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、電子等多領域。簡單的化學組成卻擁有著優異的產品性能，因此，研究碳化硅的性能與應用對于社會工業生產力的發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相，在高于2100℃的溫度下轉變為α-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定，是發生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、提高供電頻率、降低器件升溫、縮小器件體積，提高效率等優良作用。
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，由于其穩定性高所以可用作高穩定的催化劑，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動機的重要材料，優點是質量輕、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。
在生物醫學領域，碳化硅優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異的力學、熱學、化學和物理性能，不僅在傳統工業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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