[00686453]重结晶碳化硅和高温硅碳棒

高温硅碳棒是一种高性能重结晶碳化硅(R-SiC)和反应烧结碳化硅(RBSC)的复合材料。中国至今没有具有自主知识产权的R-SiC和高温硅碳棒的生产技术。该课题组采用自己包覆改性的SiC微粉，获得了高固分低粘度的泥浆，以该泥浆注浆成型获得高密度和精确尺寸的纯SiC质坯体；以真空/气氛或保护性气氛的碳管炉取代艾奇逊炉，在2450℃温度下重结晶烧结取代反应埋烧，使SiC陶瓷的强度和抗氧化性能得到提高，制得高温硅碳棒。国内外技术发展现状：1)R-SiC产品：在国际市场上，RBSC以英国“Refel”牌号的产品最为优异，其密封件制品的性能为密度=3.05g/cm<'3>，强度=400-500MPa。此外比较著名的生产厂家还有圣哥班公司下属的Norton公司等。RBSC窑具的产品性能为：密度＞2.97g/cm<'3>，强度≥250MPa。国内不具有自主知识产权的R-SiC的生产技术。1997年前后，中国从德国和美国引进技术和设备，建立了三条生产线，开始了R-SiC窑具等产品的生产，材料性能达到了当今国际同期水平。国内外R-SiC和硅碳棒产品性能的比较：国内外R-SiC和硅碳棒性能的比较：国内R-SiC：密度/g/cm<'3>：2.5-2.6；抗弯强度/Mpa：60；气孔率/％：20-22；使用温度/℃：1400；使用寿命/次：50-100。德国FCT.，R-SiC：密度/g/cm<'3>：2.6-2.7；抗弯强度/Mpa：100-120；气孔率/％：19-16；使用温度/℃：1600-1700；使用寿命/次：＞300。国内硅碳棒：密度/g/cm<'3>：2.5；抗弯强度/Mpa：40；气孔率/％：22；使用温度/℃：1350。日本东海：密度/g/cm<'3>：2.5-2.6；抗弯强度/Mpa：80；气孔率/％：20-22；使用温度/℃：1500-1600。涂敷抗氧化涂层。2)高温硅碳棒产品：硅碳棒几乎是加热温度超过电炉丝发热温度(900℃)时的唯一的一种发热元件。国内自1958年仿制硅碳棒获得成功以来，其生产技术至今仍然停留在近百年前的艾奇逊炉埋烧工艺上，高温硅碳棒的技术始终没有得到突破。存在工艺路线长、材料的杂质含量高和材料抗氧化性能差的问题。硅碳棒的使用温度只能达到1350℃，长寿命高温硅碳棒全部依赖进口。1998年上海东康(日本独资)公司投资560万元美元建设高温硅碳棒生产线，采用重结晶技术制造硅碳棒热端，产品的性能略低于德国的产品。但是，浮法玻璃锡槽用长寿命硅碳棒关键的热端材料-高致密SiC仍然从日本东海公司进口。市场分析：RBSC窑具仍然属于高挡产品，主要应用于高负荷、频繁热冲击和要求高可靠性、长寿命的场合。如微晶玻璃烧结用方梁、立柱，卫生瓷辊道窑的辊棒，匣钵等窑具以及喷嘴、密封件、耐磨蚀件等。中国近期可以PCRBSC取代的窑具需求量就达数千吨。PCRBSC的晶相组织与RBSC完全一样，因此适用于现有RBSC材料的所有应用领域。国内现有总生产能力为200吨/年，产品售价18-30万元/吨，略低于进口产品。R-SiC优异的抗氧化性能和长的循环使用寿命是不容质疑的。R-SiC所具有的高强度使之成为1600℃温度下高载荷窑具的唯一材料。国内近期需求可达到1000吨/年。引进国外技术填补了国内R-SiC产品的空白，但是，生产高性能R-SiC所用的原料-包覆改性的SiC微粉和成型外加剂全部依赖进口。前者的价格高达9万元/吨，这是限制R-SiC推广应用的主要原因。依产品尺寸和种类的不同，国产RBSC陶瓷的价格为10-30万元/吨，国外进口产品的价格为28-35万元/吨，该技术生产PCRBSC窑具的直接生产成本小于4万元/吨。在PCRBSC材料的性能进一步提高和产品的价格进一步降低以后，其应用的领域将会进一步扩展。如在国内外结构陶瓷产品构成中，Al<,2>O<,3>陶瓷占有率达35-38％，其中多数可以以RBSC材料取代。在国际市场上，R-SiC的产值为3亿美元，该项目产品的性能达到国外同类产品的性能，完全可以进入国际市场。国内硅碳棒产品售价约30万元/吨，年产值5500万元。锡槽用高性能硅碳棒年需求量2500万元，进口价格比国产产品高30-100％。硅碳棒的工作温度提高以后，可替代大部分硅钼棒，其市场量约2500万元。因此仅国内市场需求总量达1-3亿元/年。由于国内的硅碳棒的性能低，因此，高温硅碳棒产品易进入国内市场。主要设备投资：保护气氛烧结炉400万元；成型设备65万元；其它设备85万元(场地3000m<'2>、循环冷却水30m<'3>/h、供电1000kw除外)。经济效益和社会效益分析：建设200吨/年PCRBSC生产线设备总投资550万元，销售收入2300万元，可实现利税950万元。以PCRBSC制作窑具可减轻自重20-70％，装炉量增加10-25％，节约能耗10-20％，循环使用寿命达300次以上。推广应用RBSC材料可以节省优质矿物资源，降低环境负荷，减轻环境污染。中国是SiC的第一生产大国，但长期以来SiC是作为初(粗)加工产品低价外销，该产品可以提升SiC产品的档次和提高中国高温窑具的应用水平。该产品的性能达到了世界领先水平，完全可以进入国际市场。