[科普中国]-碳化硅陶瓷

SiC陶瓷不仅具有优良的常温力学性能，如高的抗弯强度、优良的抗氧化性、良好的耐腐蚀性、高的抗磨损以及低的摩擦系数，而且高温力学性能(强度、抗蠕变性等)是已知陶瓷材料中最佳的。热压烧结、无压烧结、热等静压烧结的材料，其高温强度可一直维持到1600℃，是陶瓷材料中高温强度最好的材料。抗氧化性也是所有非氧化物陶瓷中最好的。别名金刚砂。

晶体结构碳化硅主要有两种晶体结构，即立方晶系的β- SiC和六方晶系的- SiC。碳化硅晶体的基本结构单元是相互穿插的SiC和CSi四面体。四面体共边形成平面层，并以顶点与下一叠层四面体相连形成三维结构。由于四面体堆积次序的不同可以形成不同的结构，已发现数百种变体。一般采用字母C(立方)、H(六方)、R(菱方)米表示其晶格类型，并用单位晶胞中所含的层数以示区别，例如nH表示沿c轴有n层重复周期的六方晶系结构，而mR则表示沿c轴有m层重复周期的菱面体结构。

特点碳化硅(SiC) 1是共价键很强的化合物，其Si--C键的离子型仅12%左右，因此，它也具有优良的力学性能、优良的抗氧化性、高的抗磨损性以及低的摩擦系数等。碳化硅的最大特点是高温强度高，普通陶瓷材料在1200 ~ 1400摄氏度时强度将显著降低，而碳化硅在1400摄氏度时抗弯强度仍保持在500 ~600MPa的较高水平，因此其工作温度可达1600 ~ 1700摄氏度。再加上碳化硅陶瓷的热传导能力也较高，在陶瓷中仅次于氧化铍陶瓷，因此碳化硅已经广泛应用于高温轴承、防弹板、喷嘴、高温耐蚀部件以及高温和高频范围的电子设备零部件等领域。

稀土氧化物如Y2O，同样可以作为碳化硅陶瓷的烧结助剂，通过液相烧结的途径获得致密的碳化硅。由于其液相烧结是通过玻璃相的形成来降低孔隙率，提高致密度的，因此，玻璃相的特性对烧结所得微观结构影响很大。

性能具有优良的力学性能、优良的抗氧化性、高的抗磨损性以及低的摩擦系数等。SiC陶瓷的缺点是断裂韧性较低，即脆性较大，为此，以SiC陶瓷为基的复相陶瓷，如纤维(或晶须)补强、异相颗粒弥散强化、以及梯度功能材料相继出现，改善了单体材料的韧性和强度。具体性能见下表2：

应用SiC的最初应用是由于其超硬性能，可制备成各种磨削用的砂轮、砂布、砂纸以及各类磨料，因而广泛应用于机械加工行业。第二次世界大战中又发现它还可以作为炼钢时的还原剂以及加热元件，从而促进了SiC的快速发展。SiC陶瓷在石油、化工、微电子、汽车、航天、航空、造纸、激光、矿业及原子能等工业领域获得了广泛的应用，碳化硅已经广泛应用于高温轴承、防弹板、喷嘴、高温耐蚀部件以及高温和高频范围的电子设备零部件等领域。

本词条内容贡献者为:

任毅如 - 副教授 - 湖南大学