自从美国人阿奇逊在1891年偶然发现SiC材料以来,SiC已成为人们广为利用的非氧化物陶瓷材料。因其具有很大的硬度、耐热性、耐氧化性、耐腐蚀性, 它已被确认为一种磨料、耐火材料、电热元件、黑色有色金属冶炼等用的原料。现在又被应用在机械工程中的结构件和化学工程中的
密封件等。并已被世人证明这种材料用在包括腐蚀、磨蚀和高温以及航天等极端条件下是非常成功的。
SiC是以共介健为主的共价化合物,由于碳与硅两元素在形成SiC晶体时,SiC原子中S→P电子的迁移导致能量稳定的SP3杂化排列,从而 形成具有金刚石结构的SiC。因此它的基本单元是四面体。所有SiC均由SiC四面体堆积而成,所不同的只是平行结合或反平行结合。
SiC有75种变体,如 α-SiC、β-SiC、3C-SiC、4H-SiC、15R-SiC等,所有这些结构可分为立方晶系、六方晶系和菱形晶系。其中α-SiC、β-SiC 最为常见。 α-SiC是高温稳定型,β-SiC是低温稳定型。β-SiC在2100~2400℃可转变为 α-SiC,β-SiC可在1450℃左右温度下由简单的
硅和碳混合物制得。利用透射电子显微镜和X-射线衍射技术可对SiC显微体进行多型体分析和定量测定
Sic化学稳定性高,热胀系数低,导热系数高,电阻温度特性与金属相反,硬度高,莫氏硬度达9.2以上。
Sic抗磨,耐高温,特别耐热震,耐腐蚀,耐辐射。
当前国内外主要应用领域
1. 航天飞机机身复盖已用β-SiC晶须复合材料制做,其制造安装费用达10.8$/cm2,每片瓦厚50.8mm,1.21kg/片,7万元/机。
2. 宇宙飞船返回舱大底耐高温,抗强热震,用β-SiC晶须复合材料制作。
3. 航空航天飞行器和火箭等发动机,燃烧室等热阻高强材料和耐高温涂层材料,导弹鼻锥,整流罩等,高温领域的陶瓷发动机的燃气轮机的转子,定子和蜗形管,无水 陶瓷发动机中的活塞顶盖,还有燃烧器,火花塞,气缸套, 副燃烧室及活塞--涡轮组合式航空发动机及喷管等零件。
4. 航空航天工业领域的结构涂层,功能涂层、防护涂层、吸波材料、隐身材料等。
5. 坦克及装甲车的防护装甲等。
6. 可作陶瓷刀具,刃具、量具、模具等。
7. 可作特殊用途的结构陶瓷,工程陶瓷等。
8. 高压射流喷咀,柱塞泵等。
9. 功能陶瓷、防弹陶瓷、压电陶瓷等。
10. 陶瓷密封件。热电偶的器件等。
11. 陶瓷轴承类。
12. 耐热陶瓷。
13. 陶瓷基层。
14. 高频陶瓷。
15. 纺织陶瓷。
16. 点火器。
17. 耐磨陶瓷。
18. 可用特殊用途的抛光磨料。
19. 电气工业用做电热元件,远红外线发生器等。
20. 高档次的耐火材料。
21. 纳米级sic对红外线有一个宽频带强吸收谱,红外吸收频带存在平移,可用作特殊功能的纳米光材料。