碳化矽特性及應用

碳化矽不僅是一種優良的耐火材料。也是常用的研磨材料、防腐材料、導熱材料。碳化矽的主要化學成分是SiC，又名碳化矽。它具有許多優良的特性。

工業產品中使用的碳化矽是在2200-2500℃高溫下人工合成的，自然界中幾乎不存在。合成碳化矽的主要原料是石英砂（矽石）、石油焦，輔助材料是鋸末、食鹽等。石英砂的元素是SiO2，為碳化矽提供矽。石油焦的元素是C，為碳化矽提供碳。輔助材料不參與熔煉反應過程，木屑的作用是增加爐料的透氣性。食鹽僅在冶煉綠碳化矽時添加，使其呈現綠色。 

按顏色來分，碳化矽包括黑碳化矽和綠碳化矽。它們因純度和硬度而異。黑碳化矽的純度略低於綠碳化矽。黑金剛砂的SiC含量不低於98%。綠碳化矽的SiC純度達到99%以上。它們都是碳化矽晶體的α相。

綠碳化矽和黑碳化矽均具有以下共同特性：

綠碳化矽和黑碳化矽均具有以下共同特性：

1.高溫化學穩定性：

碳化矽具有極高的熔點和良好的耐高溫性能，在高溫環境下能保持穩定的物理和化學性能。碳化矽在1400℃的溫度下不會氧化，而是在晶體表面形成一層二氧化矽薄膜。結果，薄膜也賦予了碳化矽的外觀七彩彩虹光澤。

2、耐高溫性能好：

碳化矽具有極高的熔點，可承受1800～1900℃的高溫，下游溫度可達2300℃。碳化矽在高溫下還具有良好的強度和抗衝擊性能，使其成為常用的耐火材料在鋼鐵生產中。

3、硬度高：

碳化矽具有極高的硬度，僅低於金剛石。這使得碳化矽在摩擦、切割、磨削等領域具有優異的耐磨性和磨削性能。在莫氏硬度中，金剛石的硬度為莫氏10.0，綠碳化矽的硬度為莫氏9.4-9.5（維氏硬度33-34Gpa），黑碳化矽的硬度為莫氏9.2-9.3（維氏硬度28 -28）。 32Gpa）。

4、優異的耐腐蝕性能：

碳化矽對大多數酸和鹼具有優異的耐腐蝕性。不與強酸、強鹼發生反應，可在復雜溫度和化學環境下長期穩定使用。

5、優良的導熱性能：

碳化矽導熱係數高，常溫下導熱係數為60-200W/M·K，能有效傳遞熱量。因此，適用於導熱材料或塗層，如散熱片、散熱器等。

6、較低的熱膨脹係數：

碳化矽的熱膨脹係數為3.9-4.5×10-6/℃，用於製造耐火製品，SiC陶瓷不易發生蠕變和變形。

7、優良的絕緣性能：

碳化矽具有較高的絕緣性能，在高溫、高電場條件下仍能保持穩定的絕緣性能。因此常被用作電子元件和絕緣材料，也是生成碳化矽陶瓷的主要原料。

8. 較低的堆積密度：

碳化矽的比重為3.2g/cm3，低於大多數金屬和剛玉。

9、脆性和韌性：

碳化矽雖然硬度較高，但脆性較強，韌性稍差。黑碳化矽的韌性高於綠碳化矽。

碳化矽在許多應用中表現良好。主要應用於以下幾個方面：

1、磨料及磨俱：

碳化矽具有優良的耐磨性，廣泛應用於磨料製品的製備。黑碳化矽適用於生產砂輪、水砂紙、碳化矽磨刷、鋼紙砂盤、纖維砂輪等，用於磨削金屬、合金、木材、普通玻璃等磨俱。綠碳化矽適合生產樹脂砂輪、金剛石砂輪、水磨片、珩磨石、PVA砂輪、金剛石粘土磨塊等磨料製品。

2、研磨拋光：

碳化矽作為磨料，可廣泛用於大理石、花崗岩、鈦合金、銅合金的噴砂和鈍化。典型用途是對碳化鎢硬質合金進行邊緣鈍化處理。碳化矽微粉用於雙面磨床，用水磨削合金和陶瓷製品，以達到理想的表面粗糙度。此外，碳化矽作為滾磨機的研磨介質，可與磨石或核桃砂配合，對不銹鋼、合金、玉石工件進行去毛刺和拋光。

3、陶瓷製品：

碳化矽可用於製備各種陶瓷製品，如陶瓷密封件、陶瓷軸承、陶瓷管道、碳化矽噴嘴等，還可用於生產泡沫陶瓷、冶金碳化矽陶瓷過濾膜、柴油顆粒捕集器陶瓷膜，常用於生產防彈陶瓷板、碳化矽碳化硼複合陶瓷等工業陶瓷。

4、耐火材料：

碳化矽可用於製造耐火磚、碳化矽坩堝、碳化矽爐料等產品，在鋼鐵工業生產中發揮著重要作用。

5、塗料行業：

碳化矽具有很高的耐磨性和耐腐蝕性。它可以作為聚四氟乙烯不粘 (Teflon) 塗料、UV 塗料和含氟聚合物的添加劑。該添加劑大大提高了塗層的抗氧化性和耐腐蝕性。

6、電子設備：

碳化矽具有良好的導熱性和高溫穩定性。適合製作電子散熱器、電子封裝材料、功率半導體器件等。
此外，SiC還廣泛應用於化工、航空航天、汽車製造等領域，發揮著重要作用。