碳化硅的性能及用途
碳化硅不僅是優(yōu)良的耐火材料，也是工業(yè)中常用的研磨材料、防腐材料和導熱材料。工業(yè)產(chǎn)品中使用的碳化硅都是在2200-2500°高溫下人工合成的碳化硅，在自然界種幾乎不存在。人工合成碳化硅的主要原材料是石英砂（硅石）、石油焦，輔料是木屑、食鹽等。其中，石英砂的主要成分是SiO2，為碳化硅提供硅元素，石油焦主要成分是是C，為碳化硅提供碳元素。輔料不參與冶煉反應過程，木屑的作用是增加爐料的透氣性，食鹽只添加到綠碳化硅的冶煉中，使碳化硅呈現(xiàn)綠色的顏色。
碳化硅從顏色上看，分為黑色碳化硅和綠色碳化硅，純度和硬度有所不同。一級黑碳化硅的純度比綠碳化硅略低，SiC含量不低于98%，綠碳化硅SiC含量不低于99%。他們都是α相的碳化硅晶體。無論是綠碳化硅，還是黑碳化硅，他們都具有以下共同的特點：
1. 高溫化學穩(wěn)定性：碳化硅具有極高的熔點和良好的耐高溫性能，能夠在高溫環(huán)境下保持穩(wěn)定的物理和化學性質(zhì)。碳化硅在1400°溫度下不會發(fā)生氧化，而是在晶體表面生成一層二氧化硅薄膜抗氧化層。該層薄膜也使得碳化硅外觀呈現(xiàn)五彩斑斕的彩虹光澤。
2. 良好的耐高溫性能：碳化硅的熔點非常高，可承受1800-1900°的高溫，2300°下游離。碳化硅在高溫下強度和耐沖擊性也很好，是鋼鐵生成中常用的耐火材料。
3. 高硬度：碳化硅具有極高的硬度，僅僅低于金剛石。這使得碳化硅在磨擦、切割和研磨等領域具有優(yōu)異的耐磨和研磨性能。在莫氏硬度中，金剛石的硬度為莫氏10.0，綠碳化硅硬度為莫氏9.4-9.5（維氏硬度33-34Gpa），黑碳化硅硬度為莫氏9.2-9.3（維氏硬度28-32Gpa）。
4. 優(yōu)異的耐腐蝕性：碳化硅對大多數(shù)酸和堿具有良好的抗腐蝕性能。它不與強酸和強堿發(fā)生反應，能夠在復雜的溫度和化學環(huán)境下長時間穩(wěn)定使用。
5. 優(yōu)良的熱導性：碳化硅具有較高的熱導率，常溫下碳化硅的導熱系數(shù)為60-200 W/M·K,可以有效傳遞熱量，因此常被用作導熱材料或?qū)嵬繉?，如散熱片和熱沉等?br />
6.較低的熱膨脹系數(shù)：碳化硅的熱膨脹系數(shù)為3.9-4.5 x10-6/ ℃，用以制成耐火制品和
碳化硅陶瓷，不易發(fā)生蠕變和變形。
7. 優(yōu)異的絕緣性能：碳化硅具有較高的絕緣性能，可以在高溫和高電場條件下保持穩(wěn)定的絕緣性能，因此常被用作電子元件和絕緣材料，也是生成碳化硅陶瓷的主要原材料。
8. 較低的體積密度：碳化硅的比重為3.2g/cm3，低于大多數(shù)金屬和剛玉。
9. 脆性和韌性：碳化硅雖然硬度很高，但是脆性強，韌性稍差。黑碳化硅的韌性比綠碳化硅的韌性高一些。
碳化硅的用途非常廣泛，主要包括以下幾個方面：
1. 磨料和磨具：碳化硅具有優(yōu)異的耐磨性能，廣泛用于制備磨具產(chǎn)品。黑碳化硅適用于生產(chǎn)研磨輪、水砂紙、碳化硅磨料刷、鋼紙砂盤、纖維磨輪等，用于研磨金屬、合金、木材和普通玻璃等。綠碳化硅適用于生產(chǎn)樹脂砂輪、金剛石砂輪、水磨片、珩磨油石、PVA砂輪、菱苦土磨塊等磨具產(chǎn)品。
3. 研磨行業(yè)：碳化硅作為磨料，可廣泛用于大理石、花崗巖、鈦合金、銅合金的噴砂鈍化，典型的用途是對碳化鎢硬質(zhì)合金進行開刃鈍化處理。碳化硅微粉用于雙面研磨機，對合金、陶瓷制品進行加水研磨，達到理想的表面粗糙度。另外，碳化硅作為滾動研磨機的研磨介質(zhì)，可以與研磨石或核桃砂共同作用，對不銹鋼、合金、玉石工件進行去毛刺和拋光研磨。
3. 陶瓷制品：碳化硅可用于制備各種陶瓷產(chǎn)品，如陶瓷密封件、陶瓷軸承、陶瓷管道、碳化硅噴嘴等，也可以用來生產(chǎn)泡沫陶瓷、冶金碳化硅陶瓷過濾膜、柴油顆粒捕集器陶瓷膜，還常用于生產(chǎn)防!彈陶瓷板、碳化硅-碳化硼復合陶瓷等工業(yè)陶瓷。
4. 耐火材料：碳化硅可用以制成耐火磚、碳化硅坩堝、碳化硅爐料等產(chǎn)品，在鋼鐵行業(yè)生產(chǎn)中起重要的作用。
5. 涂料行業(yè)：碳化硅具有很高的耐磨、耐腐蝕性能，添加于特氟龍不沾(鐵氟龍）涂料、UV涂料、氟碳涂料中，可以大大提高涂料的耐氧化、耐腐蝕能力，廣泛用于室外建筑涂料、電廠涂料、船艦涂料中。
6. 電子器件：碳化硅具有良好的熱傳導性能和高溫穩(wěn)定性，常被用于制備電子散熱器、電子封裝材料、功率半導體器件等。
除以上應用之外，碳化硅還廣泛應用于化學工業(yè)、航空航天、汽車制造等領域，發(fā)揮著重要的作用。
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