21世纪随着科学技术的进步,当今社会生产力的发展集中在信息、能源、材料、生物工程等几个方面。
碳化硅材料由于其化学性能稳定、导热系数高、热膨胀系数小、密度小、耐磨性能好、硬度大、机械强度高、耐化学腐蚀等特点,在材料领域迅速发展起来。
碳化硅陶瓷起始于20世纪60年代,之前碳化硅主要用于机械磨削材料和耐火材料。但随着先进陶瓷的发展,人们已经不满足于制备传统碳化硅陶瓷,近几年,各类以碳化硅陶瓷为基的复相陶瓷相继出现,改善了单相材料的各方面性能,使得碳化硅陶瓷得到了更加广泛地应用。现普遍用于陶瓷球轴承、阀门、半导体材料、测量仪、航空航天等领域。
碳化硅是一种人造材料,分子式为SiC,陨石及地壳上偶然存在碳化硅。碳化硅分子量为40.07,密度为3.16~3.2g/cm3。SiC具有α和β两种晶型,当温度低于1600℃时,SiC以β-SiC形式存在,当高于1600℃时,β-SiC转变为α-SiC的形式。
碳化硅以共价键为主,共价键约占88%。晶格的基本结构是互相穿插的SiC4和CSi4四面体。由于四面体堆积次序的不同形成不同的结构,至今已发现几百种变体,常见的结构如3C-SiC、4H-SiC、6H-SiC等,堆积规律如图所示。
碳化硅的化学稳定性与其氧化特性有密切关系,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。
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、深蓝色及黑色,透明程度岁颜色加深依次降低。磨料行业把碳化硅按色泽分为黑色碳化硅和绿色碳化硅两类。其中无色至深绿色归入绿色碳化硅类,浅蓝色至黑色归入黑色碳化硅类。黑色和绿色这两种碳化硅机械性能略有不同,绿色碳化硅较脆,制成的磨具富于自锐性;黑碳化硅较韧,因此这两种碳化硅用途也有所不同。
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本文“工业陶瓷碳化硅的性质”由科众陶瓷编辑整理,修订时间:2018-06-23 23:58:45
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