碳化硅陶瓷材料概述

碳化硅是最坚硬、最耐用的先进陶瓷材料之一，其硬度可用作研磨材料，耐热性和低热膨胀系数可用于耐火材料和陶瓷应用领域。

莫桑石也可以作为透明矿物莫桑石自然形成。1891 年，爱德华-艾奇逊（Edward Acheson）尝试制造人造钻石时，制造出了第一个人工合成样品；后来，诺贝尔奖获得者、化学家亨利-莫桑（Henri Moissan）人工合成了更多样品。

高温强度

碳化硅（SiC）是一种强度极高的非氧化物陶瓷，在高温下具有极强的抗腐蚀和抗化学侵蚀能力。碳化硅可用作工业炉的耐火衬里材料、砂轮、切削工具以及对强度要求极高的应用，如砂轮、切削工具和机械加工应用。此外，碳化硅元件还是电阻加热元件、电炉热敏电阻以及含有碳化硅的衬管和密封面的关键部件。

碳化硅以其在高温下的优异耐热性和强度而著称，因此在工业应用中具有很高的价值。碳化硅通过在其表面和周围元素之间形成一层氧化物保护层来抵抗温度高达 1000 摄氏度时的氧化；然而，在更高的温度下，裂缝可能会穿透这层保护层，并通过晶体间或颗粒区域耗散能量，从而导致在高温下难以提高强度。

碳化硅可以通过两种不同的工艺制造：反应结合和烧结。这两种形式都会对碳化硅的微观结构产生重大影响，从而影响其在高温下的性能。反应结合是将碳化硅和碳的混合物与液态硅渗入生坯中，从而形成在加工过程中尺寸变化最小、表面积最大的结构。耐火核壳微结构具有独特的特性，已被证明可提高碳化硅在高温下的强度。

耐高温

碳化硅具有出色的强度，是高温应用领域（如汽车用陶瓷刹车片）的理想材料选择。这种材料能够承受高达 1400 摄氏度的高温，同时仍能保持出色的强度和硬度，因此碳化硅是一种理想的材料。

碳化硅与其他陶瓷材料不同，在高温下不会降解或熔化，因此适用于轴承和防弹板等高应力、高承载应用，而不会造成永久性结构损坏。这使得碳化硅特别适合轴承和防弹板等涉及高承载应力的应用。

碳化硅天然存在于极其稀有的矿物莫桑石中，而合成碳化硅的生产则满足了现代国防、核能、空间技术和航空航天工业对精确尺寸的要求。

烧结碳化硅是技术陶瓷中热导率最高的材料之一，仅次于氮化铝。这可归因于其晶格氧结构产生了大量的声子散射。虽然在烧结过程中使用氧化物添加剂可以进一步提高其热导率，但为了保持材料的结构稳定性和抗氧化性，这些添加剂应保持在绝对最低的水平。

热膨胀系数低

碳化硅的热膨胀系数低，是在苛刻条件下用作陶瓷基复合材料（CMC）的理想材料，因此广泛应用于燃气轮机和火箭喷嘴等材料必须承受高温和热冲击环境的应用领域。

耐腐蚀性使不锈钢成为化学工业炉衬的绝佳材料选择，它可以承受极端温度，同时保持结构的完整性。此外，不锈钢还具有极高的化学稳定性，可在酸碱溶液等恶劣的液体环境中长期工作。

碳化硅最常见的多晶体--α型碳化硅，可在摄氏 1700 度以上的高温下发现，其晶体结构为乌兹晶，熔点在摄氏 1700 度以上。不过，也存在较罕见的贝塔型，其锌混晶晶体结构与金刚石相似，熔点较低，为 1030 摄氏度--这种较罕见的形态可用作异质催化剂的支持物。

碳化硅既可以是多孔陶瓷，也可以是致密陶瓷。生产技术千差万别，最终的微观结构取决于所用的生产方法。反应结合碳化硅的生产方法是将碳-碳化硅混合物与熔融硅渗入压实物中，熔融硅与碳-碳化硅混合物相互反应形成更多的碳化硅，并将最初的压实物结合在一起；烧结碳化硅（如 Hexoloy）是通过传统的陶瓷成型工艺形成的，然后在惰性气氛下进行高温烧结。

高硬度

碳化硅的莫氏硬度高达 9.5，仅次于金刚石和氮化硼，位居第三。因此，碳化硅适用于切削工具和研磨材料，以及机械工业应用中轴承和密封件等高温耐磨部件的制造。

碳化硅具有稳定的化学性质、优异的导热性、较低的热膨胀系数、硬度和机械强度，因此被广泛应用于石油、化学工程、微电子、汽车、航空造纸、激光采矿等多个行业。此外，碳化硅还可用于环境保护、信息电子和能源利用等领域。

碳化硅（SiC）可通过反应结合和烧结两种工艺生产，这两种工艺都会影响其最终的微观结构。反应结合碳化硅通常是通过将液态硅渗入由硅和碳混合物组成的压实物中，然后与其他硅碳分子发生反应，形成更多的碳化硅键，而烧结碳化硅则是使用传统的陶瓷成型技术和非氧化物烧结助剂进行生产。

碳化硅具有出色的机加工性能，是生产耐磨密封元件的绝佳材料，尤其是与石墨结合使用时。与氧化铝陶瓷和硬质合金相比，这种组合具有更低的摩擦系数，并能在高 PV 值时保持形状，防止碱和酸等化学物质泄漏到环境中。