探索碳化硅在恶劣环境中的耐久性

碳化硅是硅和碳通过高温化学反应形成的一种强化合物，具有极其耐用的晶体结构，适合在恶劣的环境中使用。

碳化硅在生产过程中需要严格的质量控制，以确保其在恶劣工作环境中的使用寿命。我们将探讨影响其使用寿命的因素。

耐腐蚀性

碳化硅是一种极其坚硬、致密的材料，由不同形式或多晶型的碳化硅晶体结构组成，碳原子呈四面体排列，构成碳化硅的层或多晶型，碳原子之间的四面体键结构形成了碳化硅独特的耐腐蚀性。无压烧结碳化硅（C/C-SiC）耐所有酸（盐酸和硫酸）、碱溶剂和硝酸等氧化环境，同时具有足够的耐腐蚀性，因此 C/C-SiC 制成的固体坩埚经常被用作炉衬。

碳化硅材料的腐蚀极其复杂，取决于多种因素。材料的耐腐蚀性取决于其厚度和氧化过程中形成的氧化层深度；此外，人们对产生著名的抛物线氧化速率的化学和物理机制仍然知之甚少。

要评估腐蚀环境对材料强度的影响，必须进行长期腐蚀试验。长期腐蚀会增加表面缺陷，从而降低材料的强度和耐久性。

Elkem 对使用钼或钛中间层金属扩散粘接、反应烧结和碳化硅纳米粉体烧结的四种碳化硅与碳化硅板连接方式进行了广泛的腐蚀敏感性分析。所有样品都经受了为期五周的高温水热试验，在为期五周的高温水热试验期间没有受到辐射污染。

热膨胀阻力

碳化硅（SiC）是一种硬度极高的合成材料，莫氏硬度介于氧化铝（平均 9 级）和金刚石（平均 10 级）之间。碳化硅可用作机械应用中的磨料和耐磨部件、工业熔炉和陶瓷的耐火衬里、飞机燃料箱衬里的耐火涂层、工业熔炉的耐火衬里以及在高温下工作的半导体电子设备。

碳化硅是一种出色的热机械陶瓷材料，热膨胀系数低，能够在温度快速波动时保持形状和尺寸，使在极端环境中工作的产品更加可靠。

碳化硅具有优异的机械性能和良好的导热性，工作温度范围广，并且具有很强的耐腐蚀性和耐化学侵蚀性，因此适用于汽车、航空航天和电子等行业的恶劣环境应用。

本书介绍了基于块状和薄膜碳化硅（SiC）的微系统技术，通过将电子器件制造与机械微机电系统（MEMS）器件相结合，介绍了碳化硅作为恶劣环境微系统的重要平台而崛起的过程。本书还探讨了将各种工艺和材料组合成可用传感器模块的固有困难；特别是元件之间的温度不匹配以及碳化硅对环境的敏感性，同时还广泛讨论了碳化硅块体材料技术和碳化硅薄膜技术的发展现状。

耐磨性

碳化钨（WC）是一种重要的多功能合金，具有极高的硬度、高导电性、低热膨胀性和耐腐蚀性，可用于多种用途。碳化钨是在纯钨粉与碳、镍或钴等其他金属混合后，通过一种称为烧结的工艺制成的；一旦通过压制和锻造形成特定用途的形状，最常见的是切削工具。钨的耐久性远远超过其他用于切削工具的金属；此外，它还经常被军事单位用于一种名为动能轰击的攻击战术，即子弹直接射向敌人，以穿透装甲防护并穿透敌人的防御。

碳化钨（WC）能够承受极高的速度和压力，在所有金属中具有最高的杨氏模量、最坚硬的表面、最低的热膨胀率和最佳的耐磨性，因此被广泛用于精密工程。此外，钨还具有极高的延展性，可制成棒材或挤压成线材，如白炽灯泡。

碳化钨是出了名的易碎品，在重击下容易开裂或断裂，因此比黄金和铂金等贵金属更容易受到冲击。然而，在对抗冲击性能要求极高的军事领域，碳化钨仍被广泛使用，例如美国国家科学院大学陨石坑试验设施就使用碳化钨制成的缓冲盘来吸收弹丸的冲击力。

导电性

碳化硅独特地结合了陶瓷和半导体特性，使其成为一种适应性极强的材料，适用于工业和电子用途。由于这些特性，碳化硅电子元件甚至可以在高温和高电压的恶劣环境中工作，而这些环境通常会使其他电子元件无法正常工作。

从化学角度讲，碳化硅是一种非常稳定的材料。它能抵抗除浓硫酸以外的大多数酸（盐酸、硫酸和氢氟酸）、盐和碱；此外，它不会与水发生反应，因此是需要长期接触液体的部件的理想材料选择。

碳化硅因其原子结构而具有出色的电气性能。碳化硅结晶成紧密堆积的结构，包含共价键结合的碳层和硅层。这些层可以排列成不同的构型，称为多型；每种多型都有自己的堆叠序列，从而形成各种晶体结构，每种结构都具有独特的性能。

碳化硅的多种特性使其处于技术创新的最前沿。在泵轴承、阀门、喷砂喷射器和挤压模具等极端和高性能工程应用中的使用，以及在极端环境下工作的半导体器件的制造，都能为各行各业带来重大改进。