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碳化硅及其应用

日期:2019-12-07 12:44
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摘要:碳化硅(SiC)是用石英砂、石油焦(或煤焦)、木屑(生产绿色碳化硅时需要加食盐)等原料通过电阻炉高温冶炼而成。碳化硅在大自然也存在罕见的矿物,莫桑石。 碳化硅又称碳硅石。在当代C、N、B等非氧化物高技术耐火原料中,碳化硅为应用*广泛、*经济的一种,可以称为金钢砂或耐火砂。

碳化硅及其应用


一、碳化硅简介

碳化硅(SiC)是用石英砂、石油焦(或煤焦)、木屑(生产绿色碳化硅时需要加食盐)等原料通过电阻炉高温冶炼而成。碳化硅在大自然也存在罕见的矿物,莫桑石。 碳化硅又称碳硅石。在当代C、N、B等非氧化物高技术耐火原料中,碳化硅为应用*广泛、*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,碳化硅化学性能稳定、导热系数高、热膨胀系数小、耐磨性能好,硬度很大,莫氏硬度为9.5级,仅次于世界上天然形成*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。

碳化硅由于化学性能稳定、导热系数高、热膨胀系数小、耐磨性能好,硬度很大,莫氏硬度为9.5级,仅次于世界上天然形成*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。

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

二、产品应用

1.特种陶瓷

由于碳化硅化学性能稳定、导热系数高、热膨胀系数小、耐磨性能好,硬度很大,应用于相应的特种功能陶瓷和结构陶瓷,如:密封环、轴套、防弹装甲、喷嘴及耐磨件

2.冶金及耐高温材料

利用碳化硅具有耐腐蚀、耐高温、强度大、导热性能良好、抗冲击等特性,碳化硅一方面可用于各种冶炼炉衬、高温炉窑构件、碳化硅板、衬板、支撑件、匣钵、坩埚等,还可以制做火箭喷管、燃气轮机叶片等,利用其导热系数、热辐射、高热强度大的特性,制造薄板窑具,不仅能减少窑具容量,还提高了窑炉的装容量和产品质量,缩短了生产周期,利用良好的导热和热稳定性,作热交换器,燃耗减少20%,节约燃料35%,使生产率提高20-30%,特别是矿山选厂用排放输送管道的内放,其耐磨程度是普通耐磨材料的6-7倍

3.磨料应用

因碳化硅导热系数高、热膨胀系数小、耐磨性能好,硬度很大,莫氏硬度为9.5级,仅次于世界上天然形成*硬的金刚石(10级),具有优良的导热性能。常被用作磨料用来制作磨具,如砂轮、油石、磨头、砂瓦类等

4.电子电力应用

社会经济和电力系统的迅速发展,人们对现代电力系统安全、稳定、高效、灵活运行控制要求的日益提高,电力系统要求电力电子装置具有更高的电压,更大的功率容量和更高的可靠性。由于硅基大功率器件本身材料性能的限制,已经不能满足现在电子电力的要求,制约了现代电力电子技术在现代电力系统中的应用。碳化硅作为一种新型的宽禁带半导体材料3.26 eV,远大于硅的1.1 eV,近年来,因其出色的物理及电特性,正越来越受到产界的广泛关注。

1.SiC和Si材料性能对比

2.SiC的性能优势

高压特性:

碳化硅器件是同等硅器件耐压的10倍

碳化硅肖特基管耐压可达2400V

碳化硅场效应管耐压可达数万伏,且通态电阻并不很大

高频特性:

导热率高,易于散热,耐高温

散热容易。由于SiC 材料的热导率较高(3倍于Si),散热更容易,器件可工作在更高的环境(大于500℃)

3.SiC电子的应用领域

现在SiC主要二极管和开关管,其高性能应用于电子电力领域,*近在汽车电动领域也得到广泛的应用

实例对比图

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