碳化硅的用处

时间：2019-03-29 作者：91再生 来源：91再生网

　　碳化硅是由硅与碳元素以共价键结合的非金属碳化物，硬度仅次于金刚石和碳化硼。化学式为SiC。无色晶体，外表氧化或含杂质时呈蓝黑色。具有金刚石结构的碳化硅变体俗称金刚砂。金刚砂的硬度挨近金刚石，热安稳性好，2127℃时由β-碳化硅转变成α-碳化硅，α-碳化硅在2400℃依然安稳。对氢氟酸水溶液和浓硫酸安稳，对浓氢氟酸与硝酸的混合酸或磷酸则不安稳。在空气氛中被熔融的碱分化。它分为人工合成碳化硅和天然碳化硅。天然碳化硅称为碳硅石，首要赋存于金伯利岩及火山角闪岩中，但其量甚少，无挖掘价值。

 

　　工业用碳化硅为人工碳化硅，SiC含量为95%～99.5%，常含少量的游离碳，以及Fe2O3、Si和SiO2等杂质。碳化硅按结晶类型可分为六方晶系(α-SiC)和立方晶系(β-SiC)，六方晶系又因其结晶排列的周期性不同有六方晶胞的晶型(2H、4H、6H……等)和菱形晶胞的晶型(15R、21R、27R……等)，碳化硅的同质多晶结构有100多种。工业碳化硅为α-SiC和β-SiC的混合物，色彩有黑色和绿色两种。纯洁的碳化硅为无色通明，含杂质时呈黑色、绿色、蓝色及黄色。六方和立方晶系，晶体为板状，复三方柱状。具有玻璃光泽，密度为3.17～3.47g/cm3，莫氏硬度9.2，显微硬度30380～33320MPa；熔点：在大气中2050℃开端分化，在复原气氛下2600℃开端分化；弹性模量为466、480MPa；抗拉强度为171.5MPa；耐压强度为1029MPa；线膨胀系数为(25～1000℃)5.0×10-6/℃；热导率(20℃)为59W/(m·K)。化学性质安稳，在HCl、H2SO4和HF中煮沸也不受浸蚀，但在浓H3PO4中于230℃开端分化。

 

　　碳化硅是由美国工程师艾奇逊(E.G.Acheson)在1891年电熔金刚石时偶尔发现的一种碳化物。其时误认为是和刚玉的化合物，取名金刚砂。1893年，艾奇逊研究出制造碳化硅的工业办法，以炭质资料为炉芯的电阻炉，通电加热SiO2和炭的混合物，反响生成碳化硅的专利办法

 

　　碳化硅制品具有耐高温、耐磨、耐热震、耐化学腐蚀、耐辐射和杰出的导电性、导热性等特别功用，因而在国民经济各部门中具有广泛的用处。在我国，绿碳化硅首要用做磨料。黑碳化硅用于制造磨具，多用于切开和研磨抗张强度低的资料，如玻璃、陶瓷、石料和耐火物等，一起也用于铸铁零件和有色金属资料的磨削。绿碳化硅制成的磨具，多用于硬质合金、钛合金、光学玻璃的磨削，一起也用于缸套的珩磨及高速钢刀具的精磨。立方碳化硅磨具专用于微型轴承的超精磨。用电镀办法将碳化硅微粉涂敷于水轮机叶轮上，可大大提高叶轮的耐磨性;用机械压力将立方体SiC200号磨粉与W28微粉压入内燃机的汽缸壁上，可延长缸体寿数一倍以上。

 

　　在电气工业中，碳化硅可用做避雷器阀体、硅碳电热元件、远红外线发生器等。在电子工业中，如在工业碳化硅炉内或在工业炉上用特别办法培育出来大片完好的碳化硅单晶体，可作为发光二极管(如晶体灯、数字管灯)的基片;高纯碳化硅晶体是制造耐辐射高温半导体的优质资料。碳化硅是少量禁带宽度大(2.86eV)且具有P及n两种导电类型的半导体资料之一。

 

　　在航天工业中，用碳化硅制造的燃气滤片、燃烧室喷嘴已用于火箭技能中。现已完成工业化出产的碳化硅纤维，是一种新式高强度、高模量资料，具有优异的耐热性和耐氧化性，与金属、树脂有杰出的相容性。使用温度可达1200℃，高温下强度坚持率可达80%以上。可用以制造热屏蔽资料、耐高温输送带、过滤高温气体或熔融金属的滤布，也可与炭纤维或玻璃纤维复合用做增强金属和陶瓷的增强资料。

 

　　低档次的碳化硅可用做炼钢脱氧剂及铸铁添加剂。

 

　　在炭素工业中，碳化硅首要用来出产炼铁高炉用砖，如石墨碳化硅、氮化硅结合的碳化硅砖等。

 

　　在石墨电极出产中，碳化硅还用做耐氧化涂层电极的涂层耐火烧结料的配猜中，以添加涂层对温度急剧改变的承受才能。

 

　　在特种炭素资料——生物炭的制造中，常以丙烷和三氯甲基硅烷为气体质料，经高温热解反响，在石墨基体上堆积生成含硅热解炭涂层，以添加制品的硬度、强度和耐磨性。涂层中的碳化硅以β-SiC的晶型存在，晶粒尺寸为1μm左右。用此法制造的生物炭制品如含硅热解炭人工心脏瓣膜等，具有很好的生物相容性。