碳化硅又名金钢砂(SiC)是用石英砂,石油焦,木屑等原料通过电阻炉高温冶炼而成。碳化硅又称碳硅石。在当代C、N、B等非氧化物高技术耐火材料中,碳化硅为应用最广泛、最经济的一种,可以称为金钢砂或耐火砂。 目前中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。
碳化硅有黑碳化硅和绿碳化硅两个常用的基本品种。1.黑碳化硅含SiC约95%,其韧性高于绿碳化硅,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.绿碳化硅含SiC约97%以上,自锐性好,大多用于加工硬质合金、钛合金和光学玻璃,也用于珩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。
碳化硅由于化学性能稳定、导热系数高、热膨胀系数小、耐磨性能好,除作磨料用外,还有很多其他用途,例如:以特殊工艺把碳化硅粉末涂布于水轮机叶轮或汽缸体的内壁,可提高其耐磨性而延长使用寿命1~2倍;用以制成的高级耐火材料,耐热震、体积小、重量轻而强度高,节能效果好。低品级碳化硅(含SiC约85%)是极好的脱氧剂,用它可加快炼钢速度,并便于控制化学成分,提高钢的质量。此外,碳化硅还大量用于制作电热元件硅碳棒。碳化硅的硬度很大,莫氏硬度为9.5级,仅次于世界上最硬的金刚石(10级),具有优良的导热性能,是一种半导体,高温时能抗氧化。
碳化硅制品可以分为很多类,根据不同的使用环境,分为不同的种类。一般使用到机械上比较多。例如使用到机械密封件上,可以称为碳化硅密封环,可以分为静环、动环、平环等。也可以根据客户的特别要求,制作出各种形状的碳化硅制品,例如碳化硅异形件,碳化硅板,碳化硅环等。碳化硅的制品之一的碳化硅陶瓷具有的高硬度、高耐腐蚀性以及较高的高温强度等特点,这使得碳化硅陶瓷得到了广泛的应用。
在应用在密封环上:碳化硅陶瓷的耐化学腐蚀性好、强度高、硬度高,耐磨性能好、摩擦系数小,且耐高温,因而是制造密封环的理想材料,它与石墨材料组合配对时,其摩擦系数比氧化铝陶瓷和硬质合金小,因而可用于高PV值,特别是输送强酸、强碱的工况中使用。我公司生产的SIC-1型碳化硅常压烧结制品,具有密度高、硬度高、生产批量大、可生产复杂形状制品的特点,适用于高性能的密封件中使用。而我公司生产的SIC-3型碳化硅陶瓷制品是含石墨的碳化硅材料。由于在碳化硅基体中含有大量的弥散细小的石墨颗粒,与其它材料配对使用时,其摩擦系数非常小,具有良好的自润滑性能,特别适用于制作气密封或有干摩擦工况的密封件中使用,从而使密封件的使用寿命及工作的可靠性提高。
碳化硅主要有四大应用领域,即:功能陶瓷、高级耐火材料、磨料及冶金原料。
碳化硅在众多领域的应用大多是它的五类产品的应用体现,即先进陶瓷、耐火材料、磨料磨具、半导体器件及冶金原料。
1、力学性能:高硬度(克氏硬度为3000kg/mm2),可以切割红宝石;高耐磨性,仅次于金刚石。
2、热学性能:热导率超过金属铜,是Si的3倍,是GaAs的8~10倍,散热性能好,对于大功率器件非常重要。SiC的热稳定性较高,在常压下不可能熔化SiC。
3、化学性能:耐腐蚀性非常强,室温下几乎可以抵抗任何已知的腐蚀剂。SiC表面易氧化生成SiO2薄层,能防止其进一步氧化,在高于1700℃时,这层氧化膜熔化并迅速发生氧化反应。
4、电学性能:4H-SiC和6H-SiC带隙约是Si的3倍,是GaAs的2倍;其击穿电场强度高于Si一个数量级,饱和电子漂移速度是Si的2.5倍。4H-SiC的带隙比6H-SiC更宽。
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