1、无压烧结
1974年美国GE公司通过在高纯度β－SiC细粉中同时加入少量的B和C，采用无压烧结工艺，于2020℃成功地获得高密度SiC陶瓷。目前，该工艺已成为制备SiC陶瓷的主要方法。
最近，有研究者在亚微米SiC粉料中加入Al2O3和Y2O3，在1850℃～2000℃温度下实现SiC的致密烧结。由于烧结温度低而具有明显细化的微观结构，因而，其强度和韧性大大改善。
2、热压烧结
50年代中期，美国Norton公司就开始研究B、Ni、Cr、Fe、Al等金属添加物对SiC热压烧结的影响。实验表明：Al和Fe是促进SiC热压致密化的最有效的添加剂。有研究者以Al2O3为添加剂，通过热压烧结工艺，也实现了SiC的致密化，并认为其机理是液相烧结。此外，还有研究者分别以B4C、B或B与C，Al2O3和C、Al2O3和Y2O3、Be、B4C 与C作添加剂，采用热压烧结，也都获得了致密SiC陶瓷。
3、热等静压烧结：
近年来，为进一步提高SiC陶瓷的力学性能，研究人员进行了SiC陶瓷的热等静压工艺的研究工作。研究人员以B和C为添加剂，采用热等静压烧结工艺，在1900℃便获得高密度SiC烧结体。更进一步，通过该工艺，在2000℃和138MPa压力下，成功实现无添加剂SiC陶瓷的致密烧结。研究表明：当SiC粉末的粒径小于0．6μm时，即使不引入任何添加剂，通过热等静压烧结，在1950℃即可使其致密化。
4、反应烧结：
SiC的反应烧结法最早在美国研究成功。反应烧结的工艺过程为：先将α－SiC粉和石墨粉按比例混匀，经干压、挤压或注浆等方法制成多孔坯体。在高温下与液态Si接触，坯体中的C与渗入的Si反应，生成β－SiC，并与α－SiC相结合，过量的Si填充于气孔，从而得到无孔致密的反应烧结体。反应烧结SiC通常含有8％的游离Si。因此，为保证渗Si的完全，素坯应具有足够的孔隙度。一般通过调整最初混合料中α－SiC和C的含量，α－SiC的粒度级配，C的形状和粒度以及成型压力等手段来获得适当的素坯密度。
综述：实验表明，采用无压烧结、热压烧结、热等静压烧结和反应烧结的SiC陶瓷具有各异的性能特点。假如就烧结密度和抗弯强度来说，热压烧结和热等静压烧结SiC陶瓷相对较高，反应烧结SiC相对较低。另一方面，SiC陶瓷的力学性能还随烧结添加剂的不同而不同。无压烧结、热压烧结和反应烧结SiC陶瓷对强酸、强碱具有良好的抵抗力，但反应烧结SiC陶瓷对HF等超强酸的抗蚀性较差。就耐高温性能比较来看，当温度低于900℃时，几乎所有SiC陶瓷强度均有所提高；当温度超过1400℃时，反应烧结SiC陶瓷抗弯强度急剧下降。（这是由于烧结体中含有一定量的游离Si，当超过一定温度抗弯强度急剧下降所致）对于无压烧结和热等静压烧结的SiC陶瓷，其耐高温性能主要受添加剂种类的影响。
碳化硅陶瓷的应用
由于碳化硅陶瓷所具有的高硬度、高耐腐蚀性以及较高的高温强度，使得碳化硅陶瓷得到了广泛的应用。主要有以下几个方面：
密封环：碳化硅陶瓷的耐化学腐蚀性好、强度高、硬度高，耐磨性能好、摩擦系数小，且耐高温，因而是制造密封环的理想材料。它与石墨材料组合配对时，其摩擦系数比氧化铝陶瓷和硬质合金小，因而可用于高PV值，特别是输送强酸、强碱的工况中使用。
研磨介质：碳化硅陶瓷由于其高硬度的特点而广泛用于耐磨机械零件中，特别是球磨机中的研磨介质（磨介）。球磨机中所用的磨介对研磨效率有着重要的影响，其基本要求是硬度高、韧性好，以保证研磨效率高、掺杂少的要求。
防弹板：碳化硅陶瓷由于硬度高、比重小、弹道性能较好、价格较低，而广泛用于防弹装甲中，如车辆、舰船的防护以及民用保险柜、运钞车的防护中。碳化硅陶瓷的弹道性能优于氧化铝陶瓷，约为碳化硼陶瓷的70-80%，但由于价格较低，特别适合用于用量大，且防护装甲不能过厚、过重的场合。
喷嘴：作喷嘴的陶瓷材料有多种，常用的是氧化铝、碳化硅和碳化硼陶瓷等。氧化铝陶瓷喷嘴的价格低，但由于硬度低，其耐磨性较差，多用于喷砂工作量不大的场合。碳化硅陶瓷的使用寿命是氧化铝陶瓷的３－５倍，与硬质合金相当，多用于硬质合金的替代品，特别是在手持喷枪的工况中使用。
磁力泵泵件：随着工业化的发展，特别是ISO14000国际标准的贯彻执行，对不利于环境保护液体的输运提出了更高的要求。磁力泵由于采用静密封代替机械密封、填料密封等动密封，因而泄漏更小、可靠性更高、使用寿命更长。
高温耐蚀部件：碳化硅陶瓷最重要的特性之一是它的高温强度，即在1600oC时强度基本不降低，且抗氧化性能非常好，因而可在高温结构件中使用。如高温炉的顶板、支架，以及高温实验用的卡具等。
小结：SiC陶瓷在许多工业领域中的应用显示了优良的性能，因而引起了人们的普遍重视。在无机非金属材料领域中SiC陶瓷是一个很大的家族，其触角几乎伸遍了所有的工业领域。但是由于SiC陶瓷的难烧结性，因而它的制作工艺和生产都较昂贵，降低SiC陶瓷的烧成温度和寻找新的廉价的生产工艺仍是材料工作者的研究重点。同时挖掘和开发SiC陶瓷（粉末）的所有优点造福于人类也是我们工作的重点。SiC陶瓷有它广阔的发展和应用前景。
电力电子中的碳化硅SiC SiC in Power Electronics Volker Demuth, Head of Product Management Component, SEMIKRON Germany 据预测，采用SiC的功率模块将进入诸如可再生能源、UPS电源、驱动器和汽车等应用。风电和牵引应用可能会随之而来。到2021年，SiC功率器件市场总额预计将上升到10亿美元 [1]。在某些市场，如太阳能，SiC器件已投入运行，尽管事实上这些模块的价格仍然比常规硅器件高。是什么使这种材料具有足够的吸引力，即使价格更高也心甘情愿地被接受？首先，作为宽禁带材料，SiC提供了功率半导体器件的新设计方法。传统功率硅技术中，IGBT开关被用于高于600V的电压，并且硅PIN-续流二极管是最先进的。硅功率器件的设计与软开关特性造成相当大的功率损耗。有了SiC的宽禁带，可设计阻断电压高达15kV的高压MOSFET，同时动态损耗非常小。有了SiC，传统的软关断硅二极管可由肖特基二极管取代，并带来非常低的开关损耗。作为一个额外的优势，SiC具有比硅高3倍的热传导率。连同低功率损耗，SiC是提高功率模块中功率密度的一种理想材料。目前可用的设计是SiC混合模块（IGBT和SiC肖特基二极管）和全SiC模块。 SiC混合模块 SiC混合模块中，传统IGBT与SiC肖特基二极管一起开关。虽然SiC器件的主要优势是与低动态损耗相关，但首先讨论SiC肖特基二极管的静态损耗。通常情况下，SiC器件的静态损耗似乎比传统的硅器件更高。图1.a显示了传统软开关600V赛米控CAL HD续流二极管的正向压降V f ，为低开关损耗而优化的快速硅二极管和SiC肖特基二极管，所有的额定电流为10 A。 图1.a中：25℃和150℃下不同续流二极管的正向电流与正向压降。对比了10A的SiC肖特基二极管，传统的软开关硅二极管（CAL HD）和快速硅二极管（硅快速）。1.b：同一二极管的正向压降和电流密度（正向电流除以芯片面积）。 在10A的额定电流下，硅续流二极管展现出最低的正向压降，SiC肖特基二极 管的V f 更高，而快速硅二极管展现出最高的正向压降。正向电压与温度之间的关 联差别很大：快速硅二极管具有负的温度系数，150°C下的V f 比25°C下的V f 低。 对于12A以上的电流，CAL的温度系数为正，SiC肖特基二极管即使电流为4A时，温度系数也为正。由于二极管通常并联以实现大功率器件，需要具有正温度系数以避免并联二极管中的电流不平衡和运行温度不均匀。这里，SiC肖特基二极管显示出最佳的性能。但与常规硅二极管相比，SiC肖特基二极管的静态损耗较高。由于二极管是基于10A额定电流进行比较的，考虑不同供应商的器件之间有时不同
反应烧结SiC的制造和性能 新型陶瓷材料由于具有各种特殊的性能被应用于许多工业领域，为解决材料使用问题发挥着越来越重要的作用。 新型陶瓷具有多种功能，按性能分为电学、电子功能、力学功能、光学功能、热学功能、生物功能等等。近几年来，特别引起人们注意的是机械力学功能陶瓷。我们根据省科委下达的科研项目，通过大量调研，开展了对反应烧结SiC材料制造与性能的研究。 利用传统的SiC粉料，采用压制成型工艺传统烧成法制造不出高密度SiC 材料，如采用热压烧结、无压烧结或反应烧结工艺可达到其目的。反应烧结SiC 已是30多年来的商品化材料，首先是出现在美国的气相渗硅工艺，以后英国原子能协会的反应堆高性能材料元件通过液相渗硅工艺研制成功，后来各国对此材料采用挤出成型、等静压成型、压制成型、注浆成型、注射成型等不同工艺进行了详细的研究，分别制造出了机械密封件、轴承、火箭喷嘴、烧嘴、阀件、发动机转子等多种部件，其中部分已形成商品化应用到工业中取代硬质合金等昂贵的金属材料，取得了显著的经济效益。 工艺概述 RB-SiC是由于碳化硅粉与石墨或炭黑混合，加入少量粘结剂，通过各种成型方法成型，去掉粘结剂后，将坯体放在特殊设计的真空炉中，使之与熔硅接触，坯体被融硅润湿、渗透，Si与坯体枝、中的石墨或C反应形成新SiC沉积到原来的SiC上，把原来的SiC结合在一起，剩余的气孔由Si填充。最终的制品含有约8-10%的游离Si，该材料的特点是可通过调节坯体中C含量来调节制品的游离Si量，从而制造不同性能的制品。 SiC材料各相含量的控制原理 反应烧结SiC的一个重要特点是在坯体渗Si后尺寸无变化或很少有变化，因此要形成理论密度的SiC，坯体中必须含有一定量气孔，以满足石墨或C转化成SiC时的体积增大的需要，假如坯体全由C组成，理论最大C密度应按如下计算：
烧结碳化硅方式对比__烧结碳化硅分类 烧结碳化硅烧结方式有哪三种呢？烧结碳化硅的三种烧结方式虽然各有千秋，但是在科技发展如此迅速的今天，迫切需要提高碳化硅陶瓷的性能，不断改进制造技术，降低生产成本，实现碳化硅陶瓷的低温烧结。以达到降低能耗，降低生产成本，推动碳化硅陶瓷产品产业化的目的。山东中鹏特种陶瓷有限公司生产的烧结碳化硅具有碳化硅材料耐强腐蚀性、耐磨性、高导电性、高温稳定性等性能，在新能源、化工、船舶及科研国防军事技术等领域应用。 【烧结碳化硅分类】 （1）无压烧结 无压烧结被认为是SiC烧结有前途的烧结方法，根据烧结机理的不同，无压烧结又可分为固相烧结和液相烧结。S.Proehazka通过在超细β-SiC粉体（含氧量小于2）中同时加入适量B和C的方法，在2020℃下常压烧结成密度高于98的SiC烧结体。A.Mulla等以Al2O3和Y2O3为添加剂在
1850-1950℃烧结0.5μm的β-SiC(颗粒表面含有少量SiO2)，获得的SiC陶瓷相对密度大于理论密度的95，并且晶粒细小，平均尺寸为1.5μm。 （2）热压烧结 不添加任何烧结助剂，纯SiC只有在极高的温度下才能烧结致密，于是不少人对SiC实行热压烧结工艺。关于添加烧结助剂对SiC进行热压烧结的报道已有许多。Alliegro等研究了B、Al、Ni、Fe、Cr等金属添加物对SiC致密化的影响，发现Al和Fe是促进SiC热压烧结有效的添加剂。https://www.doczj.com/doc/4110722438.html,nge 研究了添加不同量Al2O3对热压烧结SiC的性能影响，认为热压烧结致密是靠溶解--再沉淀机理。但是热压烧结工艺只能 制备形状简单的SiC部 件，而且一次热压烧结过 程中所制备的产品数量 很小，因此不利于工业化 生产。 (3)反应烧结 反应烧结SiC又称自结 合SiC,是由a-SiC粉和 石墨粉按一定比列混合压成坯体后,加热到1650℃左右,同时熔渗Si或通过气相Si渗入坯体,使之与石墨起反应生成β-SiC,把原来存在的a-SiC颗粒结合起来。 【烧结碳化硅方式对比】 1.热压烧结：只能制备简单形状的碳化硅部件，生产效率低，不利于大规模商业化生产。 2.无压烧结（常压烧结）：能生产复杂形状和大尺寸碳化硅部件，是目前普遍认可的有优势的烧结方法。 3.反应烧结：能制备复杂形状的碳化硅部件，烧结温度低，但是产品高温性能不佳。 特点:如果允许完全渗Si,那么整个过程中可获得气孔率为零,无几何尺寸变化的材料。
碳化硅陶瓷的发展与应用 1073112 王苗 摘要：碳化硅陶瓷以其优异的抗热震、耐高温、抗氧化和耐化学腐蚀等特性而广泛地应用于石油、化学、汽车、机械和宇航等工业领域中，并日益引起人们的重视。本文对各种SiC 陶瓷的制备方法、性能特点及其应用现状进行了综合评述。 关键词：碳化硅陶瓷发展与应用 Abstract: Silicon carbide ceramics have been widely used in petroleum, chemical, automotive，mechanical and aerospace industries because of their excellent resistance to thermal shock, high temperatures, oxidation and chemical corrosion. In this paper, the fabricating methods, mechanical properties and current applications of various SiC ceramics are revicwed. Key Words: SiC Ceramics Development and Application 1 前言 现代国防、核能和空间技术以及汽车工业、海洋工程的迅速发展, 对火箭燃烧室内衬、飞机涡轮发动机叶片、核反应堆结构部件、高速气动轴承和机械密封零件等材料的要求愈来愈高, 迫切需要开发各种新型高性能结构材料。碳化硅陶瓷具有高温强度大、抗氧化性强、耐磨损性好、热稳定性佳、热膨胀系数小、热导率大、硬度高以及抗热震和耐化学腐蚀等优良特性, 因此, 已经在许多领域大显身手, 并日益受到人们的重视。例如, SiC陶瓷在石油化学工业中已被广泛地用作各种耐腐蚀用容器及管道在机械工业中已被成功地用作各种轴承、切削刀具和机械密封部件在宇航和汽车工业中也被认为是未来制造燃气轮机、火箭喷嘴和发动机部件的最有希望的候选材料。 本文首先对SiC 的基本性质及SiC粉末的合成方法进行了简单介绍, 接着重点综述了SiC陶瓷的性能特点, 最后对SiC陶瓷的应用现状与未来发展进行了概括和分析。 2 碳化硅的基本特性 2.1、化学属性 抗化合性：碳化硅材料在氧气中反应温度达到1300℃时，在其碳化硅晶体表层已经生成二氧化硅保护层。随着保护层的加厚，抵制了里面碳化硅继续被化合，这使碳化硅有较好的抗化合性。当气温达到1900K(1627℃)以上时，二氧化硅保护膜已经被破坏，碳化硅化合效应加重，从而1900K是碳化硅在氧化剂氛围下的最高工作气温。 耐酸碱性：在耐酸、碱及化合物的效用方面，因为二氧化硅保护膜的效用，碳化硅的抗酸能力非常非常强，抗碱性稍差。 2.2、物理性能 密度：各样碳化硅晶形的颗粒密度十分相近，通常情况下，应该是3.20 g/ m m3，其碳化硅磨料的堆砌密度在1.2--1.6 g/ m m3之间，其高矮取决于其粒度号、粒度合成和颗粒形状的大小。 硬度：碳化硅的硬度为：莫氏9.5级。单晶硅的硬度为：莫氏7级。多晶硅的硬度为：莫氏7级。都是硬度相对较高的物料。努普硬度为2670—2815公斤/毫米，在磨料中高于刚玉而仅次于金刚石、立方氮化硼和碳化硼。 导热率：碳化硅制品的导热率非常高，热膨胀参数小，抗热震性非常高，是优质的耐火材料。 2.3、电学属性 恒温下工业碳化硅是一种半导体，属杂质导电性。高纯度碳化硅随着气温的升高内阻率降低，含杂质碳化硅按照其含杂质不一样，导电性能也不一样。
碳化硅用途 碳化硅又称金钢砂或耐火砂。碳化硅是用石英砂、石油焦(或煤焦)、木屑(生产绿色碳化硅时需要加食盐)等原料在电阻炉内经高温冶炼而成。目前我国工业生产的碳化硅分为黑色碳化硅和绿色碳化硅两种，均为六方晶体，比重为3.20～3.25，显微硬度为2840～3320kg/mm2。黑碳化硅是什么,他是怎么制作出来的 黑碳化硅是以石英砂,石油焦和优质硅石为主要原料,通过电阻炉高温冶炼而成。其硬度介于刚玉和金刚石之间,机械强度高于刚玉,性脆而锋利。 绿碳化硅是什么,他是怎么制作出来的 绿碳化硅是以石油焦和优质硅石为主要原料,添加食盐作为添加剂，通过电阻炉高温冶炼而成。其硬度介于刚玉和金刚石之间,机械强度高于刚玉。 碳化硅(SiC)由于其独特的物理及电子特性, 在一些应用上成为最佳的半导体材料: 短波长光电器件, 高温, 抗幅射以及高频大功率器件. 其主要特性及与硅(Si)和砷化镓(GaAs)的对比. 宽能级(eV) 4H-SiC: 3.26 6H-Sic: 3.03 GaAs: 1.43 Si: 1.12 由于碳化硅的宽能级, 以其制成的电子器件可在极高温下工作. 这一特性也使碳化硅可以发射或检测短波长的光, 用以制作蓝色发光二极管或几乎不受太阳光影响的紫外线探测器. 高击穿电场(V/cm) 4H-SiC: 2.2x106 6H-SiC: 2.4x106 GaAs: 3x105 Si: 2.5x105 碳化硅可以抵受的电压或电场八倍于硅或砷化镓, 特别适用于制造高压大功率器件如高压二极管,功率三极管, 可控硅以及大功率微波器件. 另外, 此一特性可让碳化硅器件紧密排列, 有利于提高封装密度. 高热传导率(W/cm?K@RT) 4H-SiC: 3.0-3.8 6H-SiC: 3.0-3.8 GaAs: 0.5 Si: 1.5 碳化硅是热的良导体, 导热特性优于任何其它半导体材料. 事实上, 在室温条件下, 其热传导率高于任何其它金属. 这使得碳化硅器件可在高温下正常工作. 高饱和电子迁移速度(cm/sec @E 2x105V/cm) 4H-SiC: 2.0x107 6H-SiC: 2.0x107 GaAs: 1.0x10 Si: 1.0x107 由于这一特性, 碳化硅可制成各种高频器件(射频及微波). 碳化硅的5大主要用途 1?有色金属冶炼工业的应用 利用碳化硅具有耐高温,强度大,导热性能良好,抗冲击,作高温间接加热材料,如坚罐蒸馏炉?精馏炉塔盘,铝电解槽,铜熔化炉内衬,锌粉炉用弧型板,热电偶保护管等? 2?钢铁行业方面的应用 利用碳化硅的耐腐蚀?抗热冲击耐磨损?导热好的特点,用于大型高炉内衬提高了使用寿命? 3?冶金选矿行业的应用 碳化硅硬度仅次于金刚石,具有较强的耐磨性能,是耐磨管道?叶轮?泵室?旋流器,矿斗内衬的理想材料,其耐磨性能是铸铁.橡胶使用寿命的5—20倍,也是航空飞行跑道的理想材料之一? 4?建材陶瓷,砂轮工业方面的应用 利用其导热系数?热辐射,高热强度大的特性,制造薄板窑具,不仅能减少窑具容量,还提高了窑炉的装容量和产品质量,缩短了生产周期,是陶瓷釉面烘烤烧结理想的间接材料?
第３４卷第１期２Ｏ０６年１月 硅酸盐学报 ＪＯＵＲＮＡＬ（）ＦＴＨＥＣＨＩＮＦＳＥＣＥＲＡＭＩＣＳｏＣＩＥＴＹ ＶｏＩ．３４，Ｎ（）ｌ Ｊａｎｕａｒｙ，２００６用低纯碳化硅微粉烧结碳化硅陶瓷 武七德１，孙峰１，吉晓莉１，田庭燕２，郝慧１ １．武汉理工大学．畦酸盐材料工程教育部重点实验守，武汉４３００７０；２山东大学 材料液态结构及其遗传性教育部重点实验室，济南２５∞６１） 摘要：用工业崖料坻纯ｗ３．ｓｐｍｓｔｃ擞粉为原料，在№保护下娆结碳化硅（ｓ，ｔ、）陶瓷。研究了低纯ｓｌｃ徽粉中杂质对蜀ｃ陶瓷力学性能的影响，对比了徽粉提纯后材料的性能‘』结构。通过扫描电镜、金相显馓镜分析材料的显微结构。结果表明：微粉杂质中ｓｔ魄、金属氧化物在＆ｃ烧结温度下的放气反麻是影响陶瓷材料力学性能的主耍目素。由低纯ｓ?ｃ材制得的材料的烧结密度达到（３．１５士ｏ０１）ｇ／ｃｍ３，抗折强度达到（ｄｄｌ±１０）ＭＰａ。 关键词：碳化硅；反应烧结；显微结构 中圈分类号：Ｔ锄７４文献标识码：Ａ文章编号：０４５４５６４８（２００６）０】∞一０５ ＳＩＩ．ＩＣｏＮＣＡＲＢＩＤＥＣＥＲＡＭＩＣＳＰＲＥＰＡＲＥＤＷｌＴＨＬ（）ＷＰＵＲＥＳＩＬＩＣｏＮＣＡＲＢＩＤＥＭＩＣＲｏ—ＰｏＷＤＥＲＳｗｕＱ２ｄＰｌ，ｓｕ～凡ｎ∥，ＪＪｘｉ４０“１，１』ＡＮＴｉｗｇｙ。ｎ２，ＨＡ０¨“２１ （１．ＫｅｙＩ，ａｂ（）ｒａｔｕｒｙｆｏｒＳ１１ＬｃａｔｅＭａｔｅｍＩｓｓｃＬｃｎｃｅａｎｄＥｎｇｌｎｅｅｒｉｎｇｏｆＭｍｌｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｌｏｎ，Ｗ１ｌｈａｎ ＵｎｌｖｃｒｓｌｔｙｏｆＴｅｃｈｎ０１０９ｙ ＷｕＩ、ａｎ ４３００７０；２．ＫｅｙＬａｂ。ｒａｔｏｒｙｆ０１Ｉ．１ｑｕｌｄＳｔⅢＬｕ ｒｅａ１１ｄＨｅｒ列Ｉ‘ｙ（】ｆＭｌｎｋ【ｒｙＥｄｕｃａ¨ｏｎ， ＳｈａｎｄｏｎｇＵｎｊｖｅｒｓｌ‘ｙ?Ｊｌｎａｌｌ２ｊ００６１，Ｃｈｌｎａ） Ａｂｓｔｒ｛Ｉｃｔ：Ｒｅａｃｔｌｏｎ—ｂ（ｍｄｃｄｓｌＪＬｃ。ｎｃａｒｂｌｄｅ（ＲＲＳ（：）ｃｃｒａｎｌｌ刚ｅｒｅｐｒｅｐａｒｅｄｗｌｔｈｉｎｄｕ“ｒＬａｌｓｃｆａｐｓＩｏｗｐＬｌｍｙＳｌ（：叫ｒｏｐｏｗｄｅｒｓ．Ｔ１１ｅａｖｅｒａｇｅｇｒａｌｎｓｌｚｃｏｆＬ１】。ｐｏｗｄｅｒ】ｓ３．５＂ｍｌ、ｈｅｌｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｌｍｐｌｌⅢ１…）ｆｐｏｗ山ｒｓｏｎｔｈｅｍａｔｅ¨ａＩ。ｓｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｆｔｌｅ８ｗａｓｓｔｕｄｉｅｄ，ａｎｄａｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｗａｓｍａｄｅ“）ｍａｔｃｎａｋｐｒ印ａｒｅｄ州ｔｈｐｕｎｆｙｌｎｇｐｏｗｄｔｒｂｙｈｙｄｒｏｃｈｌｏ¨ｃａ虬ｄＴｈＩＩＬＩｃｒｏ乱ｒｕｃｔｕｒｅｏｆｓＩ】￡ｃｏｎｃａｒｂｌｄｅｃｃｒａｎＩｉｃｓｗａｓＩｎｖｅｓｔｔｇａｔｅｄｂｙ黜Ｉｍｍｇ ｅｌｅｃｆｒｏ㈣ｃ㈣ｃｅ）ｐ㈨ｊｄｏ阱ｌｃａ】ｍ￡ｃｒｏｓｃｏｐｅ．Ｔｈｅｒｃｓｕｈｓｓ｝、ｏｗｔｈａｔｔｈｅｋｅｙｆａｃｔｏｒｓｔｏＬ１１ｅｎｌａｔｅｒｌａｌ’ｓｍｅｃｈａｎｌｃａＩｐｒｏｐｅｒｔｌｅｓａｒｅｔｈｅｅｘｃｌｕｄｌｎｇＳ１０２，ａｎｄｔｈｅ ｍｅｔａｌｌｌｃ（）ｘＩｄ㈣ａｃＬｅｄｗｔｔｈｏｔｈｅｒｒａｗｍａｔｅｌｒ】ａｌｓａｎｄｒｅｌｃａｓｅｄｇａｓａｔｈｌｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓＴ｝１ｅｓＩｎｔｅｒｅｄｄｅｎｓｌｌｙ（）ｆｔｈｃｍａＬｅｆｌａｌｍａｄｅｏｆｌｏｗｐｌ】ｒｌｔｙＳ１Ｃｌｓ（３１５＝００１）ｇ／ｃｍ。ａｎｄｔｈｅｆｌⅢｒａｌｓＩｒｅｎＥｔｈ１ｓ（ｄ４】±１０）ＭＰａａｔｒｏｏｍｔｅｍＤｅｒａｔｕｒｃ Ｋｅｙｗｏ州ｓ：ｓｌｎｃｏｎｃａｒｈＩｄ。；ｒｅａｃＬｌ。１１ｂｏｎｄｅｄ；ｍｌｃｒ（）ｓｔｒｕｃｔｕｒｃ 反应烧结碳化硅（ｒｅａｃｔｉｏｎ＿ｂｏｎｄｅｄｓ１Ｉｉｃｏｎｃａ卜ｈｉｄｅ，ＲＢｓｃ）具有反应温度低且时间短，可近净尺寸烧结，可烧结复条形状制品等优点，自５０年代发明以来就得到人们的广泛关注”。３］。但是，传统反应烧结Ｔ艺中所需两ｃ原料的纯度较高，因而其制备能耗高，环境污染严重，生产成本大。目前，国内ｓｉｃ生产厂家每年都囤积大黾的收尘尾粉。网尾粉的牲度细，杂质含量高，成分波动大阻碍１ｒ它的进一 收稿日期：２００ｊ—０６—１５。修改稿收到日期：ｚ００５—１０一ｌｏ 第一作者：武已德（１９ｔ９～），男．教授。步利用。丈量尾粉既占用贮存用地又增加生产成本。凼此，允分利用尾粉已成为Ｓｉｃ生产厂家的当务之急。 实验中制备ＲＢｓｃ所需的ｓｉｃ微粉全部采用国内某两ｃ磨料生产厂家提供的收尘器中的低纯Ｓｊｃ尾粉，通过适当的工艺制备出最高密度为３．１５ｇ／ｃｗ，最大抗折强度为（４４１±１０）ＭＰａ的ＲＢｓｃ陶瓷材料。 Ｒ戗ｅｉｖｅｄｄａｔｅ：２∞５—０６１ｊ．Ａｐｐｒｏｖｅｄｄａｔｅ：２００５１０１０ Ｆｉｒｓｔａ砒ｈｏｒ；ＷＵＱ１小（１９４９）．ⅢａＩ｝＋ｐｒｏｆｅ３ｓｏＬ Ｅ—ｍｎｉ－：Ⅵ１ｑＩｆｋ＠ｎｌａｌｌ．ｗｈｕｔｅｄｕｃｎ 万方数据
太原工业学院 2015/2016学年第一学期 《特种陶瓷》课程论文 题目：碳化硅陶瓷的工艺与发展方向 班级： 122073219 姓名：刘鑫泽 学号： 19
1 前言 随着科技的发展，人们迫切需要开发各种新型高性能结构材料。碳化硅陶瓷由于具有多种良好的的性能，已经在许多领域大显身手，并且已经收到人们的高度重视。 2 晶体结构 SiC是共价键很强的化合物，SiC中 Si-C键的离子性仅12%左右。 SiC具有α和β两种晶型。β- SiC的晶体结构为闪锌矿晶体结构立方晶系，Si和 C 分别组成面心立方晶格；α-SiC纤锌矿型结构，六方晶系。存在着4H、15R和6H等100余种多型体，其中， 6H多型体为工业应用上最为普遍的一种。在温度低于1600℃时，SiC以β-SiC形式存在。当高于1600℃时，β- SiC缓慢转変成α-SiC的各种多型体。4H- SiC在2000℃左右容易生成；15R和6H多型体均需在2100℃以上的高温才易生成；对于6H- SiC，即使温度.超过2200℃，也是非常稳定的。SiC中各种多型体之间的自由能相差很小，因此，微量杂质的固溶也会引起多型体之间的热稳定关系变化。[1] 3 性能与应用 3.1 性能 (1)SiC陶瓷化学稳定性好、抗氧化性强。 (2)硬度高，耐磨性能好。 (3)SiC具有宽的能带间隙。 (4)优良的导电性。 (5)热稳定性好，高温强度大。 (6)热膨胀系数小、热导率大以及抗热振和耐化学腐蚀等。[4] 3.2 应用 碳化硅的最大特点是高温强度高，有很好的耐磨损、耐腐蚀、抗蠕变性能，其热传导能力很强，仅次子氧化铍陶瓷。碳化硅陶瓷用于制造火箭喷嘴、浇注金属的喉管、热电偶套管、炉管、燃气轮机叶片及轴承、泵的密封圈、拉丝成型模
1、无压烧结 1974年美国GE公司通过在高纯度β－SiC细粉中同时加入少量的B和C，采用无压烧结工艺，于2020℃成功地获得高密度SiC陶瓷。目前，该工艺已成为制备SiC陶瓷的主要方法。 最近，有研究者在亚微米SiC粉料中加入Al2O3和Y2O3，在1850℃～2000℃温度下实现SiC的致密烧结。由于烧结温度低而具有明显细化的微观结构，因而，其强度和韧性大大改善。 2、热压烧结 50年代中期，美国Norton公司就开始研究B、Ni、Cr、Fe、Al等金属添加物对SiC热压烧结的影响。实验表明：Al和Fe是促进SiC热压致密化的最有效的添加剂。有研究者以Al2O3为添加剂，通过热压烧结工艺，也实现了SiC的致密化，并认为其机理是液相烧结。此外，还有研究者分别以B4C、B或B与C，Al2O3和C、Al2O3和Y2O3、Be、B4C 与C作添加剂，采用热压烧结，也都获得了致密SiC陶瓷。 3、热等静压烧结： 近年来，为进一步提高SiC陶瓷的力学性能，研究人员进行了SiC陶瓷的热等静压工艺的研究工作。研究人员以B和C为添加剂，采用热等静压烧结工艺，在1900℃便获得高密度SiC烧结体。更进一步，通过该工艺，在2000℃和138MPa压力下，成功实现无添加剂SiC陶瓷的致密烧结。研究表明：当SiC粉末的粒径小于0．6μm时，即使不引入任何添加剂，通过热等静压烧结，在1950℃即可使其致密化。 4、反应烧结： SiC的反应烧结法最早在美国研究成功。反应烧结的工艺过程为：先将α－SiC粉和石墨粉按比例混匀，经干压、挤压或注浆等方法制成多孔坯体。在高温下与液态Si接触，坯体中的C与渗入的Si反应，生成β－SiC，并与α－SiC相结合，过量的Si填充于气孔，从而得到无孔致密的反应烧结体。反应烧结SiC通常含有8％的游离Si。因此，为保证渗Si的完全，素坯应具有足够的孔隙度。一般通过调整最初混合料中α－SiC和C的含量，α－SiC的粒度级配，C的形状和粒度以及成型压力等手段来获得适当的素坯密度。 综述：实验表明，采用无压烧结、热压烧结、热等静压烧结和反应烧结的SiC陶瓷具有各异的性能特点。假如就烧结密度和抗弯强度来说，热压烧结和热等静压烧结SiC陶瓷相对较高，反应烧结SiC相对较低。另一方面，SiC陶瓷的力学性能还随烧结添加剂的不同而不同。无压烧结、热压烧结和反应烧结SiC陶瓷对强酸、强碱具有良好的抵抗力，但反应烧结SiC陶瓷对HF等超强酸的抗蚀性较差。就耐高温性能比较来看，当温度低于900℃时，几乎所有SiC陶瓷强度均有所提高；当温度超过1400℃时，反应烧结SiC陶瓷抗弯强度急剧下降。（这是由于烧结体中含有一定量的游离Si，当超过一定温度抗弯强度急剧下降所致）对于无压烧结和热等静压烧结的SiC陶瓷，其耐高温性能主要受添加剂种类的影响。 碳化硅陶瓷的应用
关于烧结碳化硅的分类_烧结碳化硅工艺说明特陶领域的多数专家认为国内特陶产品质量提升不上去，很大程度与特陶粉体的制备水平有关系。“巧妇难为无米之炊”，当然没有好“米”，也烧不出“好饭”出来。有关于烧结碳化硅的话题，小编今天想跟大家聊一聊。烧结碳化硅有哪些分类呢？看文章吧！ 烧结碳化硅分类： （1）无压烧结 无压烧结被认为是SiC烧结有前途的烧结方法，根据烧结机理的不同，无压烧结又可分为固相烧结和液相烧结。S.Proehazka通过在超细β-SiC粉体（含氧量小于2）中同时加入适量B和C的方法，在2020℃下常压烧结成密度高于98
的SiC烧结体。A.Mulla等以Al2O3和Y2O3为添加剂在1850-1950℃烧结0.5μm的β-SiC(颗粒表面含有少量SiO2)，获得的SiC陶瓷相对密度大于理论密度的95，并且晶粒细小，平均尺寸为1.5μm。 （2）热压烧结 不添加任何烧结助剂，纯SiC只有在极高的温度下才能烧结致密，于是不少人对SiC实行热压烧结工艺。关于添加烧结助剂对SiC进行热压烧结的报道已有许多。Alliegro等研究了B、Al、Ni、Fe、Cr等金属添加物对SiC致密化的影响，发现Al和Fe是促进SiC热压烧结有效的添加剂。https://www.doczj.com/doc/4110722438.html,nge研究了添加不同量Al2O3对热压烧结SiC的性能影响，认为热压烧结致密是靠溶解--再沉淀机理。但是热压烧结工艺只能制备形状简单的SiC部件，而且一次热压烧结过程中所制备的产品数量很小，因此不利于工业化生产。 (3)反应烧结 反应烧结SiC又称自结合SiC, 是由a- SiC粉和石墨粉按一定比列混合压成坯体后,加热到1650℃左右,同时熔渗Si或通过气相Si渗入坯体,使之与石墨起反
碳化硅主要用途__碳化硅用于耐火材料时特性 碳化硅主要用途是什么呢？碳化硅用于耐火材料时有哪些特性呢？碳化硅又名金刚砂,包括黑碳化硅和绿碳化硅，其中：黑碳化硅是以石英砂,石油焦和硅石为主要原料,通过电阻炉高温冶炼而成。其硬度介于刚玉和金刚石之间,机械强度高于刚玉,性脆而锋利。绿碳化硅是以石油焦和硅石为主要原料,添加食盐作为添加剂，通过电阻炉高温冶炼而成。其硬度介于刚玉和金刚石之间,机械强度高于刚玉。那么碳化硅的主要用途有哪些? 【碳化硅主要用途】 一、磨料--主要是因为碳化硅具有很高的硬度，化学稳定性和一定的韧性，所以碳化硅能用于制造固结磨具、涂附磨具和自 由研磨，从而来加工玻 璃、陶瓷、石材、铸铁 及某些非铁金属、硬质 合金、钛合金、高速钢 刀具和砂轮等。 二、耐火材料和耐腐蚀 材料---主要是因为碳 化硅具有高熔点(分解 度)、化学惰性和抗热振性，所以碳化硅能用于磨具、陶瓷制品烧成窑炉中用的棚板和匣钵、炼锌工业竖缸蒸馏炉用的碳化硅砖、铝电解槽衬、坩锅、小件炉材等多种碳化硅陶瓷制品。 三、化工--因为碳化硅可在溶融钢水中分解并和钢水中的离氧、金属氧化物反应生成一氧化碳和含硅炉渣。所以它可作为冶炼钢铁的净化剂，即用作炼钢的脱氧剂和铸铁组织改良剂。这一般使用低纯度的碳化硅，以降低成本。同时还可以作为制造四氯化硅的原料。 四、电工--用作加热元件、非线性电阻元件和高半导体材料。加热元件如硅碳棒(适用于1100～1500℃工作的各种电炉)，非线性电阻元件，各式的避雷阀片。
五、其它--配制成远红外辐射涂料或制成碳化硅硅板用远红外辐射干燥器中。【碳化硅用于耐火材料时特性】 1、还原气氛下使用温度一般可达1760℃; 2、抗热震性能好，能承受温度急剧变化，防止炉衬出现裂纹或断裂 3、因热态强度高，中高温条件时可承受一定应力，可作为结构材料 4、耐磨性能好，在一定温度下，可作为耐磨衬体 5、能耐受一定熔渣或热态金属，包括碱金属熔液的侵蚀和渗透 6、可承受一些炉气的作用，能用于气氛炉。 其中，碳化硅应用于耐火材料的关键技术有以下四种方式： 1、氧化物结合：以硅酸铝、二氧化硅等为结合剂; 2、氮化物结合：氮化硅、氧氮化硅和赛隆结合; 3、自结合：按碳化硅的当量比例加入石墨和金属硅，高温下反应生成;
碳化硅陶瓷的合成方法综述 碳化硅陶瓷具有机械强度高、耐高温、抗氧化性强、热稳定性能好、热导率大、耐磨损性能好、耐化学腐蚀性能好、硬度高、抗热震性能好等优良的特性。碳化硅是所有非氧化物陶瓷中抗氧化性能最好的一种。碳化硅陶瓷不仅在高新技术领域发挥着重要的作用,而且在冶金、机械、能源和建材化工等热门领域也拥有广阔的市场。随着高新技术的不断发展,对碳化硅陶瓷的要求也越来越高,需要不同层次和不同性能的各种产品。早在20 世纪50 年代,Popper[ 1] 首次提出反应烧结制备碳化硅。其基本原理是:具有反应活性的液硅或硅合金,在毛细管力的作用下渗入含碳的多孔陶瓷素坯,并与其中的碳反应生成碳化硅,新生成的碳化硅原位结合素坯中原有的碳化硅颗粒,浸渗剂填充素坯中的剩余气孔,完成致密化的过程。 1．1 常压烧结 1．1．1 固相烧结 单一陶瓷粉体烧结常常属于典型的固相烧结，即在烧结过程中没有液相形成。陶瓷坯体的致密化主要是通过蒸发和凝聚、扩散传质等方式来实现的。其烧结过程主要由颗粒重排、气孔填充和晶粒生长等阶段组成。同时，固相烧结可以通过合适的颗粒级配、适当的烧结温度和较短的保温时间等工艺参数来实现致密化烧结。自20世纪7O年代，Prochazkal6在高纯度的SiC中加人少量的B和C作为烧结助剂，在2050℃成功地固相烧结出致密度高于98 的SiC陶瓷以来，固相烧结就一直很受关注。虽然SiC-B-C体系固相烧结SiC需要较高的烧结温度，烧结晶粒粗大，均匀性差，而且SiC陶瓷具有较低的断裂韧性、较高的裂纹强度敏感性和典型的穿晶断裂模式，但是固相烧结的烧结助剂含量低，杂质少，晶界几乎不残留低熔点物质，烧结后的SiC陶瓷高温稳定性好、热导能力强l7剖。因此，固相烧结在SiC陶瓷烧结中具有潜在的应用价值。目前，采用SiC-B-C烧结体系来进行固相烧结SiC陶瓷的厂家主要有美国的GE公司。 1．1．2 液相烧结 由于陶瓷粉体中总有少量的杂质，大多数材料在烧结过程中都会或多或少地出现液相。另外，即使在没有杂质的纯固相系统中，高温下还会出现“接触”熔融现象，因而纯粹的固相烧结实际上不易实现，大多数的烧结实属液相烧结。液相烧结是以一定数量的多元低共熔点氧化物为烧结助剂，在高温下烧结助剂形成共溶液相的烧结过程，烧结晶粒细小均匀呈等轴晶状。其烧结体系的传质方式为流动传质，可降低致密化所需要的能量，容易实现低温下的烧结致密化，缩短烧结时问。同时，低共溶液相的引入和独特的界面结合弱化，使材料的断裂模式为沿晶断裂模式，材料的断裂韧性和强度显著提高。Nakano等利用BeO 的高热导能力以及SiC与BeO在烧结过程中形成液相的特点，最终制备出热导率高达270W ／(m ·K)的SiC陶瓷。Takada等在2200℃烧结平均粉末粒径为0．5Fro的SiC陶瓷的过程中，加入烧结助剂2 BeO、0．2 ～O．4 BC和0．2 ～O．3 C(质量分数)，无压烧结0．5h，获得材料的电阻率和热导率分别为5×l0^12Q ·cm和140w／(m ·K)。在烧结过程中，均匀分布在SiC表面的B原子和C原子与Si原子反应，生成GB-C、Si-B-C、Si- Si 和Si—DSi键，促进Si原子的扩散，提高SiC陶瓷的致密度。 1．2 热压烧结 热压烧结是指在SiC加热烧结的同时，施加一定的轴向压力而进行的烧结。热压烧结可增大SiC粒子间接触面积，降低烧结温度，缩短烧结时间，增加烧结体的致密化，促进SiC烧结。为了使SiC粒子更容易烧结，热压烧结通常需要在SiC粉体中加入B、C、Al、B4C、Y2O3、A12O3。等烧结助剂来促进烧结。B、Al或BC固溶于SiC中，降低SiC 的界面能，C主要与SiC粒子表面的SiO。反应形成低温液相，促进B、A1的扩散。Liu 等以Y2O3和A12O3。为烧结助剂，在2000℃、30MPa的烧结条件下进行烧结，烧结出
碳化硅制品的全面概述 碳化硅制品是何物？如何使用碳化硅制品，我们首先要明确碳化硅的定义，然后知道碳化硅制品的组成部分，用哪些工艺？下面做些简单介绍 碳化硅是一种无机非金属材料，由于它具有高硬度、高耐磨性、高耐腐蚀性及较高的高温强度等特点，用于各种要求耐磨、耐蚀和耐高温的机械零部件中。由于材料工作者的不断努力，其性能有了很大的改进，已成为一种重要的工程材料，在机械、冶金、化工、电子等部门得到广泛的应用。 采用常压烧结方法生产碳化硅陶瓷制品，其特点是用较高的烧结温度烧结碳化硅的毛坯，使之达到较高的密度，碳化硅的含量达到９８％以上。所得到的碳化硅陶瓷烧结体耐腐蚀性、抗氧化性能及高温强度均较高。在1600oC时强度不降低。因而其制品特别适合于耐磨、耐腐蚀和耐高温的场合使用，如密封环、磨介、喷砂嘴、防弹板等。 特种陶瓷主要运用到那些方面？ 特种陶瓷包括各种材料制作的陶瓷制品，例如碳化硅材料生产的碳化硅制品，碳化硅密封环，氧化铝材料生产的99瓷，氧化锆材料生产的电解质等等。所以说，是应用相当广泛的，今天我讲解下应用到高端产品的特种陶瓷。 1 氧化锆材料生产的特种陶瓷 氧化锆陶瓷因其拥有较高的离子电导率，良好的化学稳定性和结构稳定性，成为研究最多、应用最为广泛的一类电解质材料。通过对氧化锆基电解质薄膜制备工艺的改进，降低此类材料的操作温度和制备成本，力争可以实现产业化也是未来研究的重要方向。 2 碳化硅材料生产的特种陶瓷 碳化硅材料是硬度高，成本低的材料，可以生产碳化硅制品，例如碳化硅密封件、碳化硅轴套、碳化硅防弹板、碳化硅异形件等，可以应用到机械密封件上和各种泵上。 在以后的发展中，特种陶瓷会应用得更加广泛，因为新型材料的不断出现，制作的特种陶瓷的功能越来越受到人们的欢迎！ 当今市场上存在哪些碳化硅制品 在碳化硅制品行业中，仅仅因为其市场较大，所以涌现了很多的碳化硅制品种类，例如碳化硅密封环、碳化硅轴套、碳化硅轴、碳化硅防弹板等。 1 碳化硅密封环 碳化硅密封环主要运用到机械密封件上，动静环配套使用，外加上固定的配件就组成了机械密封件。它是密封件的核心部位，起到关键作用。 2 碳化硅轴套和轴 碳化硅轴套和轴可以用到磁力泵、高压釜上，它们相互配套使用，轴起到支撑作用，轴套密封在轴上，共同保证磁力泵等在高温下正常密封。 3 碳化硅防弹板 碳化硅防弹板是新型的产物，在国外已经很是流行。碳化硅防弹板硬度高、比重小、弹道性能好，广泛用于各种防弹车、装甲车，舰艇等防护防弹中 随着碳化硅制品的市场越来越大，客户的要求也越来越高，所以，出现的碳化硅制品种类越来越多。
碳化硅（SiC）陶瓷，具有抗氧化性强，耐磨性能好，硬度高，热稳定性好，高温强度大，热膨胀系数小，热导率大以及抗热震和耐化学腐蚀等优良特性。因此，已经在石油、化工、机械、航天、核能等领域大显身手，日益受到人们的重视。例如，SiC陶瓷可用作各类轴承、滚珠、喷嘴、密封件、切削工具、燃汽涡轮机叶片、涡轮增压器转子、反射屏和火箭燃烧室内衬等等。 SiC陶瓷的优异性能与其独特结构密切相关。SiC是共价键很强的化合物，SiC中Si-C键的离子性仅12％左右。因此，SiC强度高、弹性模量大，具有优良的耐磨损性能。纯SiC 不会被HCl、HNO3、H2SO4和HF等酸溶液以及NaOH等碱溶液侵蚀。在空气中加热时易发生氧化，但氧化时表面形成的SiO2会抑制氧的进一步扩散，故氧化速率并不高。在电性能方面，SiC具有半导体性，少量杂质的引入会表现出良好的导电性。此外，SiC还有优良的导热性。 SiC具有α和β两种晶型。β－SiC的晶体结构为立方晶系，Si和C分别组成面心立方晶格；α－SiC存在着4H、15R和6H等100余种多型体，其中，6H多型体为工业应用上最为普遍的一种。在SiC的多种型体之间存在着一定的热稳定性关系。在温度低于1600℃时，SiC以β－SiC形式存在。当高于1600℃时，β－SiC缓慢转变成α－SiC的各种多型体。4H－SiC在2000℃左右容易生成；15R和6H多型体均需在2100℃以上的高温才易生成；对于6H－SiC，即使温度超过2200℃，也是非常稳定的。SiC中各种多型体之间的自由能相差很小，因此，微量杂质的固溶也会引起多型体之间的热稳定关系变化。 现就SiC陶瓷的生产工艺简述如下： 一、SiC粉末的合成： SiC在地球上几乎不存在，仅在陨石中有所发现，因此，工业上应用的SiC粉末都为人工合成。目前，合成SiC粉末的主要方法有： 1、Acheson法： 这是工业上采用最多的合成方法，即用电将石英砂和焦炭的混合物加热至2500℃左右高温反应制得。因石英砂和焦炭中通常含有Al和Fe等杂质，在制成的SiC中都固溶有少量杂质。其中，杂质少的呈绿色，杂质多的呈黑色。 2、化合法： 在一定的温度下，使高纯的硅与碳黑直接发生反应。由此可合成高纯度的β－SiC粉末。 3、热分解法： 使聚碳硅烷或三氯甲基硅等有机硅聚合物在1200～1500℃的温度范围内发生分解反应，由此制得亚微米级的β－SiC粉末。
碳化硅特性 碳化硅是一种人工合成的碳化物，分子式为SiC。通常是由二氧化硅和碳在通电后200 0℃以上的高温下形成的。碳化硅理论密度是3.18g/cm3，其莫氏硬度仅次于金刚石，在9.2 -9.8之间，显微硬度3300kg/mm3，由于它具有高硬度、高耐磨性、高耐腐蚀性及较高的高温强度等特点，被用于各种耐磨、耐蚀和耐高温的机械零部件，是一种新型的工程陶瓷新材料。纯碳化硅是无色透明的结晶,工业碳化硅有无色、淡黄色、浅绿色、深绿色、浅蓝色、深蓝色乃至黑色的,透明程度依次降低。磨料行业把碳化硅按色泽分为黑色碳化硅和绿色碳化硅2类。其中无色的至深绿色的都归入绿色碳化硅类,浅兰色的至黑色的则归入黑色碳化硅类。黑色和绿色这2种碳化硅的机械性能略有不同,绿色碳化硅较脆,制成的磨具富于自锐性;黑碳化硅较韧。 碳化硅结晶结构是一种典型的共价键结合的化合物，自然界几乎不存在。碳化硅晶格的基本结构单元是相互穿插的SiC4和CSi4四面体。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。SiC具有α和β两种晶型。β－SiC的晶体结构为立方晶系，Si和C分别组成面心立方晶格；α－SiC存在着4H、15R和6H等100余种多型体，其中，6H多型体为工业应用上最为普遍的一种。α-SiC是高温稳定型,β-SiC是低温稳定型。β-SiC在2100～2400℃可转变为α-SiC,β-SiC可在1450℃左右温度下由简单的硅和碳混合物制得。在温度低于1600℃时，SiC以β－SiC形式存在。当高于1600℃时，β－SiC 缓慢转变成α－SiC的各种多型体。4H－SiC在2000℃左右容易生成；15R和6H多型体均需在2100℃以上的高温才易生成；对于6H－SiC，即使温度超过2200℃，也是非常稳定的。常见的SiC多形体列于下表：
碳化硅电力电子器件的发展现状分析 目录 1.SiC器件的材料与制造工艺 (2) 1.1 SiC单晶 (2) 1.2 SiC外延 (3) 1.3 SiC器件工艺 (4) 2. SiC二极管实现产业化 (5) 3. SiC JFET器件的产业化发展 (6) 4. SiC MOSFET器件实用化取得突破 (7) 5. SiC IGBT器件 (8) 6. SiC功率双极器件 (9) 7. SiC 功率模块 (10) 8. 国内的发展现状 (11) 9. SiC电力电子器件面对的挑战 (11) 9.1 芯片制造成本过高 (11) 9.2 材料缺陷多，单个芯片电流小 (12) 9.3 器件封装材料与技术有待提高 (12) 10. 小结 (12)
在过去的十五到二十年中，碳化硅电力电子器件领域取得了令人瞩目的成就，所研发的碳化硅器件的性能指标远超当前硅基器件，并且成功实现了部分碳化硅器件的产业化，在一些重要的能源领域开始逐步取代硅基电力电子器件，并初步展现出其巨大的潜力。碳化硅电力电子器件的持续进步将对电力电子技术领域的发展起到革命性的推动作用。随着SiC单晶和外延材料技术的进步，各种类型的SiC器件被开发出来。SiC器件主要包括二极管和开关管。SiC二极管主要包括肖特基势垒二极管及其新型结构和PiN 型二极管。SiC开关管的种类较多，具有代表性的开关管有金属氧化物半导体场效应开关管（MOSFET）、结型场效应开关管（JFET）、绝缘栅双极开关管（IGBT）三种。1.SiC器件的材料与制造工艺 1.1 SiC单晶 碳化硅早在1842年就被发现了，但直到1955年，飞利浦（荷兰）实验室的Lely 才开发出生长高品质碳化硅晶体材料的方法。到了1987年，商业化生产的SiC衬底进入市场，进入21世纪后，SiC衬底的商业应用才算全面铺开。碳化硅分为立方相（闪锌矿结构）、六方相（纤锌矿结构）和菱方相3大类共260多种结构，目前只有六方相中的4H-SiC、6H-SiC才有商业价值，美国科锐（Cree）等公司已经批量生产这类衬底。立方相（3C-SiC）还不能获得有商业价值的成品。 SiC单晶生长经历了3个阶段, 即Acheson法、Lely法、改良Lely法。利用SiC高温升华分解这一特性，可采用升华法即Lely法来生长SiC晶体。升华法是目前商业生产SiC单晶最常用的方法，它是把SiC粉料放在石墨坩埚和多孔石墨管之间，在惰性气体（氩气）环境温度为2 500℃的条件下进行升华生长，可以生成片状SiC晶体。由于Lely法为自发成核生长方法，不容易控制所生长SiC晶体的晶型，且得到的晶体尺寸很小，后来又出现了改良的Lely法。改良的Lely法也被称为采用籽晶的升华法或物理气相输运法(简称PVT法)。PVT法的优点在于：采用SiC籽晶控制所生长晶体的晶型，克服了Lely法自发成核生长的缺点，可得到单一晶型的SiC单晶，且可生长较大尺寸的SiC单晶。国际上基本上采用PVT法制备碳化硅单晶。目前能提供4H-SiC晶片的企业主要集中在欧美和日本。其中Cree产量占全球市场的85%以上，占领着SiC晶体生长及相关器件制作研究的前沿。目前，Cree的6英寸SiC晶片已经商品化,可以小批量供货。此外，国内外还有一些初具规模的SiC晶片供应商，年销售量在1万片上下。Cree 生产的SiC晶片有80%以上是自己消化的，用于LED衬底材料，所以Cree是全球唯一
铝工业用大型薄壁无压烧结碳化硅管状制品的研究开发 一、项目背景 随着世界经济的快速发展和材料制备技术的持续进步, 无压烧结SiC材料已经进入民用工业, 在汽车、冶金、轻工、化工等行业应用呈现扩大趋势, 对促进相关领域的技术进步、节能和环保的积极作用越来越明显。高性能无压烧结SiC材料已列入工信部发布的《装备制造业技术进步和技术改造投资方向( ) 》报告中, 是中国经济建设需要的高技术产品。 国际上, 铝、锌、镁等有色金属或合金熔体的加热更多的向能量可高效利用的内加热方式发展, 长管状内加热管采用大型薄壁无压烧结SiC材料的理念受到重视, 应用越来越普遍, 国外部分铝业公司在铝加工业过程中已经大量采用这种材料, 仅非州某一家铝业公司年需求长度 mm, 内径150-200mm, 壁厚8-10mm, 一端敞口、一端球形封闭的内加热管近支, 产值近 -3000万元人民币。中国原铝产量居世界第一, 铝加工业的技术进步受世界瞩目, 少数铝加工企业引进国外的整套加热设备中已经使用了这种大型无压烧结SiC内加热管, 该材料是国产化先进加热设备重要的关键部件, 但当前国内尚不能生产该类产品, 只能依赖进口, 国内企业对这种高技术材料的需求较为迫切。总之, 这种大型薄壁无压烧结SiC管状制品的国内外市场前景极好。 本项目拟经过与中国科学院上海硅酸盐研究所合作研究开发, 解决大型薄壁无压烧结SiC管状制品工业化制备的关键技术, 掌握并稳定该材料的生产技术, 实现批量生产。项目实施成功后, 研制的高性能产品将极大地丰富我院碳化硅产品种类, 优化我院碳化硅产品结构, 进一步提升我院在铝工业的服务水平。 二、国内外研究现状及我院研发基础 国内外对无压烧结SiC陶瓷材料进行了大量的研究开发, 已有大量的产品用于民用和军工工业。世界500强之一的圣戈班( SAINT-GOBAIN) 公司是当前先进SiC