碳化硅陶瓷材料综述

碳化硅陶瓷(SiC)是一种含硅和碳的先进陶瓷材料。它在自然界中作为极其罕见的矿物碳硅石出现，自1893年以来，合成SiC粉末已被大量生产用作磨料，碳化硅颗粒可以通过烧结结合在一起，形成非常坚硬的陶瓷。

随着现代国防、核能和航天技术、汽车工业、海洋工程的快速发展，对材料的要求越来越高，迫切需要开发各种新型高性能结构材料。碳化硅陶瓷材料具有高温强度高、耐磨性好、热膨胀系数小、硬度高、抗热震、耐化学腐蚀等优良特性，因此广泛应用于汽车、机械化工、环境保护、空间技术、信息电子、能源等领域。碳化硅已经成为许多工业领域不可替代的性能优异的结构陶瓷。

具体例子来说，碳化硅陶瓷在石油化工行业中被广泛用作耐腐蚀的容器和管道，在机械行业中也被成功应用于各种轴承、刀具和机械密封零件，除此之外，碳化硅还被认为是未来航空航天和汽车行业生产燃气轮机、火箭喷嘴和发动机部件的最有前途的候选材料。

二.碳化硅陶瓷的基本特性

1.化学性质

氧气反应中的温度达到1300 ℃时，碳化硅晶体表面会形成一层二氧化硅保护层，随着保护层的增厚，内部的碳化硅被阻止继续结合，使得碳化硅具有良好的抗化学性能，在耐酸、耐碱、耐复合方面，碳化硅因为有二氧化硅保护膜的效用，耐酸性强，但耐碱性差。

2.物理性能

各种碳化硅晶体的密度差不多，通常为3.20 g/mm，碳化硅的硬度为9.5 Mohs，努普硬度为2670–2815kg/mm，在磨料中高于刚玉，仅次于金刚石、立方氮化硼和碳化硼，碳化硅陶瓷的热导率和抗热震性很高，热膨胀参数小，是一种优质的耐火材料。

3.电特性

恒温工业碳化硅陶瓷是一种半导体，属于杂质导电性，高纯碳化硅的内阻随着温度的升高而降低。不同杂质的碳化硅电导率也不同。

4.良好的亲水性 

众所周知，SiC是一种共价键很强的化合物，根据Pauling对电负性的计算，SiC中Si-C键的离子性仅为12%左右，因此，SiC具有高硬度、大弹性模量和良好的耐磨性，值得指出的是，SiC氧化时表面形成的二氧化硅层会抑制氧的进一步扩散，因此其氧化速率较低。

5.碳化硅陶瓷的发展历史

碳化硅是美国人艾奇逊在1891年熔融金刚石实验中偶然发现的一种碳化物，当时被误认为是钻石的混合物，1893年，艾奇逊发明了一种工业冶炼碳化硅的方法，俗称艾奇逊炉。这种方法一直沿用到现在，它使用含碳材料作为电阻炉的核心，并电加热石英二氧化硅和碳的混合物以形成碳化硅。

三、碳化硅陶瓷的应用领域

碳化硅陶瓷主要有四个应用领域:功能陶瓷、高级耐火材料、磨料和冶金原料，碳化硅的原料可以大量供应，并不能算是高科技产品，技术含量极高的纳米碳化硅粉体的应用也无法在短时间内形成规模经济。 (1)作为磨料，可用作磨具，如砂轮、油石、磨头、沙瓦等。 (2)作为冶金脱氧剂和耐高温材料。 (3)可用于制造半导体和碳化硅纤维的高纯度单晶。

主要用途:用于3-12英寸单晶硅、多晶硅、砷化钾、石英晶体等线切割，太阳能光伏产业、半导体产业、压电晶体产业工程加工材料，用于半导体、避雷针、电路元件、高温应用、紫外探测器、结构材料、天文学、盘式制动器、离合器、柴油机微粒过滤器、灯丝高温计、陶瓷膜、切割工具、加热元件、核燃料、珠宝、钢铁、护具、催化剂载体等领域。