中國粉體網迅 在諸多陶瓷品種中，碳化硅陶瓷是一種性能非常突出的材料。它最初是一種人造材料，但是后來經過科學家的考察發(fā)現，從隕石和地殼中也可以提取出碳化硅這種化合物。碳化硅，顧名思義，是由碳和硅兩種元素組成的，它的化學分子式為SiC。近幾年來，碳化硅陶瓷的身影出現在航空航天、機械工業(yè)、電子等多領域。簡單的化學組成卻擁有著優(yōu)異的產品性能，因此，研究碳化硅的性能與應用對于社會工業(yè)生產力的發(fā)展具有十分重要的意義。
碳化硅晶型結構
碳化硅材料具有硬度大、耐磨損、彈性模量高等特性，這些特性大部分取決于其高度共價鍵性及穩(wěn)定的晶體結構。碳化硅有β和α兩種晶體結構，β-SiC為面心立方的閃鋅礦結構，α-SiC為六方晶系纖鋅礦結構。α-SiC因其結構單元層的不同堆垛方式衍生出2H、4H、6H、15Ｒ等多型體，其中工業(yè)上應用最廣的是6H多型體。
盡管SiC存在很多種多型體，且晶格常數各不相同，但其密度均很接近。β-SiC的密度為3.215g/cm3，各種α-SiC的變體的密度基本相同，為3.217g/cm3。β-SiC通常被稱為“低溫改性”，是一種室溫下的亞穩(wěn)相，在高于2100℃的溫度下轉變?yōu)棣?SiC中的一種或多種多型體，且轉變是不可逆的。15Ｒ變體在熱力學上不太穩(wěn)定，是發(fā)生β-SiC→6H-SiC轉化時生成的中間相，高溫下不存在。另外，制備碳化硅粉體時在2000℃以下合成的SiC主要為β型，在2200℃以上合成的主要為α-SiC，而且以6H為主。
碳化硅粉末制備
目前較為成熟的工業(yè)化制備碳化硅粉末的方法有：
(1)Acheson法，將高純度石英砂或粉碎后的石英礦，與石油焦炭、石墨或無煙煤細粉均勻混合，通過石墨電極產生的高溫加熱至2000℃以上使其發(fā)生反應合成α-SiC粉體。
(2)二氧化硅的低溫碳熱還原法，將二氧化硅細粉與碳粉混和后，在1500～1800℃溫度下進行碳熱還原反應，獲得純度較高的β-SiC粉末，此方法類似于Acheson法，其差別在于合成溫度較低，產生的晶體結構是β型，但還存在殘留的未反應的碳和二氧化硅，所以需要有效的脫硅脫碳處理。
(3)硅碳直接反應法，金屬硅粉與碳粉直接反應，在1000～1400℃生成高純β-SiC粉。α-SiC粉體是目前碳化硅陶瓷產品的主要原料，而具有金剛石結構的β-SiC多用于制備精密研磨拋光材料。
碳化硅的應用
碳化硅有黑色碳化硅和綠色碳化硅兩個常用的基本品種，都屬α-SiC。①黑色碳化硅含SiC約95%（w），其韌性高于綠色碳化硅，大多用于加工抗張強度低的材料，如玻璃、陶瓷、石材、耐火材料、鑄鐵和有色金屬等。②綠色碳化硅含SiC約97%（w）以上，自銳性好，大多用于加工硬質合金、鈦合金和光學玻璃，也用于研磨汽缸套和精磨高速鋼刀具。此外還有立方碳化硅，它是以特殊工藝制取的黃綠色晶體，用以制作的磨具適于軸承的超精加工，可使表面粗糙度從Ra32～0.16微米一次加工到Ra0.04～0.02微米。
在電動汽車領域，碳化硅可作為電動汽車中充電模塊和電動模塊中的重要材料，具有簡化供電網絡系統(tǒng)、提高供電頻率、降低器件升溫、縮小器件體積，提高效率等優(yōu)良作用。
在新型顯示器方面，碳化硅單晶可用于LED器件的制作，具有如高亮度，高壽命，高顯色指數，低能耗等優(yōu)點。并且相比于藍寶石基LED，碳化硅LED設備可使成本降低一半左右，導熱能力大大提高，因此對于節(jié)能減排具有重大意義。
在電催化方面，碳化硅材料可代替鉑作為燃料電池的新型催化劑，由于其穩(wěn)定性高所以可用作高穩(wěn)定的催化劑，但同時碳化硅在可控性可操作性方面的研究有待進一步加強。
在航空航天領域，碳化硅是制備航空發(fā)動機的重要材料，優(yōu)點是質量輕、韌性高、耐高溫，壽命長等。
有色冶金方面，碳化硅的力學性能好，耐腐蝕性強，可作為耐火材料應用于冶金設備襯里材料；同時耐腐蝕性耐熱性能好，也被應用于機械密封；由于硬度高、耐磨損，也可作為裝置噴嘴等。
在生物醫(yī)學領域，碳化硅優(yōu)越的半導體特性為眾多的器件所采用，在高溫高頻高功率等大功率醫(yī)用器械領域有著巨大的潛力。由于SiC材料繼承了C材料的固有的生物相容性，同時兼具增強復合材料的高韌性和高強度特點且抗疲勞特性好、彈性模量與骨相當，是一種極具潛力的骨修復和骨替代生物惰性材料；但由于其表面還未發(fā)現更有利于骨替代的特殊表面化學性質，所以目前對于碳化硅生物陶瓷做骨替代材料的研究較少。
小結：
碳化硅陶瓷材料擁有優(yōu)異的力學、熱學、化學和物理性能，不僅在傳統(tǒng)工業(yè)領域獲得廣泛的應用，而且在半導體、核能、國防及空間技術等高科技領域的應用也在不斷拓展，應用前景十分廣闊。期待在不久的將來，碳化硅陶瓷能夠為人類的生活發(fā)揮更多的作用。
參考來源：
1、肖星火.碳化硅陶瓷性能及研究進展
2、李辰冉，謝志鵬等.國內外碳化硅陶瓷材料研究與應用進展
3、都興紅，仇知等.碳化硅的應用現狀及展望
4、高金星，李麗亞等.骨替代生物陶瓷材料的研究現狀
5、趙加強.大功率醫(yī)用SiC變溫氧化模型及其MOS電容的電學特性
（中國粉體網編輯整理/青黎）
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