碳化硅陶瓷
碳化硅(SiC)陶瓷,具有抗氧化性強(qiáng),耐磨性能好,硬度高,熱穩(wěn)定性好,高溫強(qiáng)度大,熱膨脹系數(shù)小,熱導(dǎo)率大以及抗熱震和耐化學(xué)腐蝕等優(yōu)良特性。因此,已經(jīng)在石油、化工、機(jī)械、航天、核能等領(lǐng)域大顯身手,日益受到人們的重視。例如,碳化硅陶瓷可用作各類軸承、滾珠、噴嘴、密封件、切削工具、燃汽渦輪機(jī)葉片、渦輪增壓器轉(zhuǎn)子、反射屏和火箭燃燒室內(nèi)襯等等。碳化硅陶瓷的優(yōu)異性能與其獨(dú)特結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。碳化硅是共價鍵很強(qiáng)的化合物,碳化硅中Si-C鍵的離子性僅12%左右。因此,碳化硅強(qiáng)度高、彈性模量大,具有優(yōu)良的耐磨損性能。純SiC不會被HCl、HNO3、H2SO4和HF等酸溶液以及NaOH等堿溶液侵蝕。在空氣中加熱時易發(fā)生氧化,但氧化時表面形成的SiO2會抑制氧的進(jìn)一步擴(kuò)散,故氧化速率并不高。在電性能方面,碳化硅具有半導(dǎo)體性,少量雜質(zhì)的引入會表現(xiàn)出良好的導(dǎo)電性。此外,SiC還有優(yōu)良的導(dǎo)熱性。碳化硅具有α和β兩種晶型。β-SiC的晶體結(jié)構(gòu)為立方晶系,Si和C分別組成面心立方晶格;α-SiC存在著4H、15R和6H等100余種多型體,其中,6H多型體為工業(yè)應(yīng)用上更為普遍的一種。在SiC的多種型體之間存在著一定的熱穩(wěn)定性關(guān)系。在溫度低于1600℃時,SiC以β-SiC形式存在。當(dāng)高于1600℃時,β-SiC緩慢轉(zhuǎn)變成α-SiC的各種多型體。4H-SiC在2000℃左右容易生成;15R和6H多型體均需在2100℃以上的高溫才易生成;對于6H-SiC,即使溫度超過2200℃,也是非常穩(wěn)定的。SiC中各種多型體之間的自由能相差很小,因此,微量雜質(zhì)的固溶也會引起多型體之間的熱穩(wěn)定關(guān)系變化。
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