中国粉体网迅 在诸多陶瓷品种中，碳化硅陶瓷是一种性能非常突出的材料。它最初是一种人造材料，但是后来经过科学家的考察发现，从陨石和地壳中也可以提取出碳化硅这种化合物。碳化硅，顾名思义，是由碳和硅两种元素组成的，它的化学分子式为SiC。近几年来，碳化硅陶瓷的身影出现在航空航天、机械工业、电子等多领域。简单的化学组成却拥有着优异的产品性能，因此，研究碳化硅的性能与应用对于社会工业生产力的发展具有十分重要的意义。
碳化硅晶型结构
碳化硅材料具有硬度大、耐磨损、弹性模量高等特性，这些特性大部分取决于其高度共价键性及稳定的晶体结构。碳化硅有β和α两种晶体结构，β-SiC为面心立方的闪锌矿结构，α-SiC为六方晶系纤锌矿结构。α-SiC因其结构单元层的不同堆垛方式衍生出2H、4H、6H、15Ｒ等多型体，其中工业上应用最广的是6H多型体。
尽管SiC存在很多种多型体，且晶格常数各不相同，但其密度均很接近。β-SiC的密度为3.215g/cm3，各种α-SiC的变体的密度基本相同，为3.217g/cm3。β-SiC通常被称为“低温改性”，是一种室温下的亚稳相，在高于2100℃的温度下转变为α-SiC中的一种或多种多型体，且转变是不可逆的。15Ｒ变体在热力学上不太稳定，是发生β-SiC→6H-SiC转化时生成的中间相，高温下不存在。另外，制备碳化硅粉体时在2000℃以下合成的SiC主要为β型，在2200℃以上合成的主要为α-SiC，而且以6H为主。
碳化硅粉末制备
目前较为成熟的工业化制备碳化硅粉末的方法有：
(1)Acheson法，将高纯度石英砂或粉碎后的石英矿，与石油焦炭、石墨或无烟煤细粉均匀混合，通过石墨电极产生的高温加热至2000℃以上使其发生反应合成α-SiC粉体。
(2)二氧化硅的低温碳热还原法，将二氧化硅细粉与碳粉混和后，在1500～1800℃温度下进行碳热还原反应，获得纯度较高的β-SiC粉末，此方法类似于Acheson法，其差别在于合成温度较低，产生的晶体结构是β型，但还存在残留的未反应的碳和二氧化硅，所以需要有效的脱硅脱碳处理。
(3)硅碳直接反应法，金属硅粉与碳粉直接反应，在1000～1400℃生成高纯β-SiC粉。α-SiC粉体是目前碳化硅陶瓷产品的主要原料，而具有金刚石结构的β-SiC多用于制备精密研磨抛光材料。
碳化硅的应用
碳化硅有黑色碳化硅和绿色碳化硅两个常用的基本品种，都属α-SiC。①黑色碳化硅含SiC约95%（w），其韧性高于绿色碳化硅，大多用于加工抗张强度低的材料，如玻璃、陶瓷、石材、耐火材料、铸铁和有色金属等。②绿色碳化硅含SiC约97%（w）以上，自锐性好，大多用于加工硬质合金、钛合金和光学玻璃，也用于研磨汽缸套和精磨高速钢刀具。此外还有立方碳化硅，它是以特殊工艺制取的黄绿色晶体，用以制作的磨具适于轴承的超精加工，可使表面粗糙度从Ra32～0.16微米一次加工到Ra0.04～0.02微米。
在电动汽车领域，碳化硅可作为电动汽车中充电模块和电动模块中的重要材料，具有简化供电网络系统、提高供电频率、降低器件升温、缩小器件体积，提高效率等优良作用。
在新型显示器方面，碳化硅单晶可用于LED器件的制作，具有如高亮度，高寿命，高显色指数，低能耗等优点。并且相比于蓝宝石基LED，碳化硅LED设备可使成本降低一半左右，导热能力大大提高，因此对于节能减排具有重大意义。
在电催化方面，碳化硅材料可代替铂作为燃料电池的新型催化剂，由于其稳定性高所以可用作高稳定的催化剂，但同时碳化硅在可控性可操作性方面的研究有待进一步加强。
在航空航天领域，碳化硅是制备航空发动机的重要材料，优点是质量轻、韧性高、耐高温，寿命长等。
有色冶金方面，碳化硅的力学性能好，耐腐蚀性强，可作为耐火材料应用于冶金设备衬里材料；同时耐腐蚀性耐热性能好，也被应用于机械密封；由于硬度高、耐磨损，也可作为装置喷嘴等。
在生物医学领域，碳化硅优越的半导体特性为众多的器件所采用，在高温高频高功率等大功率医用器械领域有着巨大的潜力。由于SiC材料继承了C材料的固有的生物相容性，同时兼具增强复合材料的高韧性和高强度特点且抗疲劳特性好、弹性模量与骨相当，是一种极具潜力的骨修复和骨替代生物惰性材料；但由于其表面还未发现更有利于骨替代的特殊表面化学性质，所以目前对于碳化硅生物陶瓷做骨替代材料的研究较少。
小结：
碳化硅陶瓷材料拥有优异的力学、热学、化学和物理性能，不仅在传统工业领域获得广泛的应用，而且在半导体、核能、国防及空间技术等高科技领域的应用也在不断拓展，应用前景十分广阔。期待在不久的将来，碳化硅陶瓷能够为人类的生活发挥更多的作用。
参考来源：
1、肖星火.碳化硅陶瓷性能及研究进展
2、李辰冉，谢志鹏等.国内外碳化硅陶瓷材料研究与应用进展
3、都兴红，仇知等.碳化硅的应用现状及展望
4、高金星，李丽亚等.骨替代生物陶瓷材料的研究现状
5、赵加强.大功率医用SiC变温氧化模型及其MOS电容的电学特性
（中国粉体网编辑整理/青黎）
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