碳化硅陶瓷材料

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，碳化硅的理论密度为3.16-3.2g/cm3。

SiC是以共价键为主的共价化合物，由于碳和硅两元素在形成SiC晶体时，它的基本单元是四面体，所有SiC均由SiC四面体堆积而成，所不同的只是平行结合和反平行结合，从而形成具有金刚石结构的SiC。SiC共有75种变体，如3C-SiC、4HSiC、15R-SiC等，其中α-SiC、β-SiC最为常见。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。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。

碳化硅陶瓷的制备

制备端，在工业生产中，用于合成SiC的石英砂和焦炭通常含有Al和Fe等金属杂质。其中杂质含量少的呈绿色，被称为绿色碳化硅；杂质含量多的呈黑色，被称为黑色碳化硅。一般碳化硅含量愈高、颜色愈浅，高纯碳化硅应为无色。SiC是强共价键结合的化合物，烧结时的扩散速率相当低，即使在2100℃的高温下，C和Si的自扩散系数也仅为1.5×10-10cm2/s和2.5×10-13cm2/s。所以，很难烧结SiC，必须借助添加剂形成特殊的工艺手段促进烧结。目前制备高温SiC陶瓷的方法主要有无压烧结、热压烧结、热等静压烧结、反应烧结等。

来源: 李慎芳 顾召飞