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2021-06-01

碳化硅及其應用

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一、碳化硅簡介

碳(tan)化硅(SiC)是用石英砂、石(shi)油焦(或煤焦)、木屑(生產綠色碳化硅時需要加食鹽)等原料通過電阻爐高(gao)溫冶煉而成。碳化(hua)硅在(zai)大自(zi)然也(ye)存在(zai)罕見的(de)礦物,莫桑(sang)石(shi)。 碳(tan)化硅又稱碳(tan)硅石。在當(dang)代(dai)C、N、B等非氧化物高技術耐火(huo)原料中,碳(tan)化硅為應用*廣(guang)泛、*經(jing)濟的一種,可以稱為金鋼砂或(huo)耐火(huo)砂。

目前中國工(gong)業生產的碳化(hua)(hua)硅分為(wei)黑色(se)碳化(hua)(hua)硅和(he)綠色(se)碳化(hua)(hua)硅兩種,均為(wei)六(liu)方晶體(ti),比重為3.20~3.25,碳化硅化學性能穩定、導熱系數高、熱膨脹系數小、耐磨性能好,硬度很大,莫氏硬度為9.5級,僅次于世界上天然形成*硬的金剛石(10級),具有優良的導熱性能,是一種半導(dao)體(ti),高溫時(shi)能(neng)抗氧(yang)化(hua)。

碳化(hua)(hua)硅由于化(hua)(hua)學(xue)性(xing)能穩(wen)定、導(dao)熱系數高、熱膨脹系數小、耐磨性(xing)能好,硬度很大,莫氏硬度為9.5級,僅次于世界上天然形成*硬的金剛石(10級),具有優良的導熱性能,是一種半導體,高溫時能抗氧化。

①黑碳化硅含SiC約95%,其韌性高于綠碳化硅,大多用于加工抗張強度低的材料,如玻璃、陶瓷、石材、耐火材料、鑄鐵和有色金屬等

②綠碳化硅含SiC約97%以上,自銳性好,大多用于加工硬質合金、鈦合金和光學玻璃,也用于珩磨汽缸套和精磨高速鋼刀具

二(er)、產(chan)品應用

1.特種陶瓷

由于碳化硅化學性能穩定、導熱系數高、熱膨脹系數小、耐磨性能好,硬度很大,應用于相應的特種功能陶瓷和結構陶瓷,如:密封環、軸套、防彈裝甲、噴嘴及耐磨件

2.冶金及耐高(gao)溫材料

利(li)用碳化(hua)(hua)(hua)硅具(ju)(ju)有耐腐(fu)蝕、耐高(gao)溫(wen)、強度(du)大、導熱(re)性能良(liang)好(hao)、抗沖擊等(deng)特性,碳化(hua)(hua)(hua)硅一方面可用于各種(zhong)冶煉(lian)爐(lu)襯(chen)、高(gao)溫(wen)爐(lu)窯構件(jian)、碳化(hua)(hua)(hua)硅板(ban)、襯(chen)板(ban)、支撐件(jian)、匣缽、坩堝等(deng),還(huan)可以制(zhi)(zhi)做(zuo)火箭噴管、燃氣(qi)輪機葉(xie)片(pian)等(deng),利(li)用其導熱(re)系(xi)數、熱(re)輻(fu)射、高(gao)熱(re)強度(du)大的特性,制(zhi)(zhi)造(zao)薄板(ban)窯具(ju)(ju),不僅能減(jian)少窯具(ju)(ju)容量,還(huan)提高(gao)了(le)窯爐(lu)的裝(zhuang)容量和產品質量,縮短了(le)生產周(zhou)期,利(li)用良(liang)好(hao)的導熱(re)和熱(re)穩(wen)定(ding)性,作熱(re)交換器,燃耗(hao)減(jian)少20%,節約燃料35%,使生產率提高20-30%,特別是礦山選廠用排放輸送管道的內放,其耐磨程度是普通耐磨材料的6-7倍

3.磨料應用

因碳化硅導(dao)熱系數高、熱膨脹系數小、耐磨性(xing)能好,硬度很大,莫氏硬度為9.5級,僅次于世界上天然形成*硬的金剛石(10級),具有優良的導熱性能。常被用作磨料用來制作磨具,如砂輪、油石、磨頭、砂瓦類等

4.電(dian)(dian)子電(dian)(dian)力應用

社會經(jing)(jing)濟和(he)電(dian)力(li)(li)系(xi)統的(de)(de)(de)迅速發展,人(ren)們對現代(dai)電(dian)力(li)(li)系(xi)統安(an)全、穩定、高(gao)(gao)效、靈活運行控制(zhi)(zhi)要(yao)求的(de)(de)(de)日益提高(gao)(gao),電(dian)力(li)(li)系(xi)統要(yao)求電(dian)力(li)(li)電(dian)子裝置具(ju)有更(geng)高(gao)(gao)的(de)(de)(de)電(dian)壓,更(geng)大的(de)(de)(de)功率容(rong)量(liang)和(he)更(geng)高(gao)(gao)的(de)(de)(de)可靠性(xing)。由于(yu)硅(gui)基大功率器件本身材料性(xing)能(neng)的(de)(de)(de)限制(zhi)(zhi),已經(jing)(jing)不(bu)能(neng)滿足現在(zai)電(dian)子電(dian)力(li)(li)的(de)(de)(de)要(yao)求,制(zhi)(zhi)約了現代(dai)電(dian)力(li)(li)電(dian)子技術在(zai)現代(dai)電(dian)力(li)(li)系(xi)統中(zhong)的(de)(de)(de)應用。碳化硅(gui)作為一種新型的(de)(de)(de)寬禁(jin)帶(dai)半導體材料3.26 eV,遠大于硅的1.1 eV,近年來,因其出色的物理及電特性,正越來越受到產界的廣泛關注。

1.SiC和Si材料性能(neng)對比

2.SiC的性能優勢

高壓特性:

碳化硅器(qi)件是同等硅器(qi)件耐壓的(de)10倍

碳化(hua)硅肖特基管耐壓可達(da)2400V

碳化硅場(chang)效應管(guan)耐壓可達數萬伏,且通態電(dian)阻并不很大

高(gao)頻特性:

導熱率高(gao),易于散熱,耐高(gao)溫

散熱容(rong)易。由于(yu)SiC 材料的熱導率較高(3倍于Si),散熱更容易,器件可工作在更高的環境(大于500℃)

3.SiC電子的應用領域(yu)

現(xian)在SiC主要二極管和開關管,其高性能應用于電子電力領域,*近在汽車電動領域也得到廣泛的應用

實例對比(bi)圖


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