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1.碳化矽窯具簡介
碳化矽 (SiC) 窯具是高溫工業製程中的重要元件，具有無與倫比的熱穩定性、機械強度和耐腐蝕性。碳化矽窯具廣泛應用於陶瓷、冶金和可再生能源等領域，包括揚料器、襯板、燃燒器噴嘴、橫樑和滾筒。本指南將探討其 類型, 技術規格以及 應用利用業界標準和先進製造實務的洞察力。
2.按鍵合方法分類
SiC 窯具根據接合技術進行分類，接合技術會直接影響性能和成本。
| 接合類型 | 主要功能 | 最高使用溫度 (°C) | 常見產品 |
|---|---|---|---|
| 粘土粘結 | 成本低、生產簡單；在高溫下強度有限 | 1400-1500 | Saggars, 墊板 |
| 氧化物結合 | Al₂O₃/SiO₂ 粘結劑；改善抗熱震性 | 1600 | 窯梁、窯柱 |
| 氮化物結合 | Si₃N₄鍵；高機械強度，適合循環加熱 | 1600-1800 | 燃燒器噴嘴、滾筒 |
| 重結晶 (RBSiC) | 純 SiC；超高密度，強度是黏土結合的 10-20 倍 | 2200-2500 | 高性能縮管、管子 |
3.主要產品類型和規格
3.1 碳化矽矽膠 (RBSiC/SiSiC)
- 功能:在燒結過程中保護陶瓷/金屬。
- 規格:
- Al₂O₃ 含量：<1%（高純度 RBSiC）。
- 密度：≥2.6 g/cm³。
- 熱傳導率：40-120 W/m-K。
- 應用:電池陰極燒結（鋰離子）、精密陶瓷。
3.2 碳化矽蝙蝠板
- 設計:用於堆疊陶瓷器皿的平板。
- 優勢:
- 表面平滑：將產品附著力降至最低。
- 耐熱衝擊：可承受每小時 300°C 的溫度波動。
- 等級:RBSiC (高負荷)、SiSiC (低成本)。
3.3 碳化矽燃燒器噴嘴
- 效能:
- 抗氧化性：在 1600°C 氧化氣氛中穩定。
- 耐腐蝕性：煤/生物質燃燒系統的理想選擇。
- 客製化:提供多孔設計，以達到均勻的火焰分佈。
3.4 結構組件（樑、柱、滾輪）
- 橫梁:
- 負載能力：1.5-3 噸/平方米（氮化物結合）。
- 應用：窯車甲板、窯爐支架。
- 滾輪:
- 圓度公差：±0.1 mm (玻璃鋼化線)。
4.技術績效指標
| 參數 | 測試標準 | RBSiC 範圍 | SiSiC 系列 |
|---|---|---|---|
| 孔隙率 | ASTM C20 | 15-20% | 10-15% |
| 冷壓強度 | ASTM C133 | 150-250 MPa | 80-150 MPa |
| 熱膨脹 | ASTM E228 | 4.5×10-⁶/°c (RT-1000°c) | 4.3×10-⁶/°C |
| 熱傳導 | ASTM C201 | 100-120 W/m-K | 40-60 W/m-K |
5.跨產業應用
5.1 陶瓷製造
- 角色:通過輕量級 SiC 設定器降低 30% 的窯爐能耗。
- 案例:在衛生潔具製造過程中，以 SiSiC 棒材板取代氧化鋁盤。
5.2 可再生能源
- 太陽能/光伏:矽晶圓退火用碳化矽滾輪。
- 電池:用於鋰正極燒結 (1600°C) 的 RBSiC 燒結機。
5.3 冶金與化學
- 爐襯:鋁冶煉廠的氮化物結合樑。
- 熱交換器:用於腐蝕性氣體冷卻的 SiC 管。
6.安裝與維護指引
- 安裝:
- 使用石墨墊片防止 SiC 與 SiC 接觸磨損。
- 橫樑預留 2-3 mm 的伸縮間隙。
- 維護:
- 使用壓縮空氣清洗；避免用水清洗，以防熱震。
- 每 50 次加熱循環檢查是否有裂縫。
7.案例研究與產業趨勢
7.1 個案：電動車電池生產中的高效能 Saggers
- 挑戰:在 1500°C 時，氧化鋁斷渣器經常失效。
- 解決方案:含 99% SiC 的 RBSiC 鋸片。
- 結果:壽命從 50 次延長至 200 次。
7.2 新興趨勢
- 需求激增:SiC 半導體生產中的 SiC 窯具 (2025-2030)。
- 永續性:回收廢SiC元件製成磨料。
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