[發明專利]制造碳化硅的方法

有效

• 申請號: 201280033392.0
• 申請日: 2012-07-03
• 公開（公告）號: CN103827029A
• 公開（公告）日: 2014-05-28
• 發明（設計）人: B.阿萊奧納爾;S.迪皮埃羅;M.施瓦茨
• 申請（專利權）人: 歐洲耐火材料制品公司
• 主分類號: C01B31/36
• 分類號: C01B31/36
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 黃念;林森

本發明涉及制造碳化硅的新方法。

因其合成所需的特殊條件（非常高的溫度，高還原性氣氛），碳化硅是一種自然狀態下極為罕見的材料。但是，這種材料具有非常多的優點，主要是由于其非常高的硬度及其耐火性質。其尤其用作磨料或用于制造爐，但是近來用作寬頻帶半導體。根據另一種更新的應用，其還用作制造微粒過濾器用的多孔材料。所有這些應用證明以下事實：當前對這種材料的需求極大并與日俱增。

如已知的那樣，可能通過在碳-基前體上的硅的高溫作用或通過用碳-基前體還原硅前體來合成碳化硅。

更具體而言，根據第二種方式，基本上由碳-基源和二氧化硅源制造碳化硅。

最常見的制造方法是艾其遜法，其包括電加熱在兩種原材料的混合物中心處的電阻器以便在高于1500℃，甚至遠高于2000℃的溫度在反應區域中心處引發該簡化反應：

SiO₂?+?3C?=?SiC?+?2CO??????????（1）。

如已知的那樣，大量氣體通常排放到露天，無論是在加熱爐的階段的過程中、在碳化硅合成階段的過程中或是在冷卻的過程中。

二氧化硅源通常是純度大于95%的SiO₂（優選大于99%的SiO₂）的沙子。碳的來源通常且優選為石油焦（石油蒸餾的殘余物）。石油焦的礦物灰分低（通常低于1%，根據ISO?1171測得）。其還含有硫（根據ISO?19579，通常為0.2%至5%）和揮發性物類（根據ISO?562，通常大約10%）。

在本說明書中，除非另行描述，所有百分數基于干物質以重量百分比給出。

在此類石油焦中，元素氫重量含量（在本說明書中也稱為EHWC）通常為大約4%。本發明的EHWC值根據ISO?TS?12902標準測得。

在SiC制造過程中使用此類焦炭因產生有害的氣態物類，如H₂、CH₄、H₂S、SO₂、硫醇、氨-基化合物和芳族有機物而會在健康、安全或環境（HSE）方面產生不合意的影響。

取決于碳源，還會大量釋放焦油或PAH（多環芳族烴）類型的可冷凝物類，這些物類從HSE的角度來看也是不合意的。應注意的是，純碳源（>99%的C）昂貴得多，不適合大量生產。

為了解決在艾其遜法過程中釋放氣體的問題，專利US?3,976,829描述了包含氣體收集方法的制造SiC的方法。更具體而言，在該公開中提出了在位于艾其遜爐電阻器周圍的反應混合物上方附加額外的覆蓋裝置，其連接到用于收集合成SiC過程中排放的氣態產物的裝置。隨后將收集的氣體處理和/或燃燒，以防止有害的還原氣體的排放。然而，這種技術需要熟練的操作和精細的工藝控制。特別地，來自該工藝的氣體是有毒和/或爆炸性的，通常該氣體混合物包含大約50體積%的CO和30體積%的H₂。此類混合物引發和需要對蓋子下存在的氣體的非常精細和困難的控制。由于艾其遜法如已知那樣會因局部過壓而發生氣體噴發，此類控制甚至更為困難。在此類現象過程中，位于爐頂部的蓋子會迅速喪失其效用，并且更糟糕的是，在極端情況下會由于在爐上方貯存潛在不可控體積的爆炸性氣體而發生大爆炸。此外，在艾其遜法過程中大量排放可冷凝物類（PAHs）導致用于收集和排放該氣體的管道與其它裝置的快速堵塞，這使得此類設備的管理昂貴且復雜。

根據第一方面，本發明的目的是提出一種由載有含氫化合物（也就是說，在開始時具有至少2%、或甚至至少3%的含氫重量百分比的化合物）的焦炭，非常特別為石油焦、煤焦炭或來自生物物質的焦炭制造SiC的替代方法，該方法能夠限制爐升溫、SiC合成和爐冷卻階段過程中有害物類的釋放。

在不離開本發明的范圍的情況下，還可以使用其它碳源，如來自生物質或來自煤的焦炭。

更具體而言，通過應用本方法，能夠在制造SiC的方法的過程中獲得許多優點：

-?氣體（除了CO，其對反應(1)是固有的）與可冷凝物類（PAHs）的排放以及它們的不合意作用（毒性風險、臭味、過壓）方面的降低，尤其在排放到露天的情況下，

-?特別地，在弱結合的硫餾分的含硫氣體排放方面的降低，以及在氨-基化合物排放方面的降低，

-?通過碳-基粒子的聚集除去細小粒子（施以飛離）。

根據另一方面，作為本發明主題的方法在其特定實施條件下與通常條件下進行的艾其遜類方法相比能夠附加地降低形成SiC的總反應的能耗，特別是爐的電能消耗。