碳化矽陶瓷

SiC陶瓷不僅具有優良的常溫力學性能，如高的抗彎強度、優良的抗氧化性、良好的耐腐蝕性、高的抗磨損以及低的摩擦係數，而且高溫力學性能(強度、抗蠕變性等)是已知陶瓷材料中最佳的。熱壓燒結、無壓燒結、熱等靜壓燒結的材料，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。抗氧化性也是所有非氧化物陶瓷中最好的。別名金剛砂。

基本介紹

• 中文名：碳化矽陶瓷
• 外文名：silicon carbide ceramics
• 主要成分：SiC
• 俗稱：金剛砂

晶體結構

碳化矽主要有兩種晶體結構，即立方晶系的β- SiC和六方晶系的- SiC。碳化矽晶體的基本結構單元是相互穿插的SiC和CSi四面體。四面體共邊形成平面層，並以頂點與下一疊層四面體相連形成三維結構。由於四面體堆積次序的不同可以形成不同的結構，已發現數百種變體。一般採用字母C(立方)、H(六方)、R(菱方)米表示其晶格類型，並用單位晶胞中所含的層數以示區別，例如nH表示沿c軸有n層重複周期的六方晶繫結構，而mR則表示沿c軸有m層重複周期的菱面體結構。

特點

碳化矽(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，它也具有優良的力學性能、優良的抗氧化性、高的抗磨損性以及低的摩擦係數等。碳化矽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，而碳化矽在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。再加上碳化矽陶瓷的熱傳導能力也較高，在陶瓷中僅次於氧化鈹陶瓷，因此碳化矽已經廣泛套用於高溫軸承、防彈板、噴嘴、高溫耐蝕部件以及高溫和高頻範圍的電子設備零部件等領域。

稀土氧化物如Y₂O，同樣可以作為碳化矽陶瓷的燒結助劑，通過液相燒結的途徑獲得緻密的碳化矽。由於其液相燒結是通過玻璃相的形成來降低孔隙率，提高緻密度的，因此，玻璃相的特性對燒結所得微觀結構影響很大。

性能

具有優良的力學性能、優良的抗氧化性、高的抗磨損性以及低的摩擦係數等。SiC陶瓷的缺點是斷裂韌性較低，即脆性較大，為此，以SiC陶瓷為基的復相陶瓷，如纖維(或晶須)補強、異相顆粒彌散強化、以及梯度功能材料相繼出現，改善了單體材料的韌性和強度。具體性能見下表：

碳化矽陶瓷性能

套用

SiC的最初套用是由於其超硬性能，可製備成各種磨削用的砂輪、砂布、砂紙以及各類磨料，因而廣泛套用於機械加工行業。第二次世界大戰中又發現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的快速發展。SiC陶瓷在石油、化工、微電子、汽車、航天、航空、造紙、雷射、礦業及原子能等工業領域獲得了廣泛的套用，碳化矽已經廣泛套用於高溫軸承、防彈板、噴嘴、高溫耐蝕部件以及高溫和高頻範圍的電子設備零部件等領域。