碳化硅陶瓷的性能及應用

　　現在隨著科學技術的發展，信息、能源、材料、生物工程已經成為當今社會生產力發展的四大支柱，而碳化硅由于化學性能穩定、導熱系數高、熱膨脹系數小、密度小、耐磨性能好、硬度大、機械強度高、耐化學腐蝕，在材料領域發展迅速，普遍用于陶瓷球軸承、閥門、半導體材料、陀螺、測量儀、航空航天等領域。合肥碳化硅陶瓷噴涂 <http://www.lyxjtc.com/>服務熱線13905518927。
　　碳化硅的結構與化學性質。碳化硅以共價鍵為主，共價鍵約占88%。晶格的基本結構是互相穿插的SiC4和CSi4四面體，構成了許多不同的結晶類型。從理論上講，碳化硅均由SiC四面體堆積而成，所不同的只是平行結合或反平行結合。SiC有75種變體，如α-SiC、β-SiC、3C-SiC、4H-SiC、15R-SiC等，所有這些結構可分為立方晶系、六方晶系和菱形晶系，其中α-SiC、β-SiC最為常見。α-SiC是高溫穩定型，β-SiC是低溫穩定型，在2100~2400℃可轉變為α-SiC。β-SiC可在1450℃左右溫度下由簡單的硅和碳混合物制得。
　　碳化硅的化學穩定性與其氧化特性有密切關系。碳化硅本身很容易氧化，但它氧化之后形成了一層二氧化硅薄膜，氧化進程逐步被阻礙。在空氣中，碳化硅于800℃時就開始氧化，但很緩慢；隨著溫度升高，則氧化速度急速加快。碳化硅的氧化速率，在氧氣中比在空氣中快1.6倍，氧化速率隨著時間推移而減慢。如果以時間推移對氧化的數量描圖，可以得到典型的拋物線圖形，這反映出二氧化硅保護層對碳化硅氧化速率的阻礙作用。
　　氧化時，若同時存在著能將二氧化硅薄膜移去或使之破裂的物質，則碳化硅就易被進一步氧化。例如，鐵、錳等金屬有幾種化合價，其氧化物能將碳化硅氧化，并且又能與二氧化硅生成低熔點化合物，因此就能侵蝕碳化硅。例如，FeO在1300℃、MnO在1360℃能侵蝕碳化硅，而CaO、MgO在1000℃就能侵蝕碳化硅。
　　水蒸汽與碳化硅在高溫下反應相當強烈，于1100℃以上時，視情況不同，可生成硅、碳或二氧化硅。碳化硅在1000℃左右時，能與硫化氫等含硫化合物生成紅棕色的硫化硅(SiS2或SiS)。這一反應也是碳化硅制品在燒成時色澤變紅的原因之一。
　　碳化硅的優勢
　　碳化硅與現在使用廣泛的金屬材料相比，具有以下優點：
　　1) 機械強度高，剛性好
　　機械強度高可以有效防止材料變形，這點至關重要。碳化硅的機械強度高于剛玉。例如，碳化硅的抗壓強度為224MPa，剛玉僅為75.7MPa；碳化硅的抗彎強度為15.5MPa，而剛玉則為8.72MPa。
　　2) 硬度大，耐磨損
　　碳化硅的硬度相當高，按莫氏刻痕硬度為9.2~9.6，僅次于金剛石和碳化硼，高于剛玉而名列普通磨料的前茅。與金屬鋼制材料相比，它不僅硬度高，而且在無潤滑狀態下摩擦系數小，摩擦力相對較小，表面粗糙度小，具有良好的耐磨性。此外，它對外界物質的沖擊抵抗能力強，提高了表面的承受能力。
　　3) 密度小
　　碳化硅材料的密度比金屬小，因而造出的設備更加輕巧。
　　4) 耐高溫，熱膨脹系數小
　　碳化硅是在高溫下制成的。在某些高溫環境下，要求材料既要有一定的加工強度，又要滿足加工精度，碳化硅陶瓷能達到這兩點。碳化硅的最高使用溫度為800℃左右，而鋼的承受溫度僅為250℃。粗略計算，碳化硅的平均熱膨脹系數在25~1400℃范圍內為4.4×10-6/℃。碳化硅的熱膨脹系數測定結果表明，其量值與其他磨料及高溫材料相比要小得多，如剛玉的熱膨脹系數可高達(7~8)× 10-6/℃。
　　5) 導熱系數高
　　碳化硅的導熱系數很高，這是碳化硅物理性能方面的另一個重要特點。碳化硅的導熱系數比其他耐火材料及磨料要大的多，約為剛玉導熱系數的4倍。碳化硅所具有的低熱膨脹系數和高導熱系數，使其制件在加熱及冷卻過程中受到的熱應力較小，這就是為什么碳化硅制件特別耐熱震的原因。
　　6) 耐腐蝕
　　因為碳化硅具有高熔點（分解溫度）、化學惰性和抗熱振性，所以碳化硅能用于磨具、陶瓷制品燒成窯爐中用的棚板和匣缽、煉鋅工業豎缸蒸餾爐用的碳化硅磚、鋁電解槽襯、坩鍋、小件爐材等多種碳化硅陶瓷制品。