SiC材料的制备与应用
sic是什么材料
sic是什么材料
Sic是什么材料。
Sic，即碳化硅，是一种重要的无机材料，具有许多优异的性能和广泛的应用领域。
碳化硅是由碳和硅元素在高温下反应制成的化合物，其化学式为SiC。
它具有极高的熔点、硬度和热导率，因此被广泛应用于陶瓷、研磨材料、电子器件等领域。
首先，碳化硅在陶瓷领域有着重要的应用。
由于碳化硅具有高熔点、高硬度和耐腐蚀性，因此被用作陶瓷材料的添加剂，可以提高陶瓷的硬度和耐磨性。
此外，碳化硅本身也可以制成陶瓷制品，如耐火材料、陶瓷刀具等，具有优异的耐高温、耐磨损和耐腐蚀性能。
其次，碳化硅在研磨材料领域也有着重要的地位。
碳化硅具有极高的硬度和耐磨性，因此被广泛应用于研磨材料的制备中。
碳化硅磨料可以用于金属、玻璃、陶瓷等材料的研磨加工，具有高效、精确和稳定的加工效果，因此在精密加工领域有着广泛的应用。
此外，碳化硅还被广泛应用于电子器件领域。
由于碳化硅具有较高的电子能带宽度和电子饱和漂移速度，因此被用作半导体材料，可以制成功率器件、光电器件等。
碳化硅材料的应用可以提高电子器件的工作温度范围、提高工作频率和降低功耗，因此在电子器件领域有着重要的应用前景。
总的来说，碳化硅作为一种重要的无机材料，具有许多优异的性能和广泛的应用领域。
它在陶瓷、研磨材料、电子器件等领域都有着重要的应用价值，对于提高材料加工、电子器件性能等方面具有重要意义。
随着科技的不断进步，相信碳化硅材料的应用领域会更加广泛，为人类的生产生活带来更多的便利和发展。
sic芯片材料参数 -回复
sic芯片材料参数-回复sic芯片材料参数是指使用硅化碳化硅（SiC）作为主要材料制造的芯片所需要考虑的一系列技术参数。
在本文中，将逐步回答关于sic芯片材料参数的问题，包括SiC的物理性质、制造过程及其在芯片应用中的优势和限制。
一、SiC的物理性质硅化碳化硅（SiC）是一种具有优异性能的化合物材料，其特点是具有高熔点、高热导率、高耐高温性、高电子迁移率以及优异的化学稳定性。
这些特性使得SiC成为一种理想的芯片材料。
1. 熔点：SiC的熔点非常高，约为2730，比传统的硅（Si）材料的熔点高了近1000，这使得SiC芯片能够在更高温度下工作，从而满足一些特殊应用的需求，如高温电子设备、航空航天等。
2. 热导率：SiC具有良好的热导率，其比热导率约为硅的三倍以上。
这种高热导率使得SiC芯片能够更快地散热，降低芯片温度，提高了芯片的可靠性和稳定性。
3. 耐高温性：SiC能够在高温环境中稳定工作，其最高使用温度可达到600以上，这远远高于传统硅芯片的极限。
因此，SiC芯片适用于一些高温应用领域，如化工、电力等。
4. 电子迁移率：SiC具有很高的电子迁移率，约为硅的数倍。
电子迁移率的提高可以提高芯片的响应速度和工作频率，从而满足高速计算和通信等应用领域的需求。
二、SiC芯片的制造过程制造SiC芯片主要使用两种技术：通用SiC材料的外延生长和SiC单晶的离子外延法。
1. 通用SiC材料的外延生长：这种方法通过在硅衬底上生长SiC晶体，实现对整个硅衬底的覆盖。
通过控制外延生长条件，可以获得具有不同晶体结构和性质的SiC薄膜。
通用SiC材料的外延生长技术较为成熟，可以实现对大面积芯片的生产。
2. SiC单晶的离子外延法：这种方法通过将SiC晶体种植到硅衬底上，再以离子束的方式使其融合并形成SiC薄膜。
该方法可获得单晶SiC材料，具有更高的电子迁移率和更好的导电性能。
三、SiC在芯片应用中的优势相比传统的硅芯片，SiC芯片具有以下优势：1. 耐高温性：SiC芯片能够在高温环境中稳定工作，适用于一些高温应用领域，如汽车电子、航空航天等。
sic减薄工艺及薄片sic肖特基二极管的制备
sic减薄工艺及薄片sic肖特基二极管的制备SIC材料，即碳化硅材料，由于其具有优良的性能，在多个领域得到广泛应用。
而SIC材料的制备过程中，常常涉及到减薄工艺及薄片SIC肖特基二极管的制备。
下面将详细介绍这两个方面的内容。
减薄工艺是指将厚度较大的SIC材料加工成较薄的薄片。
减薄工艺的实施过程一般包括以下几个步骤：1. 材料选择：首先需要选择适合减薄工艺的SIC材料。
这些材料要求具有良好的晶体结构和机械性能，能够满足后续加工需要。
2. 机械研磨：将选定的SIC材料经过机械研磨，去除表面的杂质和粗糙度，以获得更加平整的表面。
3. 化学机械抛光：通过化学机械抛光的方式，进一步降低SIC 材料的表面粗糙度。
该过程中一般会使用一定比例的化学物质和机械摩擦力来处理材料表面。
4. 碳化硅薄片制备：对经过抛光处理的SIC材料进行离层处理，使其分离为一层一层的薄片。
这一步骤需要一定的技术手段来控制，以保证薄片的质量和厚度均匀。
薄片SIC肖特基二极管的制备是利用上述减薄工艺得到的薄片进行的。
其制备步骤如下：1. 制备肖特基结构：首先，在薄片上进行金属沉积，形成肖特基结构的金属接触电极。
常用的金属材料有铂、铜铟镓等。
2. 退火处理：将制备好的薄片进行退火处理，以提高金属与材料之间的接触质量，并增强肖特基二极管的性能。
3. 硅胶封装：将退火处理后的薄片通过硅胶封装技术进行保护。
硅胶封装可以提高器件的密封性和稳定性，保证器件的性能不受外界环境的影响。
4. 电特性测试：最后对制备好的薄片SIC肖特基二极管进行电特性测试，包括正向电压和反向电压下的电流-电压关系等，以验证器件的性能。
通过上述工艺，可以制备出高质量的薄片SIC肖特基二极管。
该器件具有低功耗、高频响、高温性能稳定等优点，被广泛应用于高速电力开关、功率电子器件等领域。
总之，减薄工艺及薄片SIC肖特基二极管的制备是SIC材料应用中重要的一环。
通过精细的工艺控制和测试验证，可以制备出高性能的薄片器件，为SIC材料的应用开辟更广阔的道路。
高性能Si3N4-SiC耐火材料合成原理及其应用性能
高性能Si3N4-SiC耐火材料合成原理及其应用性能摘要：随着现代高温、高压、高速等工况日益增多，要求耐火材料具有更高的力学性能和更好的耐腐蚀性，Si3N4-SiC复相陶瓷材料因其卓越的高温强度、耐腐蚀能力及优异的氧化稳定性等性能而逐渐成为探究热点。
本文综述了当前Si3N4-SiC复相陶瓷材料的制备方法及其物理、化学、机械性能及应用领域，并深度探讨了Si3N4-SiC 复相陶瓷材料的优缺点及其将来进步趋势。
关键词：Si3N4-SiC复相陶瓷材料；制备方法；物理性能；化学性能；机械性能；应用领域；优缺点1. 引言在高温、高速、高压（HPHT）等极端环境下，要求耐火材料具有超强的耐高温、耐腐蚀、耐磨损、抗氧化等特性才能满足各种复杂工况下的要求。
在浩繁耐火材料中，Si3N4-SiC复相陶瓷材料因其卓越的高温强度、耐腐蚀能力及优异的氧化稳定性等性能而备受关注。
本文将综述当前Si3N4-SiC复相陶瓷材料的制备方法及其物理、化学、机械性能及应用领域，并深度探讨Si3N4-SiC 复相陶瓷材料的优缺点及其将来进步趋势。
2. Si3N4-SiC复相陶瓷材料的制备方法Si3N4-SiC复相陶瓷材料的制备方法多种多样，包括化学气相沉积法、热压法、烧结法、凝胶注模法、热处理法等。
不同制备方法的工艺流程有所差异，但制备思路均基于Si3N4和SiC两种陶瓷相的复合，依据不同制备方法，Si3N4-SiC复相陶瓷材料的微观结构及性能存在一定的差异。
其中，烧结法是制备Si3N4-SiC复相陶瓷材料的常用方法之一。
其制备过程一般包括原料混合、成型、烧结等步骤。
详尽来说，烧结前起首将Si3N4粉末与SiC粉末进行混合，一定时间之后将混合后的粉末进行压制成型，制成坯体后，再将坯体进行高温烧结处理，使其形成复合陶瓷相。
烧结制备的遗憾是制备Si3N4-SiC复相陶瓷材料的烧结温度较高，不利于降低制备成本。
因此，烧结法虽然是制备复相陶瓷材料的主要方法之一，但其并不能满足全部的生产需求。
SiC材料的应用
目录碳化硅陶瓷材料的性质： (1)碳化硅材料在不同领域的应用： (1)碳化硅陶瓷材料的性质：陶瓷材料一般具有高的熔点（大多在2000℃以上），且在高温下具有极好的化学稳定性；陶瓷的导热性低于金属材料，陶瓷还是良好的隔热材料。
同时陶瓷的线膨胀系数比金属低，当温度发生变化时，陶瓷具有良好的尺寸稳定性。
(SiC)陶瓷材料具备优异的力学、热学、光学性能,在国防工业和国民生产中应用广泛.然而,传统陶瓷成形工艺在制备复杂SiC构件时面临周期长、成本高、复杂结构成形难等问题.增材制造理论上可成形任意复杂结构,为复杂陶瓷构件的制备提供了有效手段,目前SiC陶瓷增材制造已成为本领域近年来的研究热点.本文针对SiC陶瓷增材制造的研究及应用进展进行了系统总结,详细论述SiC增材制造的原料设计与制备方法、工艺与装备、后处理技术、模拟仿真、性能评测及典型应用等内容,并对SiC陶瓷增材制造技术的未来发展进行了展望碳化硅材料在不同领域的应用：碳化硅陶瓷材料具有耐高温、抗氧化、耐磨损、耐腐蚀、高比模量和比强度等优良性能[1~5],在航空、航天、核能和汽车等众多重要领域应用广泛.传统SiC陶瓷成形工艺包括等静压、流延成型、注射成形、注浆成型、凝胶注模等,通常采用模具辅助成形,烧结后还需进行机加工处理得到所需SiC产品近年来,轻量化空间光学反射镜等高性能SiC构件的复杂度越来越高,对陶瓷成形工艺提出了更高的要求.然而,传统成形工艺常需借助模具,在制备复杂轻量化SiC构件时周期长、成本高,且大尺寸构件通常需通过拼接方法获得,导致废品率高,某些内部复杂结构很难甚至无法制造.增材制造技术无需模具,采用逐层叠加制造的原理,理论上可整体成形任意复杂结构,是实现复杂陶瓷构件整体化、轻量化、复杂化成形的有效途径.如图1所示,Si增材制造工艺的原料可以分为粉末、浆料/膏体、丝材、片材等.粉末成形工艺包括激光选区烧结和三维喷印;浆料/膏体成形工艺包括光固化和墨水直写成形丝材增材成形工艺一般指熔融沉积成形,材增材成形工艺一般指薄材叠层成形目前,基于增材制造的Si复杂构件整体成形工艺通常包括以下步骤:首先,设计并制备增材适应性原料,包括粉末、浆料/膏体、丝材和片材等;然后,通过增材制造工艺成形得到具有复杂结构的SiC瓷坯体;再对SiC陶瓷坯体进行碳化处理得到SiC陶瓷预制体;最后,对SiC陶瓷预制体进行烧结(包括反应烧结、化学气相渗透、先驱体浸渍裂解等),得到最终的SiC陶瓷制品.增材制造工艺既决定了原料的设计与制备方法,还关系到后续碳化和烧结工艺路线的制定.SiC材料和增材制造技术均被纳入“十四五”产业科技创新相关发展规划,是相关国家科研攻关、“卡脖子”核心技术突破与产业布局的基石.然而,SiC陶瓷增材制造在研发与推广应用中仍存在较多难点与挑战:增材制造成形SiC陶瓷构件的精度和力学性能与传统工艺相比仍存在一定差距,大型一体化(米级尺寸)或小型精细化(微米级精度)SiC 构件的增材制造仍存在一定技术难题;增材制造工艺与材料间的内在联系尚不明确,如何通过工艺调控实现材料形状、性能的协同控制仍是当前亟待解决的问题;SiC陶瓷构件增材制造还未建立完整的工艺和评价标准,工业化应用推广仍存在一定难度.为此,本文系统总结了国内外SiC陶瓷增材制造技术的研究及应用进展,详细论述了原材料设计与制备方法、增材制造工艺与装备、后处理技术、模拟仿真、性能评测等内容,简要说明了增材制造复杂SiC构件的典型应用,最后展望了SiC增材制造技术未来的发展趋势.希望可以为本领域的科研和工业生产人员提供一定的参考与指导,突破SiC陶瓷增材制造中的科学与技术难题,进一步推广。
碳化硅陶瓷的制备技术
喷嘴：作喷嘴的陶瓷材料有多种，常用
的是氧化铝、碳化硅和碳化硼陶瓷等。 氧化铝陶瓷喷嘴的价格低，但由于硬度 低，其耐磨性较差，多用于喷砂工作量 不大的场合。碳化硅陶瓷的使用寿命是 氧化铝陶瓷的３－５倍【】，与硬质合金 相当，多用于硬质合金的替代品，特别 是在手持喷枪的工况中使用。
磁力泵泵件：随着工业化的发展，特别
碳化硅陶瓷的制备技术及应用
一、碳化硅的前沿
二、SiC粉末的合成 三、SiC的烧结方法
四、反应烧结碳化硅的成型工艺
五、碳化硅陶瓷的应用
碳化硅陶瓷的制备技术及应用
1、前沿：
碳化硅陶瓷材料具有高温强度大， 高温抗氧化性 强、耐磨损性能好 ，热稳定性佳 ，热膨胀系数小， 热导率大， 硬度高 ，抗热震和耐化学腐蚀等优良特 性. 在汽车、机械化工、环境保护、 空间技术、 信 息电子 、能源等领域有着日益广泛的应用，已经成为 一种在很多工业领域性能优异的其他材料不可替代的 结构陶瓷。
以下是对四种烧结方法的一些概括： 实验表明，采用无压烧结、热压烧结、热 等静压烧结和反应烧结的SiC陶瓷具有各异的 性能特点。假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陶瓷相对较高， 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陶瓷对强酸、 强碱具有良好的抵抗力，但反应烧结SiC陶瓷 对HF等超强酸的抗蚀性较差。就耐高温性能比 较来看，当温度低于900℃时，几乎所有SiC陶 瓷强度均有所提高；当温度超过1400℃时，反 应烧结SiC陶瓷抗弯强度急剧下降。（这是由 于烧结体中含有一定量的游离Si，当超过一定 温度抗弯强度急剧下降所致）对于无压烧结和 热等静压烧结的SiC陶瓷，其耐高温性能主要 受添加剂种类的影响
碳化硅制备方法
碳化硅制备方法碳化硅是一种重要的结构陶瓷材料，具有高硬度、高强度、高温稳定性等优良性能，在电子、航天、汽车等领域有广泛应用。
本文将介绍碳化硅制备的几种常见方法。
1. 碳热还原法碳热还原法是一种常见的碳化硅制备方法，其基本反应为：SiO2 + 3C → SiC + 2CO该反应发生在高温下（约为2000℃），需要通过特殊的电炉进行。
首先需要将硅粉和碳粉混合，制成一定比例的混合物，然后放入电炉中进行加热，使其达到足够高的温度。
在加热过程中，硅粉与碳粉发生反应，生成碳化硅。
碳热还原法制备碳化硅的优点是工艺简单，原料易得，而且产物质量较高。
但缺点是设备成本高，能源消耗大，且产物存在夹杂物和晶界不完整等问题。
2. 化学气相沉积法化学气相沉积法是一种较新的碳化硅制备方法，该方法可以通过化学反应在高温下沉积碳化硅薄膜。
具体步骤如下：（1）将SiCl4或CH3SiCl3等碳源物质和NH3或H2等气体混合，并通过加热将其气化。
（2）将气态混合物输送到反应器中，同时引入载气，让混合物在反应器内均匀分布。
（3）将反应器中的混合物加热到800-1200℃，在催化剂的作用下发生碳化反应，并在衬底上沉积出碳化硅薄膜。
化学气相沉积法具有生产规模大、生产效率高、产物质量优等优点，但是制备设备昂贵，制备条件严格，需要配合催化剂才能实现反应。
3. 溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法也是一种常见的碳化硅制备方法，该方法通过一系列溶胶-凝胶反应，将前驱体溶液凝胶化，制备出碳化硅粉末。
具体步骤如下：（1）将SiO2前驱体（例如TEOS等）和碳源物质（例如甲基丙烯酸三甲氧基硅烷）溶解在有机溶剂中。
（2）通过控制pH值和温度等参数，使溶液逐渐凝胶化，形成固体凝胶体。
（3）将凝胶体在特定温度下煅烧，使其发生脱水、脱氯和碳化反应。
经过一定的处理，可制备出碳化硅粉末。
溶胶-凝胶法制备碳化硅的优点是制备工艺简单、成型性好、加工易、粉末质量高等，并且可以制备出多孔、纳米级的碳化硅制品，但缺点是煅烧温度较高，制备周期长，并且前驱体的选择也对产物质量有较大影响。
国内外碳化硅陶瓷材料研究与应用进展
国内外碳化硅陶瓷材料研究与应用进展一、本文概述碳化硅陶瓷材料，作为一种高性能的无机非金属材料，因其出色的物理和化学性能，如高强度、高硬度、高热稳定性、良好的化学稳定性以及低热膨胀系数等，在航空航天、汽车、能源、电子等多个领域具有广泛的应用前景。
本文旨在全面综述国内外碳化硅陶瓷材料的研究现状、发展趋势和应用领域，以期为相关领域的科研人员和技术人员提供有价值的参考。
本文首先回顾了碳化硅陶瓷材料的发展历程，并分析了其独特的物理和化学性质，以及这些性质如何使其在众多领域中脱颖而出。
随后，文章重点介绍了国内外在碳化硅陶瓷材料制备工艺、性能优化、结构设计等方面的研究进展，包括新型制备技术的开发、复合材料的制备与应用、纳米碳化硅陶瓷的研究等。
文章还讨论了碳化硅陶瓷材料在航空航天、汽车、能源、电子等领域的应用现状及未来发展趋势。
通过本文的综述，我们期望能够为碳化硅陶瓷材料的研究与应用提供更为清晰和全面的视角，推动该领域的技术进步和创新发展。
我们也期待通过分享国内外的研究经验和成果，为国内外科研人员和技术人员搭建一个交流与合作的平台，共同推动碳化硅陶瓷材料的发展和应用。
二、碳化硅陶瓷材料的制备技术碳化硅陶瓷材料的制备技术是决定其性能和应用领域的关键因素。
经过多年的研究和发展，目前碳化硅陶瓷的主要制备技术包括反应烧结法、无压烧结法、热压烧结法、气相沉积法等。
反应烧结法：反应烧结法是一种通过碳和硅粉在高温下反应生成碳化硅的方法。
这种方法工艺简单，成本较低，但制备的碳化硅陶瓷材料致密度和性能相对较低，主要用于制备大尺寸、低成本的碳化硅制品。
无压烧结法：无压烧结法是在常压下，通过高温使碳化硅粉末颗粒之间发生固相反应，实现烧结致密化。
这种方法制备的碳化硅陶瓷材料具有较高的致密度和优良的力学性能，但烧结温度较高，时间较长。
热压烧结法：热压烧结法是在加压和高温条件下，使碳化硅粉末颗粒之间发生固相反应，实现快速烧结致密化。
这种方法制备的碳化硅陶瓷材料具有极高的致密度和优异的力学性能，但设备成本高，生产效率较低。
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SiC材料的制备与应用 摘要:本文主要介绍了SiC材料的制备方法，通过不同制备的方法获得不同结构的SiC，其中主要有α-SiC、β-SiC和纳米SiC。并介绍了SiC材料在材料中的应用。 关键词：α-SiC；β-SiC；纳米SiC； 前言： SiC 是人造强共价健化合物材料, 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。 2、SiC粉末的合成方法及应用： 2.1 Acheson法生产SiC的进展 经过百年发展, 现代SiC 工业生产仍采用的是Acheson 间歇式工艺。这是工业上采用最多的合成方法，即用电将石英砂和焦炭的混合物加热至2500℃左右高温反应制得。因石英砂和文章拷贝于华夏陶瓷网焦炭中通常含有Al和Fe等杂质，在制成的SiC中都固溶有少量杂质。其中，杂质少的呈绿色，杂质多的呈黑色。目前SiC 冶炼炉改进处于: ①炉体规模增大; 老式冶炼炉长为5～10m ,现在可长至25m ,装料高达以千吨计; ②送电功率增大:现在冶炼炉功率多在3000至7000kW 之间,功率在12 ,000kW的超大型冶炼炉已在我国宁夏北方碳化硅公司正常运行; ③电源由交流改为直流,保证了电网安全和稳定,操作更方便。 工业SiC 生产耗能高、对环境和大气有污染,且劳动量大。因此欧美发达国家尽管SiC 用量不断增大,但生产持续降低,代以从国外进口,同时加大了高性能SiC 材料的开发力度。中国、巴西和委内瑞拉等发展中国家的初级SiC 产量已占全世界的65 %以上。传统的SiC 冶炼炉主要不能完全解决以下环境问题:(1) CO2 、SO2 和扒墙时产生的SiC 粉尘的污染。(2) 解决原料闷燃放出的臭气和石油焦的挥发份,尤其是燃烧时或燃烧后及扒墙时产生的SO2 、H2S 和硫醇类等含硫物质和CO 气体带来的环境问题。(3) 无法收集冶炼时产生的炉内逸出气体用以发电或合成气体。 七十年代德国ESK公司在发展Acheson 工艺方面取得了突破[2 ] 。ESK的大型SiC 冶炼炉建在户外,没有端墙和侧墙,直线型或U 型电极位于炉子底部,炉长达60m ,用PE 包封盖以收集炉内逸出气体(～100 ×206m3 s.t.p) ,提取硫后将其通过管道输送到厂区内小型火电厂发电。可减少污染并节能20 %。该炉可采用成本低、活性高、易反应的高硫份石油焦和焦碳作为原料,将原料含硫量由传统SiC 冶炼炉允许的1. 5 %提高到5. 0 %。Acheson 法制备SiC 的优点是原料便宜，方法成熟易实现工业化生产。缺点是粉体质量不高:比表面积1～ 15m2/ g , 氧化物含量1wt %左右, 金属杂质含量1 ,400～2 ,800ppm ,依赖于粉碎、酸洗等后继工艺和手段。 2. 2 Acheson 法生产的SiC 的工业应用 Acheson 法制备的SiC 材料大量应用于磨料、耐火材料、结构陶瓷和炼钢脱氧剂。在SiC 的诸多用途中,磨料与磨削材料的应用是一重要方向,广泛用于切割和研磨玻璃、陶瓷、石料、铸铁零件、有色金属材料、硬质合金、钛合金和高速钢刀具精磨等。碳化硅耐火材料用途十分广泛:在钢铁冶炼中,可用作盛钢桶内衬、水口、高炉炉底和炉腹、加热炉无水冷滑轨;在有色金属冶炼中,大量用作蒸馏器、精馏塔托盘、电解槽侧墙、管道、坩锅;石油化工中用作脱硫炉、油气发生器等;陶瓷工业中大量用作各种窑炉的棚板,隔焰材料等。SiC含量大于90 %的普通耐火材料主要用以制造耐中等高温的炉窑构件;含量大于83 %的低品位耐火材料,主要用于出铁槽、铁水包等的内衬。SiC 作为脱氧剂具有粒度细小、反应强烈、脱氧时间短、节约能源、电炉生产率高、脱硫效果好、脱氧成本低等明显优点。国外八十年代前后已普遍使用SiC 做炼钢脱氧剂,我国始于1985 年,近年来已在钢铁企业普遍使用。我国钢铁年产量已达1 亿吨左右,每吨钢铁需要3～5kg SiC脱氧剂,加上铸造行业,脱氧剂的年用量巨大。炼钢用脱氧剂SiC 也是我国重要的出口产品。另外SiC 在取代氧化铝或石墨密封环方面应用广泛,在欧洲年用量约12 ×106 副,美国6 ×106 副,日本为106 副,并有大量增加的趋势。 2.3 SiO2-C还原法 工业上按下列反应式利用高纯度石英砂和焦炭或石油焦在电阻炉内产生SiC：
因为是吸热反应，需使用大量能量。用此法制得的SiC 含量一般为96%左右，颜色有绿色和黑色，SiC含量越高颜色越浅，高纯为无色。 2.4 气凝SiO2的碳还原法 在粒度18-22纳米的SiO2中加入30-35纳米的天然气炭黑，在1400-1500℃温度下通氩气保护，反应即可获得纯的SiC。反应中加入微量SiC粉可抑制SiC晶体的长大。 2.5 气相合成法 在气相硅的卤化物中加入碳氢化合物并通入一定量的氢气，在1200-1800℃的高温作用下可以制取高纯SiC。在这个反应中，碳氢化合物是碳的载体，氢气作还原剂，同时氢气还可以抑制在SiC生成过程中游离硅和碳的沉积。 3 新型SiC 材料的制备及其应用 随着先进的分析工具和生产技术装备的发展,人们对SiC 材料的结构和性能关系的研究逐步深入,开发了一系列新的SiC 制备技术和新的工业产品及用途。 3.1 β- SiC 微粉 β- SiC 微粉的制取方法很多,主要是八十年代后期发展起来的溶胶凝胶法、聚合物热分解法和各种气相法。气相法和聚合物热裂解法低温合成SiC 微粉的研究已经进行多年。在600～1 ,800 ℃下热裂解CH3 -SiH3 已获得产量很高的无定型SiC 微粉,其比表面积为25m2/ g ,杂质总量低于60ppm。能无压烧结至很高的密度,是高温结构陶瓷材料的理想原材料,可作为高温燃气轮机的转子、喷嘴、燃烧器,高温气体的热交换器部件,发动机中的汽缸和活塞等部件,还可作为核反应堆材料及火箭头部雷达天线罩等。陶瓷燃气轮机的热效率比一般燃气轮机可提高20 %以上[3 ] 。德国ESK公司将SiC 作为涡轮增压器转子装在汽油发动机试验车上,最大转速为96 ,000n/ min ,排气温度为1 ,030 ℃,经过1 ,000km 的路面试验,表现出优异的响应特性。近年来人们更多地关注在柴油发动机上应用陶瓷,SiC主要用做这种陶瓷发动机的挺柱、涡轮增压器转子、涡流式镶块等。1985 年,日本NGK厂生产的增压器转子已投入市场。美国阿贡国家实验室能源与环境研究室运输研究中心预计2000～2010 年汽车发动机用陶瓷件可占领66 %～90 %的零件市场,总价值超过36 亿美元,显示出十分广阔的应用前景[4 ] 。 3.2 化学气相沉积CVD - SiC 材料 CVD - SiC 基于理论致密结构和高纯度(99. 999 %) 表现出优异的物理化学性能已为人们所共知,利用扩散势垒作原子能材料和热压光学镜头的模具即是两例应用。另外,在碳或钨纤维芯上气相沉积SiC 已制造出直径在120μm 的纤维。最近Morton Inter-national Advanced Materials 公司宣布已批量成功地研制出1 ,500mm 宽、25mm 厚的无基底CVD - SiC 薄板,该材料在室温时热传导系数250W/ m·K, 抗弯强度466GPa ,表面可抛光至亚纳米光学精度。其新型应用包括高温激光光学装置、密封和耐磨元件、计算机储存介质的基片以及电子包封元件[5 ] 。
3.3 SiC 晶须 SiC 晶须是立方SiC 晶体极端各向异性生长的产物,长径比一般> 10。半径从几十分之一到几微米,长度可至几百微米,特殊工艺下可达100mm。晶须生长的研究始于六十年代初期,美国Carborundum 公司在研制增强添加剂时发展了半商业性工艺,德国ESK公司在批量生产晶须方面也做了大量的努力[6 ] 。晶须生长机理有气相凝聚、气固相(VS) 和气- 固- 液反应(VLS) 三种。前两种工艺生成的健康晶须直径< 3μm ,VLS 工艺生成的晶须直径为3～5μm ,长度超长者可达100mm。VLS机理,SiC的两种组成元素由甲烷和一氧化硅提供,在Fe ,Co ,Cr 和Mn 等催化剂的作用下提供足够的Si 和C 维持反应和沉积使SiC 晶须生长。晶须的拉伸强度和弹性模量分别高达16MPa和580GPa 。 3.4 SiC 片晶 SiC 片晶基于优异的机械性能和较低的商业成本作为复合材料补强剂引起了极大的研究兴趣。六方片状SiC 晶体生长于Acheson 炉的中心部位,但这种SiC片晶完全混生且晶粒生长过大并不适于用作陶瓷材料补强剂。人们为工业合成分散的小尺寸SiC 片晶做了大量的努力[7 ] ,用少量硼或铝作扩散促进剂在高温下合成了10～ > 100μm 的小尺寸SiC 片晶,而硼或铝又是众所周知的SiC 烧结助剂。有添加剂存在的情况下,在β- SiC 微粉中混入适当的SiO2和C或Si和C于1 ,900～2 ,100 ℃、惰性气氛中可以得到90 %的α-SiC片晶。SiC片晶的特性和机械性能。实验表明SiC 片晶在金属和陶瓷基体复合材料中起到了很好的补强作用。 结论： SiC 作为一个用途广泛的工程材料已经深入到了人类生活的每一个角落,在数代科技人员的努力下极大地促进了工业发展。随着对其制备技术的深入研究,人们将会发现更多的SiC 新用途并获得更多的SiC新型工业产品。未来,用Acheson 法制备[10]的SiC 在产量和规模上将继续占主导地位,广泛应用在各工业领域内,同时利用其独特的物理化学性能,继续开发出象炼钢脱氧剂等对基础工业有重大影响的用途。为满足烧结高致密、高强度、高性能陶瓷材料并使之应用在高技术工业领域,新型的高技术SiC 制备技术也会迅速蓬勃发展起来。降低成本、完善工艺,并与后续制备技术如烧结等相适应,在经济和效果上取得最佳成效是其方向。在电子器件应用方面也会获得更大的发展。