關(guān)于碳化硅，你不知道的事……

碳和硅的原子序數(shù)分別為6和14，在元素周期表中處于碳族元素的第二和第三周期，即上下相鄰的位置。這種位置關(guān)系，表明它們?cè)谀承┓矫婢哂蓄愃频男再|(zhì)。

碳元素在我們的生活中無(wú)處不在，含碳化合物是生命的物質(zhì)基礎(chǔ)。硅也在地殼中的含量巨大，尤其是它在半導(dǎo)體和現(xiàn)代通訊業(yè)中的應(yīng)用，推動(dòng)了人類文明的發(fā)展。

在化學(xué)的世界里，碳和硅是同一族的親兄弟；在我們生活的地球上，他們共存了數(shù)十億年，卻沒(méi)有結(jié)成生死與共的牢固友誼，自然界中的碳化硅礦石十分罕見(jiàn)。

1824年，瑞典科學(xué)家Jons Jakob Berzelius在合成金剛石時(shí)觀察到碳化硅（SiC）的存在，就此拉開(kāi)了人類對(duì)于碳化硅材料研究的序幕。直到1891年，美國(guó)人E.G. Acheson在做電熔金剛石實(shí)驗(yàn)時(shí)，偶然得到了碳化硅。當(dāng)時(shí)誤認(rèn)為是金剛石的混合體，故取名金剛砂。

純碳化硅是無(wú)色透明的晶體。工業(yè)碳化硅因所含雜質(zhì)的種類和含量不同，而呈淺黃、綠、藍(lán)乃至黑色，透明度隨其純度不同而異。碳化硅晶體結(jié)構(gòu)分為六方或菱面體的 α-SiC和立方體的β-SiC（稱立方碳化硅)。α-SiC由于其晶體結(jié)構(gòu)中碳和硅原子的堆垛序列不同而構(gòu)成許多不同變體，已發(fā)現(xiàn)70余種。

中國(guó)碳化硅與先進(jìn)水平的差距主要集中在四個(gè)方面：一是在生產(chǎn)過(guò)程中很少使用大型機(jī)械設(shè)備，很多工序依靠人力完成，人均碳化硅產(chǎn)量較低；二是在碳化硅深加工產(chǎn)品上，對(duì)粒度砂和微粉產(chǎn)品的質(zhì)量管理不夠精細(xì)，產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性不夠；三是某些產(chǎn)品的性能指標(biāo)與發(fā)達(dá)國(guó)家同類產(chǎn)品相比有一定差距；四是冶煉過(guò)程中一氧化碳直接排放。

碳化硅的制品之一的碳化硅陶瓷具有的高硬度、高耐腐蝕性以及較高的高溫強(qiáng)度等特點(diǎn)，這使得碳化硅陶瓷得到了廣泛的應(yīng)用。如今，碳化硅的應(yīng)用已從早期的磨料，發(fā)展到軸承、半導(dǎo)體、航空航天和化學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域。微反應(yīng)器由于化學(xué)品和微通道內(nèi)壁超高的接觸表面積，對(duì)內(nèi)壁材質(zhì)的要求非常嚴(yán)苛。微通道反應(yīng)器也成為了碳化硅的一個(gè)重要應(yīng)用。究竟什么樣的碳化硅適用于制造微通道反應(yīng)器嗎？

一、微反應(yīng)器的材質(zhì)需要*的耐化學(xué)腐蝕性

與化學(xué)反應(yīng)有關(guān)。當(dāng)然，構(gòu)成微反應(yīng)器的材質(zhì)需要*的耐化學(xué)腐蝕性。

從表1的數(shù)據(jù)可以看出，在40%濃度HF的腐蝕下，康寧UniGrain™碳化硅的抗腐蝕性比市場(chǎng)上供應(yīng)的碳化硅好300倍。在30%濃度氫氧化鈉的條件下，康寧碳化硅的抗腐蝕性也明顯優(yōu)與市場(chǎng)上供應(yīng)的碳化硅。

哈氏合金是一種被大家所熟知、具有良好抗腐蝕性和熱穩(wěn)定性的材料。那我們的Unigrain™碳化硅與這種超抗腐蝕材料相比，是否能更勝*呢？

通過(guò)表2中數(shù)據(jù)可以看出，Unigrain™碳化硅在40%HF、220℃條件下的年腐蝕量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于哈氏合金HC-2000，HC-22, HC-276，Inconel 625在20%HF、52℃條件下的年腐蝕量。

 二、高純度 - 材料的均勻性

微反應(yīng)器通道尺寸小，如何保證通道無(wú)死區(qū)，物料無(wú)殘留呢？一方面與微反應(yīng)器通道的設(shè)計(jì)有關(guān)，另一方面與反應(yīng)器材質(zhì)有關(guān)。用掃描電鏡SEM對(duì) Corning® UniGrain™ 碳化硅進(jìn)行了材料微結(jié)構(gòu)分析。

結(jié)果顯示，UniGrain™碳化硅燒結(jié)粒度很小，在 5 ~ 20 µm之間，并且結(jié)構(gòu)致密且均勻。因此反應(yīng)通道表面平滑，確保了反應(yīng)的穩(wěn)定性。通過(guò)下列電鏡對(duì)比圖，很容易發(fā)現(xiàn)，市場(chǎng)上的碳化硅燒結(jié)粒度和微結(jié)構(gòu)均勻度與UniGrain™碳化硅有明顯的差異。

三、耐冷熱沖擊

為了適應(yīng)化學(xué)反應(yīng)中不斷出現(xiàn)的高溫或低溫條件，微通道反應(yīng)器材料還需要具有高度耐冷熱沖擊的性能?？祵?/span>UniGrain™ 碳化硅擁有超4x10-6/ºC的低熱膨脹系數(shù), 確保了反應(yīng)器能抵抗反應(yīng)帶來(lái)的大量冷熱沖擊。

做好反應(yīng)器，材料是根本！碳化硅有70多種晶型，康寧UniGrain™碳化硅和普通碳化硅不一樣；就像康寧鍋和其它玻璃鍋不一樣；康寧大猩猩蓋板玻璃和其它玻璃不一樣。

除了上訴的三點(diǎn)以外，UniGrain™碳化硅還擁有110~180 W/m.K（常溫）超高導(dǎo)熱性，15MPa超高模塊暴裂壓力。并且它沒(méi)有周期性疲勞，使用壽命長(zhǎng)達(dá)20年以上。

四、康寧zhuan利結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

康寧微通道反應(yīng)器采用模塊化結(jié)構(gòu)：*“三明治”多層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 集“混合/反應(yīng)”和“換熱”于一體，精準(zhǔn)控制流體流動(dòng)分布，極大地提升了單位物料的反應(yīng)換熱面積 （1000倍）。Zhuan利的“心型”通道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，高度強(qiáng)化非均相混合系列，提高混合/傳質(zhì)效率 （100 倍)?？祵幰钥蛻粜枨鬄閷?dǎo)向，提供從入門(mén)教學(xué) 、工藝研發(fā) –到工業(yè)化生產(chǎn)全周期解決方案。

康寧反應(yīng)器技術(shù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)聲明

康寧致力于向客戶提供業(yè)內(nèi)的產(chǎn)品和服務(wù)，并持續(xù)投入反應(yīng)器技術(shù)的研發(fā)?？祵帗碛幸幌盗懈采w的反應(yīng)器技術(shù)Zhuan利，截止至2019年3月5日，康寧在范圍內(nèi)共申請(qǐng)相關(guān)Zhuan利224項(xiàng)，已授權(quán)157項(xiàng)，其中中國(guó)授權(quán)Zhuan利34項(xiàng)。制造或銷售康寧Zhuan利所覆蓋的產(chǎn)品或使用康寧Zhuan利所保護(hù)的工藝需獲得康寧授權(quán)。未經(jīng)授權(quán)擅自使用康寧Zhuan利即構(gòu)成侵權(quán)?？祵帉?duì)侵犯知識(shí)產(chǎn)權(quán)的行為零容忍，將采取一切必要的手段保護(hù)其知識(shí)產(chǎn)權(quán)。

五、全周期解決方案

•康寧碳化硅反應(yīng)器能處理所有化學(xué)體系包括HF和高溫強(qiáng)堿體系，超高的混合，反應(yīng)，換熱性能；

•可針對(duì)研發(fā)平臺(tái)的需求，調(diào)整模塊數(shù)量，靈活拆分組合來(lái)實(shí)現(xiàn)不同工藝路線；

•可根據(jù)項(xiàng)目需要，與G1玻璃反應(yīng)器組合使用，使得裝置好用而且“看得見(jiàn)”；

•適用于工藝快速篩選、工藝優(yōu)化和小噸位批量合成生產(chǎn)；

•國(guó)內(nèi)已有相當(dāng)多企業(yè)建立了數(shù)百套多功能平臺(tái)和數(shù)十套工業(yè)化裝置。

每一臺(tái)康寧微通道反應(yīng)器，都凝聚著康寧科學(xué)家160多年對(duì)材料科學(xué)和工藝制造的專業(yè)知識(shí)和寶貴經(jīng)驗(yàn)！