中國(guó)粉體網(wǎng)訊 碳化硅陶瓷具有高硬度、高熔點(diǎn)(2400℃) 、高耐磨性和耐腐蝕性，以及優(yōu)良的抗氧化性、高溫強(qiáng)度、化學(xué)穩(wěn)定性、抗熱震性、導(dǎo)熱性能和良好的氣密性等，因而在能源、冶金、機(jī)械、石油、化工、航空、航天、國(guó)防等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。
SiC的性質(zhì)
磨料行業(yè)習(xí)慣性把碳化硅按色澤分為黑色碳化桂和綠色碳化硅兩大類(lèi)，這二者均為六方晶體，也都屬α-SiC。
黑碳化硅含SiC約98.5%，黑碳化硅是以石英砂，石油焦和優(yōu)質(zhì)硅石為主要原料，通過(guò)電阻爐高溫冶煉而成。其硬度介于剛玉和金剛石之間，機(jī)械強(qiáng)度高于剛玉，性脆而鋒利。其韌性高于綠碳化硅，大多用于加工抗張強(qiáng)度低的材料，如玻璃、陶瓷、石材、耐火材料、鑄鐵和有色金屬等。
綠碳化硅含SiC達(dá)99%以上，綠碳化硅是以石油焦和優(yōu)質(zhì)硅石為主要原料，添加食鹽作為添加劑，通過(guò)電阻爐高溫冶煉而成。其自銳性好，大多用于加工硬質(zhì)合金、欽合金和光學(xué)玻璃，也用于耐磨汽缸套和精磨高速鋼刀具。
SiC陶瓷的燒結(jié)難點(diǎn)
SiC的強(qiáng)共價(jià)鍵，是SiC陶瓷具有一系列優(yōu)異性能的根本原因，但是因此也帶來(lái)了燒結(jié)上的困難，共價(jià)鍵太強(qiáng)會(huì)阻礙SiC陶瓷燒結(jié)致密化，為此不得不提高燒結(jié)溫度，進(jìn)而提高了成本，限制了其在工業(yè)上的應(yīng)用。
從熱力學(xué)角度考慮，燒結(jié)過(guò)程中原始粉體團(tuán)聚導(dǎo)致自由能的減小是致密化的主要驅(qū)動(dòng)力。但是SiC晶界自由能比較高，導(dǎo)致粉體即便團(tuán)聚由固-氣界面變?yōu)榱斯?固界面，自由能下降幅度也不大。而自由能差越小，燒結(jié)過(guò)程驅(qū)動(dòng)力越小，所以SiC粉體比起其它陶瓷燒結(jié)難度更大，目前通用的方法是通過(guò)添加燒結(jié)助劑、減小原始粉體粒度及加壓的方式來(lái)改變其自由能、促進(jìn)SiC的致密化。
從動(dòng)力學(xué)角度考慮，燒結(jié)過(guò)程中主要的傳質(zhì)機(jī)理有：蒸發(fā)與凝聚、粘滯流動(dòng)、表面擴(kuò)散、晶界或晶格擴(kuò)散和塑性變形等。SiC強(qiáng)共價(jià)鍵會(huì)導(dǎo)致晶格擴(kuò)散和表面擴(kuò)散等固相傳質(zhì)速率變慢，而氣相傳質(zhì)需要高溫來(lái)促進(jìn)粉體分解， SiC分解溫度高達(dá)2500℃以上，所以依賴(lài)氣相傳質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)陶瓷致密化是不可能實(shí)現(xiàn)的。因此現(xiàn)有的燒結(jié)工藝主要是通過(guò)添加燒結(jié)助劑來(lái)提高SiC的固相擴(kuò)散速率或者生成黏性的液態(tài)玻璃相輔助SiC實(shí)現(xiàn)粘滯流動(dòng)。
SiC陶瓷高度純凈，不含其它雜質(zhì)的話(huà)可以提高SiC陶瓷的導(dǎo)熱率，但是在燒結(jié)過(guò)程中為降低燒結(jié)溫度和提高致密度必須引入燒結(jié)助劑，如何解決兩者的矛盾是高導(dǎo)熱SiC陶瓷燒結(jié)的難點(diǎn)和重點(diǎn)。
SiC陶瓷優(yōu)于其他幾種常見(jiàn)新型陶瓷的性質(zhì)
Al2O3陶瓷，燒結(jié)溫度相對(duì)較低，成本低廉，電絕緣性能好，目前已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，但是其熱導(dǎo)率較低，在大功率電路中的應(yīng)用受到限制。
BeO陶瓷綜合介電性能良好，在某些領(lǐng)域作為高導(dǎo)熱基板材料，但由于BeO具有毒性，歐美、日本等地目前都開(kāi)始頒布規(guī)定限制含BeO的電子產(chǎn)品的銷(xiāo)售和研發(fā)。
AlN陶瓷兼具優(yōu)秀的導(dǎo)熱和電絕緣性，介電常數(shù)低，適用于大功率電路。但是AlN陶瓷的燒結(jié)溫度過(guò)高，導(dǎo)致制備工藝復(fù)雜、成本高，尚未進(jìn)行大規(guī)模的生產(chǎn)和應(yīng)用。并且AlN容易發(fā)生水解反應(yīng)，在潮濕環(huán)境下使用可靠性較差。
SiC陶瓷具有密度小，機(jī)械強(qiáng)度高，抗氧化性好，耐磨損，抗熱震性能優(yōu)異，熱膨脹系數(shù)小并且與芯片熱膨脹系數(shù)匹配度極高，耐化學(xué)腐蝕，在電子產(chǎn)品領(lǐng)域具有良好的發(fā)展和應(yīng)用前景，可以滿(mǎn)足未來(lái)電子設(shè)備高性能、小型輕量化、高可靠性的要求。
