成于1600攝氏度,但六角形排列開始于1900 2000攝氏度,并逐漸成長為大晶體。這個過程大約需要30-40個小時。

  然後,慢慢冷卻熔爐,取出未反應的原材料、反應的中間産物和我們想要的鑽石。

  工業上使用的人造金剛砂(包括SiC97%)通常是有色的,最常見的是黑色或綠色。這些顔色與鑽石中的其他雜質有關。

  金剛砂在工業上首次用作研磨材料。如前所述,它具有很高的硬度,因此可以用來研磨陶瓷、大理石、花崗岩等硬質材料和青銅等硬質材料。然而,由于金剛砂的脆性,其應用範圍小于剛玉(氧化鋁)。

  有時人們會利用金剛砂的耐磨性能滲透到建築材料中,鋪築路面,如火車站或地鐵站,每天都有成千上萬的人進出,以保證路面的耐久性。雖然行人的鞋底比錦标賽的鞋底更容易磨損,但在人流衆多的地方,經常修理人行道更麻煩。因此,首先要考慮的是路面的強度和耐磨性。

  金剛砂在冶金和化學工業中也被廣泛應用,因為它除了質地堅硬外,還具有其它優良的性能:對氧和大多數酸的穩定性。因此,隻有硝酸和氫氟酸的混合酸才能腐蝕它,磷酸隻能在230℃以上的溫度下作用于它,因此耐酸材料在自然界并不常見。

  純碳化矽一般不導電,但如果碳和矽的比例合适,它可以成為半導體。與矽和鍺等其他半導體不同,這種半導體是一種特殊的半導體材料,即使在溫度高達1000度時也具有半導體特性。半導體碳化矽的制備方法與人造金剛石不同,本文不作詳細介紹。