Карбид кремния в природе встречается крайне редко; почти весь карбид кремния для абразивоструйной обработки, шлифовальных шкурок и кругов производят синтетически. Производство до сих пор основано на печи Ачесона, разработанной в конце XIX века. В этой статье пошагово разбираем, как производят карбид кремния — от сырья до рассеянного абразивного зерна. О свойствах материала — в статье что такое карбид кремния.
Сырьё: кварцевый песок и углерод
У карбида кремния два основных вида сырья:
- Кварцевый песок: песок высокой чистоты служит источником кремния.
- Источник углерода: обычно нефтяной кокс.
- Добавки: некоторые производители вводят другие материалы для газопроницаемости шихты или удаления примесей.
Чистота сырья напрямую влияет на цвет и чистоту получаемого карбида кремния. Шихту готовят в заданных пропорциях и загружают в печь.
Преимущество синтетического производства — управляемое качество. Если сохранять соотношение сырья, режим печи и тщательность сортировки, от партии к партии получается зерно со сходными свойствами. Для участков обработки это означает стабильный результат при тех же настройках и более предсказуемый расход абразива.
Как работает печь Ачесона?
Печь Ачесона — это печь сопротивления. В её центре между двумя электродами располагают графитовый керн, вокруг которого насыпают шихту. При пропускании большого тока керн нагревается за счёт сопротивления и разогревает окружающую шихту до очень высоких температур. При этом кремнезём реагирует с углеродом, образуются кристаллы карбида кремния и выделяется угарный газ.
Цикл производства длительный, и после нагрева печи также нужно время на остывание. История и принцип метода — в статье Википедии об Acheson process (на английском).
Разборка печи и зоны кристаллизации
При разборке остывшей печи вокруг графитового керна видны слои:
- Зона у керна: здесь образуются самые крупные и чистые кристаллы — основное сырьё для абразива.
- Промежуточная зона: более мелкие кристаллы и материал меньшей чистоты; обычно идёт в другие сорта.
- Внешний слой: не полностью прореагировавшая шихта; часто её используют в следующей загрузке.
Зоны разбирают вручную или механически. Тщательность сортировки — один из этапов, определяющих чистоту и качество зерна.
Дробление, промывка и рассев
Отобранные куски карбида кремния постепенно дробят. Материал очень твёрдый и хрупкий, поэтому при дроблении даёт угловатые зёрна с острыми кромками. На нашей странице продукта форма зерна чёрного карбида кремния также указана как «угловатая и острая», а твёрдость — 9–9,5 по шкале Мооса.
- Дробление и помол: зерно доводят до нужного диапазона размеров.
- Промывка и химическая очистка: удаляют свободный углерод, кремнезём и металлические примеси.
- Магнитная сепарация: отделяют частицы железа от дробильного оборудования.
- Рассев: зёрна классифицируют по макрозернистости FEPA; на нашей странице продукта, например, для F60 указано 212–300 мкм, для F220 — 45–75 мкм.
Общий подход к выбору зернистости — в нашем руководстве по выбору фракции.
Почему разделяют чёрный и зелёный карбид кремния
Оба получают одним и тем же способом; разница — в чистоте сырья и режиме печи. Карбид кремния из более чистого сырья получается зелёным и более чистым; чёрный содержит больше примесей и имеет чуть более вязкую структуру. В нашем ассортименте как абразив для обработки представлен чёрный карбид кремния. О разнице в применении — в статье что такое карбид кремния.
Как производство влияет на обработку
Технология производства напрямую определяет несколько свойств, заметных при работе:
- Острота: угловатые зёрна быстро режут твёрдые поверхности; раскалываясь в работе, они образуют новые кромки.
- Чистота: в хорошо отсортированном и промытом продукте мало свободного углерода и пыли; поверхность чище.
- Гранулометрия: правильный рассев даёт более равномерный профиль.
О применении карбида кремния на стекле, камне, керамике и твёрдых металлах — в статье применение карбида кремния, о сравнении твёрдости с электрокорундом — в статье твёрдость электрокорунда.
Часто задаваемые вопросы
Карбид кремния природный или синтетический?
В природе он встречается крайне редко, поэтому почти весь промышленный карбид кремния синтетический. Его получают реакцией кварцевого песка с источником углерода, например нефтяным коксом, в электропечи сопротивления.
Что такое печь Ачесона?
Печь сопротивления с графитовым керном между двумя электродами в центре. Ток через керн нагревает окружающую шихту из кремнезёма и углерода, и образуются кристаллы карбида кремния.
Почему карбид кремния раскалывается с такими острыми кромками?
Это очень твёрдый и хрупкий материал. При дроблении и в работе он раскалывается на остроугольные частицы, что обеспечивает быстрое резание твёрдых поверхностей.
Запросите цену на карбид кремния
Сообщите обрабатываемый материал, оборудование и нужную поверхность — вместе подберём зернистость. Весь ассортимент — на странице продукции, цену на чёрный карбид кремния — по форме запроса.
