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碳化硅的（介绍，特性，生产，应用）
Release Time：2021-06-24碳化硅的介绍
碳化硅，化学符号为 SiC，是一种固体工业矿物晶体。它用作半导体和陶瓷，通常称为碳化硅。碳化硅天然存在于一种极其稀有的矿物莫桑石中。纯碳化硅呈无色透明晶体。当添加氮或铝等杂质时，碳化硅晶体会根据杂质水平呈现绿色或蓝色。碳化硅主要用于其硬度和强度，尽管其陶瓷和半导体特性的结合使碳化硅在制造快速、高压和高温设备方面表现出色。
碳化硅的特性
1.坚固的晶体结构
碳化硅由轻元素硅（Si）和碳（C）组成。它的基本构建块是由四个碳原子组成的晶体，形成一个四面体，在中心与单个硅原子共价键合。碳化硅还表现出多晶现象，因为它存在于不同的相和晶体结构中。
2.高硬度
碳化硅的莫氏硬度等级为 9，使其成为仅次于碳化硼 (9.5) 和金刚石 (10) 的最硬材料。正是这种明显的特性使碳化硅成为机械密封、轴承和切削工具的绝佳材料选择。
3.耐高温
碳化硅的耐高温和抗热震性是使碳化硅可用于制造耐火砖和其他耐火材料的特性。碳化硅的分解开始于 2000°C。
4.电导率
如果碳化硅被纯化，它的行为表现出电绝缘体的行为。然而，通过控制杂质，碳化硅可以表现出半导体的电学特性。例如，通过掺杂引入不同量的铝将产生 p 型半导体。通常，工业级碳化硅的纯度约为 98% 至 99.5%。常见的杂质是铝、铁、氧和游离碳。
5.化学稳定性
碳化硅是一种稳定且化学惰性的物质，即使在酸（盐酸、硫酸或氢氟酸）或碱（浓氢氧化钠）中暴露或煮沸时，也具有很高的耐腐蚀性。发现它在氯气中反应，但只能在 900°C 及以上的温度下反应。当温度达到约 850°C 时，碳化硅会在空气中开始氧化反应，形成 SiO2。
碳化硅的生产
碳化硅可以在矿物莫桑石中找到，但在自然界中很少发现。因此，碳化硅是通过称为 Acheson 方法的合成技术合成生产的，该技术以其发明者 Edward G. Acheson 的名字命名。纯二氧化硅 (SiO 2 ) 或石英砂和精细研磨的石油焦 (碳) 混合并在电阻炉中加热至约 1700 至 2500°C 的高温。以下是导致ɑ-SiC形成的主要化学反应：
碳化硅在核心周围形成圆柱形锭，在外部形成 ɑ-SiC、β-SiC 和未反应材料层。ɑ-SiC是具有粗晶结构的最高等级，β-SiC是冶金等级。根据原材料质量，碳化硅可以生产为绿色或黑色。然后对碳化硅锭进行分类和处理，以用于其预期的特定应用。它们可以被压碎、研磨或化学处理以达到使用所需的特性。
碳化硅的应用
凭借碳化硅所具有的优异性能组合，人们发现它是高温和耐磨应用的一种有前途的材料选择。
1.磨料
碳化硅粉末用于磨料加工工艺，例如研磨、喷砂和水射流切割。碳化硅可以层压在纸、布或木头上以产生摩擦力。也可用于其他材料的成型、珩磨和抛光。
2.高温气体传感器
碳化硅硅在化工生产、涡轮机或发动机测试行业中用作传感装置，用于检测恶劣、高温和腐蚀性环境中的易燃和可燃气体。
3.电子产品
碳化硅由于其高耐压性而在许多电路元件中用作半导体。碳化硅的耐压比普通硅高十倍，在超过1000V的系统中性能甚至优于氮化镓。因此，碳化硅在电动汽车、太阳能逆变器和传感器系统的开发中被证明是有价值的。
