多热源体系冶炼SiC反应动力学及其应用

通过实验现象的观察、测量、数值模拟、计算、作图和实验验证，研究多热源体系的分子筛效应、各圈层物质的反应机理步骤、限制环节尤其是SiO2质液相层的结构特征和移动速率与气相物质扩散的关系；建立各圈层的反应动力学方程，研究各圈层反应动力学条件和传热传质对反应动力学的影响，建立体系反应进程控制模型，并在大型实验炉开展验证性实验。获得体系的分子筛效应和SiO2质液相层结构和移动规律方面的科学认识；摸清各圈层气相物质的种类、浓度及扩散规律、输运动力学特征与条件；摸清各圈层反应机理步骤和限制环节、反应速率规律和反应适宜条件；摸清传热传质过程对反应动力学的影响规律；摸清在不同动力学条件下体系内电阻-反应速度-反应时间-SiC产率之间的关系及其规律，获得体系反应进程控制的科学方法。为SiC工业的节能高效生产和科学控制提供技术基础。研究成果可直接应用于指导工业冶炼SiC生产实践。

中国是世界上最大的碳化硅生产国和出口国，其产量已达到世界产量的70%左右。但由于我国SiC生产技术落后导致这类产业能耗高、品质差、生产效率低、资源浪费大、产品市场竞争力不强。本项目在SiC工业冶炼新技术的开发中，就如何认识并掌握多热源体系的反应动力学规律、实现节能和高效生产方面的共性科学问题开展研究。通过开展动力学实验观测和计算机模拟研究、各圈层内气体组元、能量流扩散和强度变化规律研究、不同反应动力学条件下各圈层传热传质速度、SiO2液相层移动对各圈层反应的影响以及SiC合成过程动力学机理研究和多方向能量流和物质流扩散机理等研究，获得了体系的分子筛效应和SiO2质液相层结构和移动规律方面的科学认识；摸清了各圈层气相物质的种类、浓度及扩散规律、输运动力学特征与条件；摸清了各圈层反应机理步骤和限制环节、反应速率规律和反应适宜条件；摸清了传热传质过程对反应动力学的影响规律；摸清了在不同动力学条件下体系内电阻-反应时间和温度-反应时间之间的关系，建立了能反映合成反应进程的电阻-反应时间和温度-反应时间之间关系的控制模型，获得了体系反应进程控制的科学方法，并在大型实验炉和工业生产炉上开展了验证性实验。本研究成果可直接应用于指导工业冶炼SiC生产实践，为SiC工业的节能高效生产和科学控制提供技术基础。取得的具体成果有：在国内外核心期刊发表论文13篇，其中被EI收录4篇（次），ISTP收录1篇（次），获国家发明专利3项，获陕西省科技进步三等奖1项，多热源合成SiC新技术推广建设生产线13条，累计创产值30亿余元。