碳化硅的高熔化温度

碳化硅是一种硬度极高、强度极大的非氧化物陶瓷，具有出色的高温特性，在多个行业的苛刻应用中得到广泛使用。

对在 1500-2100 摄氏度的氩气中测试的试样进行的断面图检查显示，只有最外层被氧化；只有其氧化鳞片包含变形和拉长的硼晶粒，周围有 WO3 晶须。

热力学

碳化硅（SiC）是一种惰性陶瓷材料，具有许多理想的工业特性。这些特性包括高强度、耐磨性、抗热震性和导热性，同时还具有耐酸碱性，能承受高达 1600 摄氏度的高温。

根据掺杂水平和成分的不同，碳化硅既可以作为电绝缘体，也可以作为半导体。掺入氮或磷可产生 n 型导电性，而掺入硼、镓或铝则可产生 p 型导电性。

如今，碳化硅被广泛应用于钢铁生产、金属热处理、浮法玻璃生产、陶瓷和电子元件制造、复合装甲（如乔巴姆装甲）和防弹背心生产等行业。

碳化硅的熔化是压力和温度的函数，其熔化温度由这两个变量决定。在低压下，其相图显示出不一致的熔化，形成 3C 立方晶体和 6H 六角晶体的平衡混合物（见 [17]）。然而，在较高的压力下，研究观察到它会融化成液体，如图 5 所示，具有明确的融化曲线。其缓慢的动力学可能是由于碳原子半径差异与硅原子半径差异之间的巨大差异造成的（见 [18]）。

压力

碳化硅因其半导体特性，特别是与普通硅相比更优异的耐压性能而成为头条新闻。此外，碳化硅还可用作磨料和耐火材料，如高性能汽车制动盘。

碳化硅最常见的形态是阿尔法碳化硅（a-SiC），其六角形晶体结构类似于沃氏体。不过，β型碳化硅也可在较低温度下形成，但商业应用有限。碳化硅是一种坚韧耐磨的材料，具有金刚石般的品质，耐热耐腐蚀。

碳化硅以粉末或晶体形式生产，可用于各种耐火材料、磨料和冶金应用。碳化硅通常与石墨结合，用于生产碳纤维增强碳化硅，用于高性能汽车制动盘。

Lely 工艺是制造碳化硅的常用方法。这包括在花岗岩坩埚中以非常高的温度加热硅砂和煤炭（通常是焦炭）的混合物，以碳导体作为电极，电流通过焦炭，产生化学反应，在较低温度下升华，在较低温度下沉积在石墨棒上，形成纯绿色碳化硅晶体，称为莫桑石。

扩散

碳化硅（SiC）是一种无定形晶体材料，熔点极高（2700oC）。由于 Si 原子和 C 原子间的共价键很强，因此碳化硅具有极高的硬度和脆性，而钻石的硬度（9.5 莫氏硬度）则无法与之相比。天然存在的莫桑石早在 1893 年就在亚利桑那州的峡谷暗黑破坏神流星坑被发现；人工制造的碳化硅则是在电炉中高温还原硅碳。

碳化硅因其优异的物理和化学特性而得到广泛应用。碳化硅具有优异的电气特性，如耐压性比标准硅高 10 倍，在 1000V 以上电压的系统中比氮化镓性能更好；此外，碳化硅还具有抗热震性和耐磨性。

为了提高碳化硅的绝缘能力，通常会在碳化硅表面覆盖一层碳（称为碳帽），以减少高温退火过程中的降解。但遗憾的是，这种涂层也可能会促进弗伦克尔对的形成并产生不移动的反位点，从而对自扩散产生不利影响（见图 4，这种现象的示意图）。图 4 显示了在 1700 摄氏度下退火一小时的无覆层和 C 覆层样品的对比情况；由于在 1700 摄氏度下退火一小时的 C 覆层样品上存在针孔，这两种样品的 30 个剖面形状各不相同，自扩散曲线的阿伦尼乌斯图之间的差异也证明了这一点（表明 C 覆层样品上存在针孔）。

温度

碳化硅（SiC）是一种非氧化物陶瓷材料，在高温下具有显著的热稳定性和强度。碳化硅由晶格结构紧密结合的碳原子和硅原子组成，熔点极高--这一特性使其适用于存在极端温度的工业用途。

纯碳化硅不是优良的电导体，但掺入特定的掺杂剂后，其导电性能显著提高。此外，碳化硅的抗热震性和抗蠕变性也超过了氧化铝或碳化硼等其他高温陶瓷材料。

在钢铁工业中，90% 碳化硅是碱性氧气炉（BOF）不可或缺的组成部分。碳化硅可作为燃料，提高废钢与热金属的比率，并提高出钢温度；此外，碳化硅还有助于钢材脱氧，同时清除熔池中的杂质，是控制钢液含碳量的有效手段。

碳化硅不仅用于钢铁工业，还有许多其他用途。例如，它是生产聚氯乙烯和其他有机化合物的高效催化剂。此外，碳化硅还可用于生产氧化铝和碳化硼；此外，它还是乔巴姆装甲等复合装甲的重要组成部分。