碳化硅陶瓷及制备工艺

国内外碳化硅陶瓷材料研究与应用进展一、本文概述碳化硅陶瓷材料，作为一种高性能的无机非金属材料，因其出色的物理和化学性能，如高强度、高硬度、高热稳定性、良好的化学稳定性以及低热膨胀系数等，在航空航天、汽车、能源、电子等多个领域具有广泛的应用前景。

本文旨在全面综述国内外碳化硅陶瓷材料的研究现状、发展趋势和应用领域，以期为相关领域的科研人员和技术人员提供有价值的参考。

本文首先回顾了碳化硅陶瓷材料的发展历程，并分析了其独特的物理和化学性质，以及这些性质如何使其在众多领域中脱颖而出。

随后，文章重点介绍了国内外在碳化硅陶瓷材料制备工艺、性能优化、结构设计等方面的研究进展，包括新型制备技术的开发、复合材料的制备与应用、纳米碳化硅陶瓷的研究等。

文章还讨论了碳化硅陶瓷材料在航空航天、汽车、能源、电子等领域的应用现状及未来发展趋势。

通过本文的综述，我们期望能够为碳化硅陶瓷材料的研究与应用提供更为清晰和全面的视角，推动该领域的技术进步和创新发展。

我们也期待通过分享国内外的研究经验和成果，为国内外科研人员和技术人员搭建一个交流与合作的平台，共同推动碳化硅陶瓷材料的发展和应用。

二、碳化硅陶瓷材料的制备技术碳化硅陶瓷材料的制备技术是决定其性能和应用领域的关键因素。

经过多年的研究和发展，目前碳化硅陶瓷的主要制备技术包括反应烧结法、无压烧结法、热压烧结法、气相沉积法等。

反应烧结法：反应烧结法是一种通过碳和硅粉在高温下反应生成碳化硅的方法。

这种方法工艺简单，成本较低，但制备的碳化硅陶瓷材料致密度和性能相对较低，主要用于制备大尺寸、低成本的碳化硅制品。

无压烧结法：无压烧结法是在常压下，通过高温使碳化硅粉末颗粒之间发生固相反应，实现烧结致密化。

这种方法制备的碳化硅陶瓷材料具有较高的致密度和优良的力学性能，但烧结温度较高，时间较长。

热压烧结法：热压烧结法是在加压和高温条件下，使碳化硅粉末颗粒之间发生固相反应，实现快速烧结致密化。

这种方法制备的碳化硅陶瓷材料具有极高的致密度和优异的力学性能，但设备成本高，生产效率较低。

碳化硅研究报告碳化硅是一种重要的陶瓷材料，具有高硬度、高强度、高温稳定性和化学稳定性等优良性能。

本文综述了碳化硅的制备方法、物理性质、化学性质、微观结构以及应用领域等方面的研究进展，并对碳化硅未来的发展方向进行了展望。

关键词：碳化硅；制备方法；物理性质；化学性质；微观结构；应用领域正文一、引言碳化硅（SiC）是一种广泛应用于高温、高压、高速、高频、高辐射环境下的陶瓷材料，具有高硬度、高强度、高温稳定性和化学稳定性等优良性能。

碳化硅在电力、冶金、航空航天、半导体、新能源等领域有着广泛的应用。

本文将综述碳化硅的制备方法、物理性质、化学性质、微观结构以及应用领域等方面的研究进展，并对碳化硅未来的发展方向进行了展望。

二、碳化硅的制备方法碳化硅的制备方法主要包括固相反应法、液相反应法、气相反应法和热分解法等。

其中，气相反应法是目前应用最广泛的制备方法。

1、固相反应法固相反应法是指将碳源和硅源混合后，在高温条件下进行反应得到碳化硅。

碳源主要包括石墨、焦炭等，硅源主要包括二氧化硅、硅粉等。

固相反应法的优点是反应过程简单，成本低廉，但是其缺点是反应速度慢，需要高温长时间反应，且产品质量不稳定。

2、液相反应法液相反应法是指在高温下，将碳源和硅源混合在有机溶剂中进行反应得到碳化硅。

液相反应法的优点是反应速度快，反应温度低，但是其缺点是反应过程中易受到溶剂的影响，且需要进行后续的溶剂脱除处理。

3、气相反应法气相反应法是指将硅源和碳源在高温下，经过气相反应得到碳化硅。

气相反应法的优点是反应速度快，反应温度低，且可以得到高纯度的碳化硅。

气相反应法的缺点是设备复杂，需要高温高压气氛，且产品粒度较小。

4、热分解法热分解法是指将有机硅化合物在高温下分解得到碳化硅。

热分解法的优点是反应速度快，反应温度低，且可以得到高纯度的碳化硅。

热分解法的缺点是需要使用有机硅化合物，成本较高。

三、碳化硅的物理性质碳化硅具有很高的硬度和强度，其硬度达到了莫氏硬度9.5，比钢铁还要硬。

化工进展Chemical Industry and Engineering Progress2023 年第 42 卷第 12 期碳化硅陶瓷膜的制备及其应用进展李冬燕1，周剑2，江倩2，苗凯3，倪诗莹3，邹栋3（1 南京科技职业学院化学与材料工程学院，江苏 南京 210048；2 南京工业大学化工学院，江苏 南京 211816；3南京工业大学环境科学与工程学院，国家特种分离膜工程技术研究中心，江苏 南京 211816）摘要：碳化硅陶瓷膜具有耐高温、抗热震、耐腐蚀、高通量、使用寿命长等优势，是环境污染治理领域中的关键材料。

如何制备面向应用过程的高性能碳化硅陶瓷膜已经成为目前的研究热点。

本综述介绍了碳化硅陶瓷膜的成膜方法，包括浸渍提拉法、喷涂法、化学气相沉积法及相转化法。

此外，阐明了各方法的成型机理、影响因素及优缺点等，概述了碳化硅膜烧结技术的机理、特点及研究现状，包括重结晶技术、前体转化技术、原位反应烧结技术及新型烧结技术，其中重点描述了共烧技术的实际应用价值及挑战，利于明晰碳化硅陶瓷膜性能与制备工艺的关系。

并阐明了碳化硅陶瓷膜在高温烟气净化、油水分离、气体分离领域中的应用现状及前景，最后对碳化硅陶瓷膜工业化应用潜力作出展望。

关键词：碳化硅陶瓷膜；制备方法；烧结技术；烟气净化；油水分离；气体分离中图分类号：TB34 文献标志码：A 文章编号：1000-6613（2023）12-6399-10Progress in preparations and applications of silicon carbideceramic membranesLI Dongyan 1，ZHOU Jian 2，JIANG Qian 2，MIAO Kai 3，NI Shiying 3，ZOU Dong 3(1 School of Chemical and Materials Engineering, Nanjing Polytechnic Institute, Nanjing 210048, Jiangsu, China; 2College of Chemical Engineering, Nanjing Tech University, Nanjing 211816, Jiangsu, China; 3 National Engineering Research Centerfor Special Separation Membranes, School of Environmental Science and Technology, Nanjing Tech University,Nanjing 211816, Jiangsu, China)Abstract: Silicon carbide ceramic membranes have the advantages of high-temperature resistance, thermal shock resistance, corrosion resistance, high flux, long service life and so on, which are key materials in the field of environmental pollution control. How to prepare high-performance silicon carbide ceramic membranes for application-oriented processes has become a current research hot spot. In this review, the forming methods of silicon carbide ceramic membranes are introduced, including dip-coating method, spraying method, chemical vapor deposition method and phase inversion method. In addition, the molding mechanism, influencing factors, advantages and disadvantages of each method are elucidated.The mechanism, characteristics and research status of silicon carbide membranes sintering technology aresummarized, including recrystallization technology, precursor conversion technology, in-situ reaction综述与专论DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2023-1507收稿日期：2023-08-29；修改稿日期：2023-09-11。

重结晶烧结碳化硅工艺的特点重结晶烧结碳化硅是一种常用的烧结工艺，它具有一些独特的特点。

在此，我们将详细解释这些特点，并符合标题的中心扩展要求。

重结晶烧结碳化硅是一种高温烧结工艺，用于制备高性能的碳化硅陶瓷材料。

它的特点如下：1. 烧结温度高：重结晶烧结碳化硅的烧结温度通常在2000摄氏度以上。

这种高温能够使碳化硅颗粒迅速熔结，并形成致密的微观结构。

高温烧结还能促进颗粒之间的原子扩散，从而提高材料的晶界结合强度。

2. 高硬度和高强度：重结晶烧结碳化硅具有极高的硬度和强度。

碳化硅是一种具有非常高硬度的陶瓷材料，其硬度接近于金刚石。

通过重结晶烧结工艺，可以进一步提高碳化硅的硬度和强度，使其具备出色的抗磨损和耐腐蚀性能。

3. 良好的耐高温性能：重结晶烧结碳化硅具有优异的耐高温性能。

它能够在高温环境下长时间稳定运行，不会发生软化或熔化。

这使得重结晶烧结碳化硅在高温炉内和高温设备中得到广泛应用。

4. 优异的导热性能：碳化硅是一种优良的热导体，重结晶烧结碳化硅的导热性能更加出色。

它能够快速传导热量，并具有良好的热稳定性。

这使得重结晶烧结碳化硅在高功率电子器件和高温散热器中得到广泛应用。

5. 低密度和轻质化：重结晶烧结碳化硅具有相对较低的密度，使其成为轻质化设计的理想选择。

低密度可以减少设备的重量和惯性，提高设备的运行效率和响应速度。

6. 超硬材料的特点：重结晶烧结碳化硅具有与金刚石相似的硬度和抗磨损性能，因此被广泛应用于磨损和切削工具、陶瓷轴承和密封件等领域。

它的高硬度能够有效抵抗外界的磨损和冲击，延长使用寿命。

7. 难加工性：重结晶烧结碳化硅由于其高硬度和脆性，使得其难以加工成复杂的形状和细节。

通常需要使用磨削和切割等特殊工艺来制备所需的形状和尺寸。

重结晶烧结碳化硅是一种具有特殊特点的高性能陶瓷材料。

它具有高硬度、高强度、耐高温、良好的导热性能、低密度和轻质化等优点。

尽管它的加工难度较大，但在高温、高磨损和高负荷等特殊环境下，重结晶烧结碳化硅仍然是一种理想的材料选择。

碳化硅加工工艺流程一、碳化硅的发展史：1893年艾奇逊发表了第一个制碳化硅的专利，该专利提出了制取碳化硅的工业方法，其主要特点是，在以碳制材料为炉芯的电阻炉中通过加热二氧化硅和碳的混合物，使之相互反应，从而生成碳化硅，到1925年卡普伦登公司，又宣布研制成功绿碳化硅。

我国的碳化硅于1949年6月由赵广和研制成功，1951年6月，第一台制造碳化硅的工业炉在第一砂轮厂建成，从此结束了中国不能生产碳化硅的历史，到1952年8月，第一砂轮厂又试制成功了绿碳化硅。

随着国民经济的发展，我国又相继发展了避雷器用碳化硅、立方碳化硅、铈碳化硅及非磨料碳化硅。

到1969年第一砂轮厂、第二砂轮厂建成4000KW、3000KW的活动式电阻炉，显著提高了机械化程度，大大改善了作业环境。

1980年第一砂轮厂建造了我国第一台特大型电阻炉—8000KW；就我们一车间7750KW的冶炼炉在当时也算特大型电阻炉，到现在30000KW的电阻炉已不算稀奇，所以说碳化硅的发展速度是相当快的。

二、碳化硅的分类：（黑碳化硅、绿碳化硅）通常按碳化硅的含量进行分类，含量越高、纯度越高、它的物理性能越好。

一般来讲：含量在95%——98%为一级品，含量在98%以上的为特级品、含量在80%——94%为二级品、含量在70%左右为三级品，碳化硅的含量及纯度越高其价值也就越大。

化学成份：主要杂质有：游离硅（F.Si），它一部分溶解在碳化硅晶体中，一部分与其它金属杂质（铁、铝、钙）呈金属状态存在。

游离二氧化硅（F.SiO2）通常存在于晶体表面，大都是由于冶炼碳化硅电阻炉冷却过程中，碳化硅氧化而形成。

正常的情况下，绿碳化硅结晶块表面的游离硅，二氧化硅的含量为0.6%左右，当配料中二氧化硅过量时，二氧化硅会蒸发凝聚在碳化硅晶体表面上，呈白色绒毛状。

碳：（C），当配比碳过量时，看到明显的游离状态的碳粒。

铁、铝、钙、镁由于炉内产品高温及还原性气氛，结晶块中的这些杂质大都呈合金状态或碳化物状态。

2019电子工艺技术Electronics Process Technology第年1月40卷第1期5摘　要：为了改善碳化硅陶瓷基片的介电性能，开发不同于浆料烧结法的陶瓷基片制备新工艺。

采用先驱体转化法，通过向先驱体中添加铍作为异质元素，再进行流延和烧成，制备出了含有铍元素的改性碳化硅陶瓷基片。

对含铍碳化硅陶瓷基片的介电常数和介电损耗进行了表征，发现虽然其介电常数和介电损耗相比常用的Al 2O 3等陶瓷基片材料没有明显提升，但铍元素含量对介电常数和介电损耗曲线的峰值区频率有明显的影响，可通过调节碳化硅陶瓷中铍元素的含量制得在特定频率范围下具有低介电常数和低介电损耗的改性碳化硅陶瓷基片。

关键词：先驱体转化法；陶瓷基片；异质元素中图分类号：TN453　文献标识码：Ａ　文章编号：1001-3474（2019）01-0005-04Abstract: A new process for preparing ceramic substrates is developed in order to improve the dielectric properties of silicon carbide ceramic substrates, which is different from paste sintering method. Modifi ed silicon carbide ceramic substrates containing beryllium were prepared by adding beryllium as heterogeneous element to the precursor, tape casting and sintering. The dielectric constant and dielectric loss are characterized, the dielectric constant and dielectric loss of the substrates werenot signifi cantly increased compared with those of Al 2O 3 and other ceramic substrates, the content of beryllium had a significant effect on the frequency in peak area of dielectric constant and dielectric loss curve. It is possible to prepare modified SiC substrate which has low dielectric constant and dielectric loss under special frequency by adjusting the content of beryllium.Key Words: precursor infi ltration pyrolysis; ceramic substrate; hetero-element Document Code: A Article ID: 1001-3474 (2019) 01-0005-04先驱体流延转化法制备碳化硅陶瓷基片鞠振飞1，雷雷2（1 海装上海局，上海 201206；2 中国航发控制系统研究所，江苏 无锡 214100）作者简介：鞠振飞（1981- ），男，硕士，毕业于南京大学，主要从事雷达与信号处理的研究工作。

碳化硅的生产工艺及用途碳化硅是一种重要的无机化合物，具有多种用途。

下面将介绍碳化硅的生产工艺和其在各个领域的应用。

首先，我们来了解一下碳化硅的生产工艺。

碳化硅的生产主要依赖于化工工业中的碳，和二氧化硅。

通常，碳源可以来自石油焦、碳素材料、木炭等，而二氧化硅则可以通过石英砂等硅源原料制备得到。

在高温下，碳源和硅源通过反应生成粒径较小的碳化硅颗粒。

然后，通过机械研磨和筛分等步骤，可以获得不同粒径的碳化硅产品。

碳化硅具有多种用途。

首先，在高温领域，碳化硅表现出了优异的耐高温性能。

因此，碳化硅常被用作制造耐火材料或耐火陶瓷的原料。

碳化硅陶瓷制品可用于制造高温窑炉、玻璃熔炉和煤气化炉等工业设备，能够承受高温环境下的腐蚀和磨损。

此外，碳化硅还可用于制备高硬度的磨料和研磨工具。

由于碳化硅具有高硬度和优异的磨削性能，它被广泛应用于制造磨具、砂纸、砂轮等工具，用于金属加工和石材加工等领域。

碳化硅材料还用于制造陶瓷刀具、切割工具和刀片等。

此外，碳化硅还被应用于电子器件的制造。

碳化硅具有良好的耐电特性和耐高温性能，因此被用于制造功率半导体器件、高压电力设备和电子元件等。

这些器件具有低电阻和高耐受电压能力，广泛应用于电力传输、电动汽车、太阳能电池和电源系统等领域。

除了以上应用之外，碳化硅还被用于制造陶瓷管、陶瓷过滤器和陶瓷燃烧器等。

碳化硅陶瓷具有化学稳定性和耐腐蚀性能，因而用于石油化工、环保工程、食品加工等领域。

总结起来，碳化硅在耐火材料、磨料研磨工具、电子器件和陶瓷制品等领域具有广泛应用。

它的耐高温性能、硬度和耐电特性使其成为许多工业应用中不可或缺的材料之一。

随着技术的进步和创新，碳化硅的应用前景将进一步拓展，为多个行业带来更多的创新解决方案。