視頻：碳化硅陶瓷介紹

概要：SiC陶瓷不僅具有優(yōu)良的常溫力學(xué)性能，如高的抗彎強度、優(yōu)良的抗氧化性、良好的耐腐蝕性、高的抗磨損以及低的摩擦系數(shù)，而且高溫力學(xué)性能(強度、抗蠕變性等)是已知陶瓷材料中最佳的。抗氧化性也是所有非氧化物陶瓷中最好的。工作溫度可達1600 ~ 1700攝氏度。

知識點名稱：碳化硅陶瓷

關(guān)鍵詞：金剛砂,碳化硅,SiC,窯具,研磨

相關(guān)概念和介紹：

SiC陶瓷不僅具有優(yōu)良的常溫力學(xué)性能，如高的抗彎強度、優(yōu)良的抗氧化性、良好的耐腐蝕性、高的抗磨損以及低的摩擦系數(shù)，而且高溫力學(xué)性能(強度、抗蠕變性等)是已知陶瓷材料中最佳的。熱壓燒結(jié)、無壓燒結(jié)、熱等靜壓燒結(jié)的材料，其高溫強度可一直維持到1600℃，是陶瓷材料中高溫強度最好的材料?？寡趸砸彩撬蟹茄趸锾沾芍凶詈玫摹e名金剛砂。

碳化硅主要有兩種晶體結(jié)構(gòu)，即立方晶系的β- SiC和六方晶系的α- SiC。碳化硅晶體的基本結(jié)構(gòu)單元是相互穿插的SiC和CSi四面體。四面體共邊形成平面層，并以頂點與下一疊層四面體相連形成三維結(jié)構(gòu)。由于四面體堆積次序的不同可以形成不同的結(jié)構(gòu)，已發(fā)現(xiàn)數(shù)百種變體。一般采用字母C(立方)、H(六方)、R(菱方)米表示其晶格類型，并用單位晶胞中所含的層數(shù)以示區(qū)別，例如nH表示沿c軸有n層重復(fù)周期的六方晶系結(jié)構(gòu)，而mR則表示沿c軸有m層重復(fù)周期的菱面體結(jié)構(gòu)。

碳化硅(SiC) 是共價鍵很強的化合物，其Si–C鍵的離子型僅12%左右，因此，它也具有優(yōu)良的力學(xué)性能、優(yōu)良的抗氧化性、高的抗磨損性以及低的摩擦系數(shù)等。碳化硅的最大特點是高溫強度高，普通陶瓷材料在1200 ~ 1400攝氏度時強度將顯著降低，而碳化硅在1400攝氏度時抗彎強度仍保持在500 ~600MPa的較高水平，因此其工作溫度可達1600 ~ 1700攝氏度。再加上碳化硅陶瓷的熱傳導(dǎo)能力也較高，在陶瓷中僅次于氧化鈹陶瓷，因此碳化硅已經(jīng)廣泛應(yīng)用于高溫軸承、防彈板、噴嘴、高溫耐蝕部件以及高溫和高頻范圍的電子設(shè)備零部件等領(lǐng)域。

SiC質(zhì)制品因制備方式、應(yīng)用領(lǐng)域及形態(tài)等而多種多樣。SiC陶瓷作為其中的一種，是陶瓷領(lǐng)域的一種高性能材料，尤其偏向于高強度、高硬度以及耐高溫性能等，按其燒結(jié)方式可分為：反應(yīng)燒結(jié)碳化硅(RBSiC)、無壓固相燒結(jié)碳化硅(SSiC)、液相燒結(jié)碳化硅(LSiC)、熱壓燒結(jié)碳化硅(HPSiC)和再結(jié)晶碳化硅(RSiC)等。

RBSiC和RSiC是最早出現(xiàn)的，但代表著SiC制品的最低和最高制備溫度的極限。前者具有較高的致密度，但存在較高的殘留硅，導(dǎo)致高溫性能不佳后者因存在較高的孔隙率而強度較低，而因其較高的純度以及沒有晶界雜質(zhì)相而具有較高的高溫強度，常用于高溫結(jié)構(gòu)材料。

反應(yīng)燒結(jié)碳化硅陶瓷是一種工藝品，由細顆粒α-SiC和添加劑壓制成素坯，在高溫下與液態(tài)硅接觸，坯體中的碳與滲入的Si反應(yīng)，生成β-SiC，并與α-SiC相結(jié)合，游離硅填充了氣孔，從而得到高致密性的陶瓷材料。其可以在中等濃度的酸或堿介質(zhì)中使用。塑性劑燃燒或熱解為多孔的炭,液態(tài)或氣態(tài)的硅與無定型碳或石墨反應(yīng)生成SiC。反應(yīng)生成的SiC多晶與SiC粉連成一體,過量的硅[~10%(vol)]填充了微孔得到無氣孔的制品。25度彎曲強度可達400-600MPa,熔點(1410度)強度250MPa,彈性模量約為115MPa 。

重結(jié)晶碳化硅也稱作再結(jié)晶碳化硅，它以高純超細碳化硅為原料，碳化硅在2400℃高溫及一定壓力的氣氛保護下，發(fā)生蒸發(fā) – 凝聚再結(jié)晶作用，在顆粒接觸處發(fā)生顆粒共生形成的燒結(jié)體。其基本不收縮，但具有一定數(shù)量孔隙。

應(yīng)用:

碳化硅陶瓷是從20世紀(jì)60年代開始發(fā)展起來的，之前碳化硅主要用于機械磨削材料和耐火材料。世界各國對先進陶瓷的產(chǎn)業(yè)化十分重視，現(xiàn)在已經(jīng)不僅僅滿足于制備傳統(tǒng)碳化硅陶瓷，生產(chǎn)高技術(shù)陶瓷的企業(yè)發(fā)展更快，尤其是發(fā)達國家。近幾年以碳化硅陶瓷為基的復(fù)相陶瓷相繼出現(xiàn)，改善了單體材料的韌性和強度。碳化硅主要的四大應(yīng)用領(lǐng)域，即功能陶瓷、高級耐火材料、磨料及冶金原料。

SiC的最初應(yīng)用是由于其超硬性能，可制備成各種磨削用的砂輪、砂布、砂紙以及各類磨料，因而廣泛應(yīng)用于機械加工行業(yè)。第二次世界大戰(zhàn)中又發(fā)現(xiàn)它還可以作為煉鋼時的還原劑以及加熱元件，從而促進了SiC的快速發(fā)展。SiC陶瓷在石油、化工、微電子、汽車、航天、航空、造紙、激光、礦業(yè)及原子能等工業(yè)領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，碳化硅已經(jīng)廣泛應(yīng)用于高溫軸承、防彈板、噴嘴、高溫耐蝕部件以及高溫和高頻范圍的電子設(shè)備零部件等領(lǐng)域。

有色金屬冶煉領(lǐng)域：利用碳化硅具有耐高溫,強度大,導(dǎo)熱性能良好,抗沖擊,作高溫間接加熱材料,如堅罐蒸餾爐，精餾爐塔盤,鋁電解槽,銅熔化爐內(nèi)襯,鋅粉爐用弧型板,熱電偶保護管等。

鋼鐵行業(yè)：利用碳化硅的耐腐蝕，抗熱沖擊耐磨損，導(dǎo)熱好的特點，用于大型高爐內(nèi)襯提高了使用壽命。

冶金選礦行業(yè)：碳化硅硬度僅次于金剛石,具有較強的耐磨性能,是耐磨管道、葉輪、泵室、旋流器,礦斗內(nèi)襯的理想材料,其耐磨性能是鑄鐵.橡膠使用壽命的 5—20 倍。

節(jié)能材料：利用良好的導(dǎo)熱和熱穩(wěn)定性，碳化硅用作熱交換器的制造中，可以減少燃耗20%，節(jié)約燃料35%。碳化硅新材料還廣泛應(yīng)用于航空航天中。我國首臺火星車或?qū)⒂娩X基碳化硅等多種材料制造。

半導(dǎo)體光伏產(chǎn)業(yè)：由于碳化硅材料具有寬能級、高擊穿電場、高熱傳導(dǎo)率以及高飽和電子遷移速度等獨特、優(yōu)良的物理和電子特性，使其成為半導(dǎo)體領(lǐng)域的最佳材料。如：藍色發(fā)光二極管、紫外線探測器、高壓二級管、大功率微波器、以及各種耐高溫的高頻器件等。

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2.碳化硅陶瓷產(chǎn)業(yè)鏈全景圖2020