Войти
процесс Ачесонабыл изобретен Эдвардом Гудричем Ачесоном для синтеза карбида кремния (SiC) и графит.
Процесс состоит из нагревания смеси диоксида кремния (SiO 2 ) в виде диоксида кремния или кварцевого песка и углерода в его элементальная форма в виде порошка кокс в чугунной чаше.
В печи расплавляется диоксид кремния, который иногда также содержит другие добавки, вокруг графитового стержня, который служит стержнем. Через графит пропускают электрический ток, который нагревает смесь до 1700–2500 ° C. Результатом карботермической реакции является слой карбида кремния (особенно в его альфа- и бета-фазах), формирующийся вокруг стержня и выделяющий монооксид углерода (CO). При производстве карбида кремния протекают четыре химические реакции:
Этот общий процесс в высокой степени эндотермический с чистой реакцией:
В 1890 году Ачесон попытался синтезировать алмаз, но в итоге создал голубые кристаллы карбида кремния, которые он называется карборунд. Он обнаружил, что кремний испаряется при перегреве, оставляя графит. Он также обнаружил, что, начиная с углерода вместо карбида кремния, графит производился только тогда, когда присутствовала примесь, такая как кремнезем, которая могла привести к первому образованию карбида. Он запатентовал процесс производства графита в 1896 году. Обнаружив этот процесс, Ачесон разработал эффективную электрическую печь, основанную на резистивном нагреве, конструкция которой сегодня является основой большинства производств карбида кремния.
Первый коммерческий завод, использующий процесс Acheson, был построен компанией Acheson в Ниагара-Фолс, Нью-Йорк, где гидроэлектростанции поблизости могут производить дешевую электроэнергию, необходимую для энергоемкого процесса. К 1896 году компания Carborundum произвела 1 миллион фунтов карборунда. Многие современные установки по производству карбида кремния используют ту же базовую конструкцию, что и первая установка Acheson. На первом заводе в песок добавляли опилки и соль для контроля чистоты. Добавление соли было исключено в 1960-х годах из-за коррозии стальных конструкций. На некоторых заводах добавление опилок было остановлено для сокращения выбросов.
Схема соответствующей печи для продольной графизации Castner, легенда такая же, как для печи AchesonДля производства изделий из синтетического графита угольный порошок и диоксид кремния смешиваются со связующим , например, деготь, и запекают после придания ему формы, такой как электроды или тигли. Затем они окружены гранулированным углеродом, действующим как резистивный элемент, который их нагревает. В более производительной печи для продольной графитации Castner изделия, подлежащие графитизации, например стержни нагреваются напрямую, помещая их в продольном направлении встык в контакт с угольными электродами, так что через них течет ток, а окружающий гранулированный углерод действует как теплоизолятор, но в остальном печь аналогична конструкции Acheson.
Для завершения работы процесс выполняется примерно 20 часов при 200 В с пусковым током 300 A (60 кВт ) для печи длиной примерно 9 метров, шириной 35 см и глубиной 45 см, а сопротивление падает по мере нагрева углерода из-за отрицательного температурного коэффициента, вызывая увеличение тока. Остывание занимает недели. Чистота графита, достижимая с помощью этого процесса, составляет 99,5%.
Карбид кремния был полезным материалом в ювелирном производстве из-за его абразивных свойств, и это было первое коммерческое применение Acheson
Первые светоизлучающие диоды были изготовлены с использованием карбида кремния по технологии Ачесона. Возможное использование карбида кремния в качестве полупроводника привело к развитию процесса Lely, который был основан на процессе Ачесона, но позволял контролировать чистоту кристаллов карбида кремния.
Графит стал ценным смазочным материалом и для производства электродов высокой чистоты.
