碳化硅纤维的特点与应用
先进陶瓷结课论文
学院：材料与化学化工学院
专业：材料科学与工程
姓名： * * *
学号： 2010********
2013-12-10
碳化硅纤维的特点与应用
前言
碳化硅纤维是以碳和硅为主要组分的一种陶瓷纤维，这种纤维具有良好的高温性能、高强度、高模量和化学稳定性，抗张强度可达2.5～3.5GPa，弹性模量为200GPa，有良好的耐化学品腐蚀性，线膨胀系数小，约为3.1×10-6 K-1，耐辐照、吸波性好，且具有半导体性质。主要用于增强金属和陶瓷，制成耐高温的金属或陶瓷基复合材料。因其具有良好性能，已在尖端科技领域，例如航空航天、火箭发动机、核聚变炉等方面展开应用。今后，期待往民品方向应用，诸如汽车废烟气收尘、高效率燃气发电机耐热部件等扩展使用。所以，研究碳化硅纤维的特点就显得尤为重要。由于专业知识有限，在此，我谨对其进行浅谈。
一、碳化硅纤维的分类
碳化硅纤维从形态上分为晶须和连续纤维两种。
1、碳化硅晶须
晶须是一种单晶，碳化硅的晶须直径一般为0.1～2um,长度为20～300um，外观是粉末状，是一种很少缺陷的，有一定长径比的单晶纤维，它具有相当好的抗高温性能和很高强度。主要用于需要高温高强应用材质的增韧场合。如：航天材料、高速切削刀具等。目前，有着极高的性能价格比。
碳化硅晶须为立方晶须，和金刚石同属于一种晶型，是目前已经合成出的晶须中硬度最高，模量最大，抗拉伸强度最大，耐热温度最高的晶须产品，分为α型和β型两种形式，其中β型性能优于α型。β型较α型具有更高的硬度(莫氏硬度达9.5以上)，更好的韧性和导电性能，抗磨、耐高温，特别耐地震、耐腐蚀、耐辐射，已经在飞机、导弹的外壳上以及发动机、高温涡轮转子、特种部件上得到应用。
碳化硅晶须的生长机理主要为气-液-固机理，即碳化硅晶须通过气液固相反应成核并生长，原料二氧化硅与c生成SiO气体，SiO扩散至富碳的催化剂融球表面，反应生成Si，进而与C反应生成SiC,SiC达到饱和后析出SiC晶核，随着反应的进行，进入融球内的SiC分子不断向晶核叠加，并在催化剂的控制下他，通过（ABCABC）立方堆积方式，生长成一定长径比的碳化硅晶须。
目前碳化硅晶须的主要制备方法大体分为三类，分别是：气相碳源法、固相碳源法、液相碳源法。其中，气相碳源法是含碳的气体与含硅的气体反应，或分解一种含碳及硅的有机化合物气体合成碳化硅晶须；固相碳源法是先在高温下使
含C和含Si的固态材料变成气相，随后通入载气，在于反映材料隔开的空间中合成碳化硅晶须；液相碳源法是用特定的含碳纳米材料作为前驱体在一定条件下水解，形成溶胶，经溶剂挥发及加热处理，使溶胶转变成网状结构的凝胶，再经适当的后处理形成纳米材料，此法成本低廉，工艺简单，无污染，但晶须容易形成团聚，分散性和结晶性差。
2、碳化硅连续纤维
连续纤维是碳化硅包覆在钨丝或碳纤维等芯丝上而形成的连续丝或纺丝和热解而得到纯碳化硅长丝。需要注意的是，当今在日本碳公司中进行生产的尼卡纶是一种新型碳化硅连续纤维，它无需钨丝作芯线的新型高强度无机纤维，比碳纤维、硼纤维具有更高的耐热性、高温强度、弹性模量及抗氧化性能,与合成树脂亲和性好,对金属母体化学稳定性高等特点,是制备高级复合材料的理想的纤维增强填料。
二、碳化硅纤维的性能
碳化硅纤维具有良好的高温性能、高强度、高模量和化学稳定性。
（1）力学性能
以在日本碳公司进行试生产，产品名称尼卡纶为代表，其主要性能见下表1，其强度与韧性接近于硼纤维。
表1 尼卡纶的一般性质
纤维结构SiC，非晶体密度 2.55g/cm3
化学组成Si，C，O 比电阻约103Ω—cm
纤维直径15μm 膨胀系数1—2×106 /℃（0~200℃）束丝中的单丝数目500根/束比热 1.14J/g.℃（300℃）特数200g/100㎜热导率11.63W/（m.k）轴向抗拉强度2800MPa 比表面积0.13㎡/g
杨氏模量200GPa 抗射线性能中子照射无劣化现象断裂延伸率 1.5％
（2）热性能
碳化硅纤维具有优良的耐热性能，在1000℃以下，其力学性能基本上不变，可长期使用，当温度超过1300℃时，其性能才开始下降，是耐高温的好材料。
（3）耐化学性能
它具有良好的耐化学性能，在80℃下耐强酸（盐酸、硫酸、硝酸），用30％NaOH
浸蚀20小时后，纤维仅失重1％以下，其力学性能仍不变，它在金属1000℃以下也不发生反应，而且有很好的侵润性，有益于金属复合。
（4）耐辐照和吸波性能
碳化硅纤维在通量为10
1010
中子/秒的快中子辐射照1.5小时或以能量为105中子伏特，200纳秒的强脉冲v射线照射下，碳化硅纤维强度均无明显降低。
总而言之，碳化硅纤维比强度和比模量高，碳化硅复合材料包含35％～50％的碳化硅纤维，因此有较高的比强度和比模量，通常比强度提高1～4倍，比模量提高1～3倍；碳化硅纤维具有卓越的高温性能，碳化硅增强复合材料可提高基体材料的高温性能，比基体金属有更好的高温性能；碳化硅纤维的尺寸稳定性好，其热膨胀系数比金属小，碳化硅增强金属基复合材料具有很小的热膨胀系数，因此也具有很好的尺寸稳定性能；碳化硅纤维不吸潮、不老化，使用可靠，它和金属基体性能稳定，不存在吸潮、老化、分解等问题，保证了使用和可靠性；碳化硅纤维有优良的抗疲劳和抗蠕变性，碳化硅增强复合材料有较好的界面结构，可有效地阻止裂纹扩散，从而使其具有优良的抗疲劳和抗蠕变性能；碳化硅纤维有较好的导热和导电性，碳化硅增强金属基复合材料保持了金属材料良好的导热和导电性，可避免静电和减少温差。此外，它还具有热变形系数小、光学性能好、各向同性、无毒、能够实现复杂形状的近净尺寸成型等优点，因而成为空间反射镜的首选材料。
碳化硅纤维材料有以上优点，同时也有很多不足之处：
作为一种多相陶瓷，SiC的材质既硬且脆，加工难度很大；从已见报道的SiC 反射镜来看，其面形精度尚不能满足高精度光学系统的成像要求，这使得它在应用中受到限制；常规的碳化硅产品在弥补现有常规纤维的在特殊领域的不足之外尚有许多的缺陷。需要长期的完善，以及创新。
在缺陷方面需要做如下的改进：
（1）低氧化，不采用空气不熔化处理；
（2）进行低碳化处理增加纤维的密度和弹性模量；
（3）提高耐热性和耐化学稳定性；
（4）CVD法制备的纤维直径太粗，柔韧性太差，难以编织，从而不利于复杂复合材料的制备，先驱体法制备的纤维避免了这些不足等。
另外纤维可进行创新改善常规碳化硅不足，科技人员尝试着引入某些金属到纤维结构中，开发出Si-Ti-C-O, Si-Zn-C-O, Si-M-C-O, Si-Al-C-O,等金属碳化硅纤维！这些纤维具有很高的高温强度，非常引人注目，即使在高达2000℃，其强度也下降很少。這些金属纤维较常规的碳化硅纤维有更高的耐热温度。
三、碳化硅纤维的制造
SiC纤维的制备方法主要有化学气相沉积法( CVD)和先驱体法。目前，国外这两类纤维均己实现商品化。
1、CVD法制备碳化硅纤维
CVD法制备SiC纤维即采用微细的钨丝或碳纤维细丝等芯线作为载体，使有机硅等在氮气流中，在灼热的芯线表面进行反应、裂解、并沉积在表面上而制成碳化硅纤维，因为有芯线，所以是一种复合纤维。但是CVD法采用的C丝或W 丝的直径已有10^-30Eun，而成品SiC纤维的直径更是达到了100^" 140Eun，直径太粗，柔韧性太差，难以编织，从而不利于复杂复合材料的制备。由于生产效率低，成本高，极大地限制了CVD法SiC纤维的使用。
2、先驱体转换法制备碳化硅纤维
先驱体转换法是由日本东北大学矢岛圣使教授发明，是由聚碳硅烷合成、通过熔融纺丝、再经过氧化法或电子束法进行不熔化处理以及热解等工序制造生产。聚碳硅烷合成时由于键的重排转化和分子间的缩 Si-Si 合反应，使产物分子量和熔点提高，分子线性变差，影响可纺性。必须采取措施，既有效地提高聚碳硅烷的熔点又保证良好的可纺性。聚碳硅烷是一种脆性材料，熔融纺丝有较大难度，从原料到纺丝工艺要求严格控制，注意纺丝温度、进料速度、收丝速度与纺丝压力的匹配和控制。不熔化处理是聚碳硅烷分子结构中的键氧化形成 Si-H 键，使分子间相互交联的过程，此外，还Si-O-Si 存在形成 Si-OH 基和 C=O 基的反应，后者对不熔化没有贡献，并在纤维中引入过多的氧，应尽可能加以抑制。不熔化处理是影响聚碳硅烷纤维的重要环节，必须控制好Si-H 键反应程度。热解是在高温惰性气体下完成使有机物转化为无机物并形成SiC微晶，纤维的密度和拉伸强度迅速提高。
3.碳化硅纤维制备的技术关键
PCS纤维成形采用的是熔融纺丝法，但脆性先驱体的熔融纺丝与一般化纤的熔纺相比有非常明显的特点，工艺难度也大大提高，具体表现为先驱体分子量较小，支链较多，纤维强度极低，固化极快。可以说，PCS纤维成形是一种全新的工艺技术。PCS纤维的成形过程，是制备连续SiC纤维的关键技术之一。
总而言之，碳化硅长丝的制造过程是将聚硅烷在400℃以上,发生热转位反应，使侧链上的甲基以亚甲基的形式，导入主链的硅-硅间，形成聚碳硅烷,然后通过干法纺丝或熔体纺丝制成纤维。为防止纤维在碳化过程中发生熔融粘接，须先在较低温度下作不熔化处理。不熔化纤维在真空或惰性气体中加热至1200～
1500℃，侧链的甲基与氢同时脱出后只留下硅-碳的骨架成分，并形成β-碳化硅结构的纤维。最后进行上浆处理及集束卷绕。上浆剂的种类视最终用途而定，用于增强塑料时上浆剂可选用环氧树脂，增强金属及陶瓷时则要求进一步在较低温度下将上浆剂热分解掉。由—碳化硅细晶粒组成的连续纤维，可用气相沉积或纺丝烧结法制造。
四、碳化硅纤维的应用及发展趋势
碳化硅纤维主要用作耐高温材料和增强材料，耐高温材料包括热屏蔽材料、耐高温输送带、过滤高温气体或熔融金属的滤布等。用做增强材料时，常与碳纤维或玻璃纤维合用，以增强金属（如铝）和陶瓷为主，如做成喷气式飞机的刹车片、发动机叶片、着陆齿轮箱和机身结构材料等，还可用做体育用品，其短切纤维则可用做高温炉材等。
碳化硅纤维复合材料较多应用于国防军工，主要包括：航空、航天等高技术领域，像先进战斗机、空天飞机、航空发动机、战术导弹和电子组件等，达到减重、提高工作温度、热膨胀系数匹配和提高热导率等目的。另外在高级运动器材上亦有应用，像自行车车架等。
五、结论
中国是一个经济和社会正在迅速发展和变化的世界大国，高新技术产业的快速发展、传统产业的技术进步、环保国策的全面落实以及在未来20年全面建设小康社会发展目标的实施将给新型材料带来前所未有的发展机遇。而为了满足高性能复合材料的需求,尤其是耐高温纤维的需求，国产连续碳化硅纤维工业化势在必行。
随科技的发展高性能纤维的需求俞显奇缺，尤其在航空、航天、原子能、高性能武器装备及高温工程等诸多领域,迫切需要高比强度、高比模量、耐高温、抗氧化、耐腐蚀的新型材料。因此, 发展耐高温、低密度的陶瓷基复合材料来代替传统高温合金和难熔金属材料已成为提高发动机推重比和火箭比的基础和关键。而先进复合材料尤其是陶瓷基复合材料的开发与应用, 必然要以高耐温纤维的研究与开发作为前提与基础。因此, 发达国家无不从战略高度投入巨资研究与开发高耐温纤维。高性能连续SiC 纤维增韧补强SiC 陶瓷基复合材料( SiC/SiC) 具有耐高温、低密度、抗氧化、耐腐蚀等突出的优点。
我国目前面临对现有航空发动机减重和新型高推重比航空发动机的研究, 对SiC/SiC 提出了明确急需。西北工业大学与沈阳发动机研究所合作系统发展航空发动机热端构件的设计与制造技术及其在高推重比航空发动机上的应
用, 而高性能连续SiC 纤维是实现这一目标的关键。
综上所述，我认为研究碳化硅纤维极为重要，由于能力有限，不能给出具体的研究数据加以佐证，但是有一点可以肯定，功能化是其主要的发展趋势。只要能把握好机遇，以科学技术为支撑，碳化硅纤维材料有不可估量的价值。
参考文献：
[1]王荣国，武卫莉，谷万里编著.复合材料概论.哈尔滨工业大学出版社,2004.57～58
[2]杨大祥 , 宋永才.先驱体法制备连续碳化硅纤维工业化生产的现状与展望，机械工程材料.湖南长沙，2006，12，12
[3] 杨大祥, 宋永才.先驱体法制备连续 SiC纤维的特性及其应用，兵器材料科学与工程.2007，30（6）：64-69.
[4]陈江溪,何国梅,何旭敏,等. 碳化硅陶瓷纤维高聚物的研究进展[J] . 功能材料,2004 ,35 (6) :679 - 682.
[5]欧阳国恩,刘心慰,岳曼君. SiC-C纤维有机先驱体流变可纺性研究, 复合材料报,.1995,12,(3):46-52.
碳化硅的应用
碳化硅 碳化硅，又称为金钢砂或耐火砂，英文名Silicon Carbide，分子式SiC。 纯碳化硅是无色透明的晶体。工业碳化硅因所含杂质的种类和含量不同，而呈浅黄、绿、蓝乃至黑色，透明度随其纯度不同而异。碳化硅晶体结构分为六方或菱面体的α-SiC和立方体的β-SiC(称立方碳化硅)。α-SiC由于其晶体结构中碳和硅原子的堆垛序列不同而构成许多不同变体，已发现70余种。β-SiC于2100℃以上时转变为α-SiC。绿色至蓝黑色。介电常数7。硬度9Mobs。A-是半导体。迁移率(300 K), cm2 / (VS),400电子和50空穴，谱带间隙eV，303(0 K)和2.996(300 K)；有效质量0.60电子和1.00空穴，电导性，耐高温氧化性能。相对密度3.16。熔点2830℃。导热系数(500℃)22. 5 , (1000℃)23.7 W / (m2K)。热膨胀系数：线性至100℃：5.2×10-6/ ℃，不溶于水、醇；溶于熔融碱金属氢氧化物。 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。碳化硅为晶体，硬度高，切削能力较强，化学性能力稳定，导热性能好。 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。常用的碳化硅磨料有两种不同的晶体，一种是绿碳化硅，含SiC 97%以上，主要用于磨硬质含金工具。另一种是黑碳化硅，有金属光泽，含SiC 95%以上，强度比绿碳化硅大，但硬度较低，主要用于磨铸铁和非金属材料。 碳化硅的用途是十分广泛的，目前主要是用作磨料和耐火材料，这两项用途占了碳化硅产量中的大部分。通常磨料用的颗粒粒级很窄，反之耐火材料不同。下面分几个方面介绍碳化处的主要用途。 一、磨料 由于碳化硅具有很高的硬度、化学稳定性和一定的韧性，所以是一种用途很广的磨料，可用以制造砂轮、油石、涂附磨具或自由研磨。它主要是用于研磨玻璃、陶瓷、石材等非金属材料、铸铁及某些非铁金属，它与这些材料之间的反应性很弱。由于它是普通废料中硬度最高的材料，所以包常用以加工硬质合金、钛合金、高速钢刀具等难磨材料及修正砂轮用。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。 其中黑色碳化硅和绿色碳化硅的应用也有所差别。黑碳化硅制成的磨具，多用于切割和研磨抗张强度低的材队如玻璃、陶瓷、石料和耐火物氯同时也用于铸铁零件和有色金属材料的磨削。绿碳化硅制成的磨具，多用于硬质合金、钦合金、光学玻璃的磨削，同时也用于缸缸和高速钢刀具的精磨。 由于其优良的耐磨性，碳化硅在冶金选矿行业中也有应用。参见《碳化硅在选矿工艺中的应用》。 二、耐火材料和耐腐蚀材料 这一用途是由于它的高熔点(分解温度)、化学惰性和抗热震性。日前生产碳化硅耐火材料的主要方法包括压制和烧结碳化硅、压制和再结晶碳化硅、浇注和再结晶碳化硅、碳化硅
碳化硅的用途
碳化硅的用途 碳化硅是典型的多晶型化合物，按大类来分，有α-碳化硅和β-碳化硅两种。α-碳化硅做为磨料有黑、绿两种品种。β-碳化硅是制备碳化硅类陶瓷的主要原料。碳化硅的用途十分广泛，如：冶金、机械、化工、建材、轻工、电子、发热体。磨料可作为冶金工业的净化剂、脱氧剂和改良剂。在机械加工方面可作为合成硬质合金刀具；加工后的硅碳板可作为耐火材料用于陶瓷烧制的棚板。通过精加工后生产的微粉，可用于高科技电子元器件和远红外线辐射材料的涂料。高纯度精微粉可供国防工业航空航天器皿的涂层。对国际国内各经济领域的用途十分广阔。 碳化硅半导体能应对“极端环境”，据称，碳化硅晶片甚至可以经受住金星或太阳附近的热度。前期的研究表明，即使在560摄氏度的高温中，碳化硅晶片在没有冷却装置的情况下仍能正常运作。碳化硅晶片在通讯领域具有广阔的运用前景，能让高清晰电视发射器提供更清晰的信号和图像；也可以用在喷气和汽车引擎中，监测电机运转。同时，它还可运用于太空探索领域，帮助核动力飞船执行更繁杂的任务。法国物理学家预言，在芯片制造领域，碳化硅取代硅已为时不远。 1、磨料--主要因为碳化硅具有很高硬度，化学稳定性和一定韧性，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。
2、耐火材料和耐腐蚀材料---主要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棚板和匣钵、炼锌工业竖缸蒸馏炉用碳化硅砖、铝电解槽衬、坩锅、小件炉材等多种碳化硅陶瓷制品。 3、化工用途--因为碳化硅可在溶融钢水中分解并和钢水中离氧、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净化剂，即用作炼钢脱氧剂和铸铁组织改良剂。这一般使用低纯度碳化硅，以降低成本。同时还可以作为制造四氯化硅原料。 4、电工用途--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℃工作各种电炉），非线性电阻元件，各式避雷阀片。 5、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。 碳化硅用途细分： 1、有色金属冶炼工业的应用 利用碳化硅具有耐高，强度大，导热性能良好，抗冲击，作高间接加热材料，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
碳化硅用途
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?
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__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;
碳化硅主要的四大应用领域
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，具耐磨性能是铸铁，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。碳化硅主要有四大应用领域，即：功能陶瓷、耐火材料、磨料及冶金原料。碳化硅粗料已能大量供应，不能算高新技术产品，而技术含量极高的纳米级碳化硅粉体的应用短时间不可能形成规模经济。 （碳化硅-图片） 1、作为磨料，可用来做磨具，如油石、磨头、砂瓦类等。 2、作为冶金脱氧剂和耐高温材料。 3、高纯度的单晶，可用于制造半导体、制造碳化硅纤维。 主要用途:用于3-12英寸单晶硅、多晶硅、砷化钾、石英晶体等线切割。太阳能光伏产业、半导体产业、压电晶体产业工程性加工材料。 用于半导体、避雷针、电路元件、高温应用、紫外光侦检器、结构材料、天文、碟刹、离合器、柴油微粒滤清器、细丝高温计、陶瓷薄膜、裁切工具、加热元件、核燃料、珠宝、钢、护具、触媒担体等领域。 折叠磨料磨具
主要用于制作砂轮、砂纸、砂带、油石、磨块、磨头、研磨膏及光伏产品中单晶硅、多晶硅和电子行业的压电晶体等方面的研磨、抛光等。 折叠化工 折叠"三耐"材料 利用碳化硅具有耐腐蚀、耐高温、强度大、导热性能良好、抗冲击等特性，碳化硅一方面可用于各种冶炼炉衬、高温炉窑构件、碳化硅板、衬板、支撑件、匣钵、碳化硅坩埚等。 另一方面可用于有色金属冶炼工业的高温间接加热材料，如竖罐蒸馏炉、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;用于制作耐磨、耐蚀、耐高温等碳化硅陶瓷材料;还可以制做火箭喷管、燃气轮机叶片等。此外，碳化硅也是高速公路、##飞机跑道太阳能热水器等的理想材料之一。 （碳化硅-图片） 折叠有色金属 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
碳化硅陶瓷
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
碳化硅陶瓷的发展与应用
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。
碳化硅的应用
无机固体材料学 课程论文 题目：碳化硅的性能与应用前景 院 系 化学与化学工程学院 专 业 化学师范专升本 姓 名 刘 倩
碳化硅陶瓷的性能与应用前景 摘要 碳化硅陶瓷不仅具有抗氧化性强，耐磨性好，硬度高，热稳定性好，热膨胀系数小，等优良特性，而且广泛的应用也多个领域中。碳化硅是一种典型共价键结合化合物，具有高硬度、耐磨等特性，广泛应用于航空、机械、汽车、冶金、化工、电子等领域。本文主要是对碳化硅陶瓷的性能，市场前景，应用范围进行讨论，并讨论起发展趋势。 关键词：碳化硅性能高硬度耐磨性
一．碳化硅的基本结构及其性质 1.1碳化硅结构 碳化硅是一种典型的共价键结合的稳定化合物。从理论上讲,碳化硅均由SiC四面体堆积而成,所不同的只是平行结合或反平行结合。SiC有75种变体,如α- SiC、β- SiC、3C - Si C、4H - SiC、15R- Si C 等,所有这些结构可分为方晶系、六方晶系和菱形晶系,其中α- SiC、β- SiC 最为常见。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。利用透射电子显微镜和X- 射线衍射检测技术可对SiC 显微体进行多型体分析和定量测定。为了区别各种不同的结构,需要有相应的命名方法。命名方法常用的是:把低温类型的立方碳化硅叫做β—SiC,而其余六方的、菱形的晶胞结构一律称为α—SiC。这种命名方法与相律惯例以及矿物学命名都不相符,但因其很方便,也就颇为流行。 1.2碳化硅化学性质 碳化硅本身很容易氧化,但它氧化之后形成了一层二氧化硅薄膜,氧化进程逐步被阻碍。在空气中,碳化硅于800 ℃时就开始氧化,但很缓慢;随着温度升高,则氧化速度急速加快。碳化硅的氧化速率,在氧气中比在空气中快1. 6倍;氧化速率的速度随着时间推移而减慢。如果以时间推移对氧化的数量描图,可以得到典型的抛物线图形. 这反映出二氧化硅保护层对碳化硅氧化速率的阻碍作用。氧化时,若同时存在着能将二氧化硅薄膜移去或使之破裂的物质,则碳化硅就易被进一步氧化。例如:铁、锰等金属有几种化合价,其氧化物能将碳化硅氧化,并且又能与二氧化硅生成低熔点化合物,能侵蚀碳化硅。例如,FeO在1300 ℃、MnO 在1360 ℃能侵蚀碳化硅;而CaO、MgO 在1000 ℃就能侵蚀碳化硅[1]。 二．碳化硅的特点及其性能 2.1磨料 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,广泛应用于机械加工行业。我国工业碳化硅主要作磨料用,黑色碳化硅制成的磨具,多用于切割和研磨抗张强度低的材料,如玻璃、陶瓷、石料和耐火物等,同时也用于铸铁零件和有色金属材料的磨削。绿色碳化硅制成的磨具,多用于硬质合金、钛合金、光学玻璃的磨削,同时也用于缸套 的珩磨及高速钢刀具的精磨。立方碳化硅专用于微型轴承的超精磨,采用W3. 5立方碳化硅
碳化硅用途
碳化硅用途： (1)作为磨料，可用来做磨具，如砂轮、油石、磨头、砂瓦类等。 (2)作为冶金脱氧剂和耐高温材料。 碳化硅主要有四大应用领域,即:功能陶瓷、高级耐火材料、磨料及冶金原料。目前碳化硅粗料已能大量供应,不能算高新技术产品,而技术含量极高的纳米级碳化硅粉体的应用短时间不可能形成规模经济。 (3)高纯度的单晶，可用于制造半导体、制造碳化硅纤维。 主要用途：用于3—12英寸单晶硅、多晶硅、砷化钾、石英晶体等线切割。太阳能光伏产业、半导体产业、压电晶体产业工程性加工材料。 磨料磨具 主要用于制作砂轮、砂纸、砂带、油石、磨块、磨头、研磨膏及光伏产品中单晶硅、多晶硅和电子行业的压电晶体等方面的研磨、抛光等。 化工 可用做炼钢的脱氧剂和铸铁组织的改良剂，可用做制造四氯化硅的原料，是硅树脂工业的主要原料。碳化硅脱氧剂是一种新型的强复合脱氧剂，取代了传统的硅粉碳粉进行脱氧，和原工艺相比各项理化性能更加稳定，脱氧效果好，使脱氧时间缩短，节约能源，提高炼钢效率，提高钢的质量，降低原辅材料消耗，减少环境污染，改善劳动条件，提高电炉的综合经济效益都具有重要价值。 耐磨、耐火和耐腐蚀材料 利用碳化硅具有耐腐蚀、耐高温、强度大、导热性能良好、抗冲击等特性，碳化硅一方面可用于各种冶炼炉衬、高温炉窑构件、碳化硅板、衬板、支撑件、匣钵、碳化硅坩埚等。 另一方面可用于有色金属冶炼工业的高温间接加热材料,如竖罐蒸馏炉、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；用于制作耐磨、耐蚀、耐高温等高级碳化硅陶瓷材料；还可以制做火箭喷管、燃气轮机叶片等。此外，碳化硅也是高速公路、航空飞机跑道太阳能热水器等的理想材料之一。 有色金属 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. 钢铁 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. 冶金选矿 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. 建材陶瓷砂轮工业 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.
碳化硅特性
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：
碳化硅物品种类__碳化硅产品应用
碳化硅物品种类__碳化硅产品应用 碳化硅就在我们身边随处应用着，只是我们不曾发觉而已。由于碳化硅的一些特别的功能，被广泛的应用。碳化硅由于化学性能稳定、导热系数高、热膨胀系数小、耐磨性能好，除作磨料用外，还有很多其他用途，例如：以特殊工艺把碳化硅粉末涂布于水轮机叶轮或汽缸体的内壁，可提高其耐磨性而延长使用寿命1～2倍；用以制成的耐火材料，耐热震、体积小、重量轻而强度高,节能效果好。接下来，让我们一起加深对碳化硅的了解吧。 【碳化硅结构简介】 纯碳化硅是无色透明的晶体。工业碳化硅因所含杂质的种类和含量不同，而呈浅黄、绿、蓝乃至黑色，透明度随其纯度不同而异。碳化 硅晶体结构分为六方或菱面体的α-SiC和立方体的β-SiC（称立方碳化硅)。α-SiC由于其晶体结构中碳和硅原子的堆垛序列不同而构成许多不同变体，已发现70余种。β-SiC于2100℃以上时转变为α-SiC。碳化硅的工业制法是用石英砂和石油焦在电阻炉内炼制。炼得的碳化硅块，经破碎、酸碱洗、磁选和筛分或水选而制成各种粒度的产品。 【碳化硅物品种类】 碳化硅有黑碳化硅和绿碳化硅两个常用的基该品种，都属α-SiC。①黑碳化硅含SiC约95，其韧性高于绿碳化硅，大多用于加工抗张强度低的材料，如玻璃、陶瓷、石材、耐火材料、铸铁和有色金属等。 ②绿碳化硅含SiC约97以上，自锐性好，大多用于加工硬质合金、钛合金和光学玻璃，也用于珩磨汽缸套和精磨高速钢刀具。此外还有立方碳化硅，它是以特殊工艺制取的黄绿色晶体，用以制作的磨具适于轴承的超精加工，可使表面粗糙度从Ra32～0.16微米一次加工到Ra0.04～0.02微米。
【碳化硅化学特性】 碳化硅由于化学性能稳定、导热系数高、热膨胀系数小、耐磨性能好，除作磨料用外，还有很多其他 用途，例如：以特殊工艺 把碳化硅粉末涂布于水轮 机叶轮或汽缸体的内壁， 可提高其耐磨性而延长使 用寿命1～2倍；用以制成 的耐火材料，耐热震、体 积小、重量轻而强度高， 节能效果好。低品级碳化 硅（含SiC约85）是好的 脱氧剂，用它可加快炼钢 速度，并便于控制化学成分，提高钢的质量。此外，碳化硅还大量用于制作电热元件硅碳棒。 碳化硅的硬度很大,莫氏硬度为9.5级，仅次于世界上硬的金刚石（10级），具有优良的导热性能，是一种半导体，高温时能抗氧化。 【碳化硅品质规格】 ①磨料级碳化硅技术条件按GB/T2480—96。 ②磨料粒度及其组成、磨料粒度组成测定方法：按GB/T2481.2-2009。 GB/T9258.1-2000|涂附磨具用磨料粒度分析部分：粒度组成 GB/T9258.2-2008|涂附磨具用磨料粒度分析第2部分：粗磨粒P12～P220粒度组成的测定 GB/T9258.3-2000|涂附磨具用磨料粒度分析第3部分：微粉P240～P2500粒度组成的测定【碳化硅产品应用】 碳化硅主要有四大应用领域，即：功能陶瓷、耐火材料、磨料及冶金原料。碳化硅粗料已能大量供应，不能算高新技术产品，而技术含量高的纳米级碳化硅粉体的应用短时间不可能形成规模经济。
碳化硅陶瓷的性能与应用
碳化硅陶瓷的性能与应用 李 缨1 黄凤萍2 梁振海1 (1咸阳陶瓷研究设计院 陕西咸阳 712000) (2陕西科技大学化工学院 西安 710021) 摘 要 详细的介绍了碳化硅原料的生产,碳化硅陶瓷的抗氧化、耐酸碱等化学性能,微观结构、色泽、热膨胀和导热系数、硬度、韧性等物理性能。并阐述了3种常用碳化硅陶瓷的致密化技术以及碳化硅在耐火材料、军事、航空航天、钢铁、电气和电工等工业部门的应用以及优越的性能和未来的应用前景。 关键词 碳化硅 陶瓷 性能 应用 碳化硅是一种人造材料,只是在人工合成碳化硅之后,才证实陨石中及地壳上偶然存在碳化硅,碳化硅的分子式为SiC,分子量为40.07,质量百分组成为70. 045的硅与29.955的碳,碳化硅的密度为3.16～3.2g 。由于碳化硅陶瓷具有诸多优异的性能,近年来被广泛应用于航空航天、机械工业、电子等各个领域,市场前景广阔,因此,研究其性能与应用具有十分重要的意义。 1 碳化硅粉体的制备 碳化硅粉体的制备方法较多,有最古老的阿奇逊合成法(Acheson),也有近十几年发展起来的激光法和有机前驱体法,以下介绍的是典型的Acheson碳化硅合成方法[1]。 该方法是采用碳热还原过程将SiO2与C反应生成SiC,反应式如下: SiO2+3C SiC+2C O 二氧化硅原料的可选用熔融石英砂或破碎过的石英岩,碳可用石墨、石油焦或无灰无烟煤制取,加入NaCl和木屑作为添加剂,一般在2000～2400℃的电弧炉中反应合成。 整个反应炉由可移动的耐火砖组成,长10～20m,宽与高3～4m,可容纳400t石墨电极,放在两端,通电后产生高温。由于反应过程中整个电弧炉很大,温度场的分布不均匀,中心温度远高于炉壁温度,因此造成在碳化硅的合成炉生成带中产物的不均匀,并常有不纯物质,核芯部位的产物是纯的绿色碳化硅,向外杂质较多,一般杂质为铁、铝、碳等,因此颜色呈黑色。此方法生产的SiC再经分拣与粉碎后分级成不同粒径的颗粒。根据颜色与纯度来区别,则可分为绿色SiC与黑色SiC。根据颗粒大小来分,又可分为不同细度颗粒的碳化硅。采用该方法生产的也可称为高温法碳化硅,它的相为α-SiC。用此方法生产的碳化硅如果要用到陶瓷生产中,还需经过粉碎与提纯处理,达到所需的纯度与粒度后方能使用。 2 碳化硅的化学性质 碳化硅的化学稳定性与其氧化特性有密切关系[2]。碳化硅本身很容易氧化,但它氧化之后形成了一层二氧化硅薄膜,氧化进程逐步被阻碍。在空气中,碳化硅于800℃时就开始氧化,但很缓慢;随着温度升高,则氧化速度急速加快。碳化硅的氧化速率,在氧气中比在空气中快1.6倍;氧化速率的速度随着时间推移而减慢。如果以时间推移对氧化的数量描图,可以得到典型的抛物线图形.这反映出二氧化硅保护层对碳化硅氧化速率的阻碍作用。 氧化时,若同时存在着能将二氧化硅薄膜移去或使之破裂的物质,则碳化硅就易被进一步氧化。例如:铁、锰等金属有几种化合价,其氧化物能将碳化硅氧化,并且又能与二氧化硅生成低熔点化合物,能侵蚀碳化硅。例如,FeO在1300℃、MnO在1360℃能侵蚀碳化硅;而Ca O、MgO在1000℃就能侵蚀碳化硅。
碳化硅的用途
1碳化硅的用途 有色金属冶炼工业的应用 利用碳化硅具有耐高，强度大，导热性能良好，抗冲击，作高间接加热材料，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。 5、节能方面的应用 利用良好的导热和热稳定性，作热交换器，燃耗减少20％，节约燃料35％，使生产率提高20-30％。特别是矿山选厂用排放输送管道的内放，其耐磨程度是普通耐磨材料的6—7倍。 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。 >>>2、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。 >>>3、化工用途--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。 >>>4、电工用途--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。
碳化硅微粉的应用与生产方法
毕业设计（论文） （说明书） 题目：碳化硅微粉的应用与生产 姓名：刘真穆 专业：石油化工生产技术 年级：2011届 学校：辽宁石油化工大学继续教育学院大连函授站 2011年月日
辽宁石油化工大学继续 教育学院毕业设计 （论文）任务书 姓名：刘真穆 专业：石油化工生产技术 班级：2009届 任务下达日期：2011年月日 论文开始日期：2011年月日 论文完成日期：2011年月日 论文题目：碳化硅微粉的应用与生产指导老师： 系（部）主任： 2011年月日
碳化硅微粉的应用与生产 引言：碳化硅的分子式为SiC。最早是由美国人艾奇逊在1891年电熔金刚石实验时，在实验室偶然发现的一种碳化物，当时误认为是金刚石的混合体，故取名金刚砂，1893年艾奇逊研究出来了工业冶炼碳化硅的方法，也就是大家常说的艾奇逊炉，一直沿用至今，以碳质材料为炉芯体的电阻炉，通电加热石英SiO2和碳的混合物生成碳化硅。 碳化硅不象其它矿物质那样有其自身矿藏，它也不会在自然界中自然出现，而需要用精炼炉的冶炼技术控制工艺来实现。早期碳化硅仅是用於研磨和切割用的材料。上一个世纪碳化硅的发展极其缓慢而艰难。以下是碳化硅在发展过程中的几大事件： 1.1905年第一次在陨石中发现碳化硅。 2.1907年第一只碳化硅发光二极管诞生。 3.1955年理论和技术上重大突破，LELY提出生长高品质碳化概念从此将SiC 作为重要的电子材料。 4.1958年在波士顿召开第一次世界碳化硅会议进行学术交流。 5.1978年六、七十年代碳化硅主要由前苏联进行研究。到1978年首次采用 “LELY改进技术”的晶粒提纯生长方法 6.1987年至今以CREE的研究成果建立碳化硅生产线，供应商开始提供商品化的碳化硅晶片。 关键词：碳化硅碳化硅微粉应用工艺 一、碳化硅的性质、种类和应用 1．碳化硅的性质和种类 碳化硅的化学性能稳定、导热系数高、热膨胀系数小、耐磨性能好，其硬度介于刚玉和金刚石之间，机械强度高于刚玉，可作为磨料和其他某些工业材料使用。碳化硅是最早的人造磨料。在陨石和地壳中虽有少量碳化硅存在，但迄今尚未找到可供开采的矿源。纯碳化硅是无色透明的晶体。工业碳化硅因所含杂质的种类和含量不同，而呈浅黄、绿、蓝乃至黑色，透明度随其纯度不同而异。碳化硅晶体结构分为六方或菱面体的α-SiC和立方体的β-SiC(称立方碳化硅)。α-SiC由于其晶体
碳化硅在功率器件的用途 碳化硅制品的应用
碳化硅在功率器件的用途碳化硅制品的应用碳化硅(SiC)是通过在电阻炉中高温熔炼石英砂、石油焦(或煤焦)和木屑而生产的。碳化硅也是自然界中一种罕见的矿物，莫桑石。碳化硅也被称为碳硅石。碳化硅是碳、氮、硼等应用广泛、经济的非氧化物高科技耐火材料。那么碳化硅在功率器件的应用有哪些?今天千家信耐材的小编就给大家唠一唠碳化硅的宿世前生! 碳化硅的宿世前生 碳化硅由于化学性能稳定、导热系数高、热膨胀系数小、耐磨性能好，除作磨料用外，还有很多其他用途。 低品级碳化硅(含SiC约85%)是极好的脱氧剂，用它可加快炼钢速度，并便于控制化学成分，提高钢的质量。此外，碳化硅还大量用于制作电热元件硅碳棒。 碳化硅的硬度很大，莫氏硬度为9.5级，仅次于世界上最硬的金刚石(10级)，具有优良的导热性能，是一种半导体材料，高温时能抗氧化。 碳化硅的应用 碳化硅有四个主要应用领域，即:功能陶瓷、高级耐火材料、磨料和冶金原料。碳化硅粗料已经可以大量供应，不能算作高科技产品，而应用技术含量极高的纳米碳化硅粉，不能在短时间内形成规模经济。 ⑴作为磨料，可用来做磨具，如油石、磨头、砂瓦类等。 ⑵作为冶金脱氧剂和耐高温材料。 ⑶高纯度的单晶，可用于制造半导体、制造碳化硅纤维。 主要用途:用于3-12英寸单晶硅、多晶硅、砷化钾、石英晶体等线切割。太阳能光伏产业、半导体产业、压电晶体产业工程性加工材料。 用于半导体、避雷针、电路元件、高温应用、紫外光侦检器、结构材料、天文、碟刹、离合器、柴油微粒滤清器、细丝高温计、陶瓷薄膜、裁切工具、加热元件、核燃料、珠宝、钢、护具、触媒担体等领域。 碳化硅在功率器件的应用 目前，第三代半导体材料正在引发清洁能源和新一代电子信息技术的革命。无论是照明、家用电器、消费电子设备、新能源汽车、智能电网还是军事用品，对这种高性能半导体材料的需求都很大。
碳化硅在聚合物中的应用
碳化硅在聚合物中的应用 2006-12-18 9:12:58 【文章字体：大中小】打印收藏关闭 由无机材料和有机高分子所组成的有机-无机杂化材料是近年来国内外研究较多的一种新型复合材料，它同时具有有机高分子和无机材料的优点。SiC 陶瓷具有硬度高、高温强度大、抗蠕变性能好、耐化学腐蚀、抗氧化性能好、热膨胀系数小及高热导率等优异性能，是一种在高温和高能条件下极具应用前景的材料。SiC用于制备金属基、陶瓷基和聚合物基复合材料，已经表现出优异的性能。此外，SiC在隐身吸波材料方面也有重要的应用。本文综述了SiC在聚合物中的应用。 1 碳化硅基本特性 SiC具有α和β两种晶型。β-Sic的晶体结构是立方晶系，Si和C分别组成面心立方晶格，Si——C的原子间距为0.1888nm，α-SiC存在着4H、15R 和6H等100余种多型体，其中，6H多型体在工业上应用最为广泛。在6H-SiC 中，Si与C交替成层状堆积，Si层间或C层间的距离为0.25nm,si-C的原子间距约为0.19nm。 在SiC的两种晶型之间存在一定的热稳定性关系。温度低于1 600℃时，SiC 以β-SiC存在；温度高于1600℃时，β-SiC通过再结晶缓慢转变成α-SiC 的各种型体（4H、6H和15R等）。4H-SiC在2000℃左右容易生成；而15R 和6H多型体均需在2100℃以上才能生成，但15R的热稳定性比6H多型体差，对于6H-SiC,即使温度超过2200℃也非常稳定。 SiC的硬度高、弹性模量大，具有优良的耐磨损性能。纯的SiC不会被HC1、HNO3、H2SO4和HF等酸溶液以及NaOH等碱溶液所侵蚀，但在空气中加热时
碳化硅
碳化硅的合成研究进展 摘要：SiC 材料是第三代半导体材料, 广泛运用于军事、航空等领域,这与碳化硅的性质息息相关。正因为其运用，国外限制该产品的出口。最早发现碳化硅是在陨石里，大自然给我们带来了宝贝，后来随着人们对其的研究，碳化硅的作用慢慢被发掘，自然界碳化硅的含量本来就很少，从天然提取的碳化硅的量已经远远不能满足我们的需求。碳化硅的运用前景那么好，人们开始用化学的方法来合成自己需要的多余的部分。这样，碳化硅的合成方法的研究也就越来越吸引关注，很多人都致力于此项研究工作，其中以碳热还原法为主，其反应条件等都已经研究得比较成功，这才使得碳化硅的合成工艺与技术比较成熟，但改进和提升空间还很大，特别在我国远远没有达到绿色、低碳、节能的要求。以下介绍了碳热还原发的几种研究进展。 关键词：碳化硅/SiC；用途；合成；碳热还原法；二氧化硅/SiO2。 正文：碳化硅由于化学性能稳定、导热系数高、热膨胀系数小、耐磨性能好，其用途也就很多：(1)作为磨料，可用来做磨具，如砂轮、油石、磨头、砂瓦类等；(2)作为冶金脱氧剂和耐高温材料；(3)高纯度的单晶，可用于制造半导体、制造碳化硅纤维。在化工一方面可用做炼钢的脱氧剂和铸铁组织的改良剂，可用做制造四氯化硅的原料，是硅树脂工业的主要原料。碳化硅脱氧剂是一种新型的强复合脱氧剂，取代了传统的硅粉碳粉进行脱氧，和原工艺相比各项理化性能更加稳定，脱氧效果好，使脱氧时间缩短，节约能源，提高炼钢效率，提高钢的质量，降低原辅材料消耗，减少环境污染，改善劳动条件，提高电炉的综合经济效益都具有重要价值。另一方面用于有色金属冶炼工业的高温间接加热材料,如竖罐蒸馏炉、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；用于制作耐磨、耐蚀、耐高温等高级碳化硅陶瓷材料；还可以制作火箭喷管、燃气轮机叶片等。此外，碳化硅也是高速公路、航空飞机跑道太阳能热水器等的理想材料之一。碳化硅按其纯度可分为黑碳化硅和绿碳化硅，黑碳化硅,金属光泽，含碳化硅95%以上，强度比绿碳化硅大，但硬度较低，主
碳化硅的结构性质和用途复习进程
碳化硅的结构性质和 用途
碳化硅的结构性质和用途 【摘要】SiC陶瓷材料因其具有良好的耐磨、耐冲刷、耐腐蚀等优异的特性,被广泛应用机械、化工等行业。本文采用双向加压的压制成型方法,通过无压烧结,成功的研制了在高耐磨、耐冲刷环境下所使用的喷砂机用喷砂嘴。 【关键字】 引言 结构与晶型 碳化硅（SiC）俗称金刚砂，又称碳硅石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。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。常见的SiC多形体列于下表： SiC常见多型体及相应的原子排列
性能 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。 制备与烧结 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。碳化硅陶瓷的烧结方法有：无压烧结、热压烧结、热等静压烧结、反应烧结。采用采用不同的烧结方法，SiC陶瓷具有各异的性能特点。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陶瓷相对较多，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