[发明专利]碳化硅的生产方法

说明书

本发明涉及到碳化硅的生产领域，特别是一种利用电阻炉生产碳化硅的方法。

传统的利用电阻炉生产碳化硅的方法，其保温料、反应料和作为发热体的石墨炉芯在电阻炉内沿横截面的分布上，依次由外至内，其炉芯的横截面是长方形，其高度尺寸大于宽度尺寸，一般来说其比例是2∶1，即是立置的。其供电方式采用的是高温(高于碳化硅的临界分解温度)恒功率冶炼。

这种炉芯的立置方式及高温恒功率冶炼，使得无论大电阻炉还是小电阻炉都存在有严重的碳化硅分解现象。分解是由于炉温过高，而炉温过高是因为作为热源的炉芯太集中，造成表面负荷大，其有效加热面(即发热体与炉料的接触面)太小，刚送电时为炉芯表面，结晶筒形成后，因为结晶筒也参与导电而发热，炉芯和结晶筒形成一对并联的等效电阻，此时有效加热面则由炉芯和结晶筒结合而成。由于上述原因，使得炉温过高，超过碳化硅的分解温度，从而导致碳化硅发生分解，越是生成早的碳化硅越是容易分解，其后生成的未分解的碳化硅则由于生长时间短而造成结晶小，纯度、密度、等级品率也都比较低。

此外，碳化硅在高温下大量分解所产生的硅蒸汽会给致密的结晶筒内壁造成很大压力，从而还常常会产生喷炉现象，也给CO回收带来困难。

分散热能是解决上述问题的途径，其最佳方法是增加炉芯表面积(也可以理解为降低炉芯表面负荷)。按传统的作法要增加炉芯表面积，只能增加炉芯高度，但这种“高炉芯”在送电后便收缩，不能保证原尺寸，这是因为炉芯两侧炉料形成碳化硅后体积减小之故。

由上可知，传统的碳化硅生产方法，不仅产量低，能耗大，品质差，还易于喷炉，同时也不便于CO气体的回收。

本发明的目的在于提供一种改进的碳化硅的生产方法，该方法既能控制碳化硅的分解，提高碳化硅的产量，降低能耗，限制喷炉，还便于CO气体的回收。

本发明所述碳化硅的生产方法其生产工艺装备与传统工艺装备基本相同，其保温料、反应料、石墨炉芯在电阻炉中沿横截面的分布次序依旧是由外至内，炉芯为长方体，并且在电阻炉内是卧置的。

本发明所述方法的供电方式采用的是碳化硅临分解温度下的恒温控制。

由于采用了上述方法，本发明具有如下优点：

1．产量增加，电耗、煤(或石油焦)耗降低；

2．质量提高，等级(高密度、大结晶碳化硅)品率增加，这是因为有效的控制了碳化硅分解使得最先形成的产品未被分解，结晶有充分的条件长大所致。

3．喷炉被有效控制，既保证了冶炼正常进行，又使得CO气体便于回收。

以下通过附图1-3和实施例作进一步描述。

图1为现有技术电阻炉内(横截面)的构成示意图。

图2为本发明电阻炉内(横截面)构成示意图。

图3为本发明临界恒温控制下供电负荷曲线示意图。

现有技术图1中，保温料1、4，反应料2、3，石墨炉芯5在电阻炉6内的分布是由外至内，其炉芯5是立置的，即炉芯5高度尺寸大于宽度尺寸，基本上高度和宽度的比例是2∶1。

图2中，本发明炉芯5在电阻炉6内是卧置的，即宽度尺寸大于高度尺寸，而且在实践中应尽可能增加宽度尺寸和高度尺寸的比值，以便尽可能的扩大有效加热面，实现低温冶炼(本发明尤其适用长时间供电冶炼的大型电阻炉)。

本发明的供电方式若采用在碳化硅临界分解温度下的恒温控制，可取得最佳的实施效果。

图3中，纵坐标12为供电功率(千瓦)，横坐标7为时间(小时)。曲线段8为预热段，用于炉料渐渐加温，此段曲线较陡，功率变化较大。

曲线段9为升温段，用于炉料温度升至接近临界分解温度，此段曲线变化较平缓，功率变化较小。曲线段10为碳化硅形成段，用于控制分解下的碳化硅形成。此段时间较长，几乎占据了整个送电过程的全部时间，曲线呈缓慢上升趋势，走势平缓，功率渐升。功率渐升的作用是为了恒温，因为随着碳化硅的形成，有效加热面在不断扩大，若功率不增加，炉温就会降低。曲线段11为碳化硅晶体改良段，用于提高一级品率，改良晶体结构，使晶体长的更大。此段较平缓，几乎趋于水平(所述恒功率)，此段时间较短。