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金刚砂作为最硬的碳化硅研磨材料,在工业上得到了首次应用

   在合成材料中,钻石也是一种有趣的材料。其成分为SiC,是一种高硬度、重要技术价值的人造材料。目前,世界钻石砂年产量已超过1000万吨。

  众所周知,金刚砂是由一种晶体碳组成的,而金刚石砂是由碳和硅组成的。在元素周期表中,碳和硅属于同一组元素,因此它们的性质非常相似。它们都是难熔的和硬破碎的晶体。

  像钻石一样,钻石的晶体可以产生各种折射并发光。金刚石砂的硬度为9 mohs(金刚石为10 mohs),也是世界上最硬的材料之一。

  准钻石是从云母橄榄岩中提取的,云母橄榄岩是一种角砾岩,首次发现钻石。可以看出,这两种矿物具有相似的形成条件。但它们在地球上是稀缺的。

  目前,人造金刚砂是用电炉制造的。所用原材料为细石英砂和优质焦炭。在高温下,碳首先被氧化和分解;碳在氧化硅中聚集,以捕获氧并还原硅。在高温下,硅升华并与未使用的焦炭反应,形成碳化硅或金刚石。

  将盐和锯末加入原料中,在反应混合物中形成足够的孔,以除去释放的气体。

  碳化硅是在1600摄氏度下形成的,但六角形排列开始于1900000摄氏度,并逐渐成长为大晶体。这个过程大约需要30到40个小时。

  然后,慢慢冷却熔炉,取出未反应的原材料、反应的中间产物和我们想要的钻石。

  工业上使用的人造金刚砂(包括SiC97%)通常是有色的,最常见的是黑色或绿色。这些颜色与钻石中的其他杂质有关。

  金刚砂是工业上首次用作研磨材料。如前所述,它具有很高的硬度,可用于陶瓷、大理石、花岗岩、青铜等硬质材料的磨削。但由于金刚石的脆性,其应用范围小于刚玉(氧化铝)。

  有时人们利用金刚砂的耐磨性渗透到建筑材料、铺路道路上,如火车站或地铁站,每天有成千上万的人进出,以保证路面的耐久性。虽然行人的鞋底比锦标赛的鞋底更容易磨损,但在拥挤的地方经常修人行道更困难。因此,首先要考虑的是路面的强度和耐磨性。

  金刚砂在冶金和化学工业中也被广泛使用,因为它除了质地坚硬外,还有其他优异的性能:对氧和大多数酸的稳定性。因此,只有硝酸和氢氟酸的混合酸才能腐蚀它。磷酸只能在230摄氏度以上的温度下起作用。因此,耐酸材料在自然界并不常见。

  纯碳化硅一般不导电,但如果碳硅比合适,它可以成为半导体。与其他半导体如硅和锗不同,这种半导体是一种特殊的半导体材料,即使在温度高达1000度时也具有半导体特性。半导体碳化硅的制备方法不同于人造金刚石。


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