碳化硅陶瓷結(jié)構(gòu)件

物理特性

• 極高的耐高溫性：
  熔點(diǎn)約為 2700℃（常壓下不熔化，升華分解），在惰性氣氛中可穩(wěn)定工作到 2500℃以上，空氣氛圍中因表面形成 SiO?保護(hù)膜，長(zhǎng)期使用溫度可達(dá) 1600℃，遠(yuǎn)超氧化鋁（1600℃以下）等傳統(tǒng)陶瓷，是高溫結(jié)構(gòu)材料的核心選擇（如火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴嘴、高溫爐內(nèi)襯）。

• 導(dǎo)熱性?xún)?yōu)異：
  熱導(dǎo)率隨純度和結(jié)構(gòu)不同差異較大，單相燒結(jié)碳化硅熱導(dǎo)率約為 80-200 W/(m?K)，部分復(fù)相或反應(yīng)燒結(jié)碳化硅可達(dá) 100-300 W/(m?K)，接近金屬鋁（237 W/(m?K)），遠(yuǎn)超氧化鋁陶瓷，適合需要高效散熱的場(chǎng)景（如電子器件散熱基板）。

• 低熱膨脹系數(shù)：
  熱膨脹系數(shù)約為 (4.0-5.0)×10??/℃（室溫 - 1000℃），僅為氧化鋁的 1/2 左右，且隨溫度變化穩(wěn)定，抗熱震性極強(qiáng)（可承受 1000℃以上的驟冷驟熱），適合高溫交變環(huán)境。

• 密度較低：
  密度約為 3.1-3.2 g/cm3，比氧化鋁（3.5-3.9 g/cm3）更輕，在航空航天等對(duì)重量敏感的領(lǐng)域優(yōu)勢(shì)明顯。

化學(xué)特性

• 極強(qiáng)的耐腐蝕性：
  對(duì)除氫氟酸和濃堿外的幾乎所有酸、堿、鹽及有機(jī)溶劑均表現(xiàn)出優(yōu)異的耐侵蝕性，尤其在高溫腐蝕環(huán)境中（如含硫、含氯氣氛）穩(wěn)定性突出，可用于化工反應(yīng)釜內(nèi)襯、脫硫設(shè)備等。

• 優(yōu)異的抗氧化性：
  高溫下表面會(huì)形成致密的 SiO?氧化膜，有效阻止內(nèi)部 SiC 進(jìn)一步氧化，在 1200℃以下氧化速率極低，1600℃時(shí)仍能保持較好的抗氧化能力（優(yōu)于碳化鎢、氮化硅等材料）。

• 抗熔融金屬侵蝕：
  能抵抗鋁、銅、鐵等多數(shù)熔融金屬的侵蝕，可作為金屬熔煉的坩堝、導(dǎo)流槽等部件。

電學(xué)特性

• 多類(lèi)型電學(xué)性能：

  • 純碳化硅陶瓷為半導(dǎo)體，室溫電阻率約 10?-10? Ω?cm，隨溫度升高導(dǎo)電性增強(qiáng)；

  • 摻雜后可制成高導(dǎo)電陶瓷（如摻雜 Al、B 實(shí)現(xiàn) p 型導(dǎo)電，摻雜 N 實(shí)現(xiàn) n 型導(dǎo)電），或通過(guò)燒結(jié)工藝調(diào)控為絕緣體（如反應(yīng)燒結(jié) SiC 絕緣性可調(diào)）。

  
  

• 高頻電性能穩(wěn)定：
  介電常數(shù)約 9.7-10.3（1MHz），介電損耗低（<0.001），在高頻、高溫下電性能變化小，適合高頻電子器件和高溫傳感器。

機(jī)械特性

• 超高硬度與耐磨性：
  莫氏硬度 9.5（僅次于金剛石和立方氮化硼），維氏硬度達(dá) 2800-3500 HV，耐磨性是氧化鋁陶瓷的 3-5 倍，是目前最耐磨的陶瓷材料之一，廣泛用于磨具、密封環(huán)、軸承等。

• 高強(qiáng)度與剛性：
  抗彎強(qiáng)度約為 400-600 MPa（反應(yīng)燒結(jié)）或 600-900 MPa（熱壓燒結(jié)），彈性模量高達(dá) 400-450 GPa，遠(yuǎn)超金屬和多數(shù)陶瓷，在高負(fù)荷下不易變形。

• 脆性較低（相對(duì)陶瓷）：
  雖然仍屬于脆性材料，但通過(guò)顆粒增韌、纖維復(fù)合等工藝，其斷裂韌性（3-6 MPa?m1/2）高于氧化鋁陶瓷，抗沖擊性能更優(yōu)。

其他特性

• 良好的輻照穩(wěn)定性：
  對(duì)中子、γ 射線等輻射的抵抗能力強(qiáng)，在核工業(yè)領(lǐng)域（如核反應(yīng)堆包殼材料）有重要應(yīng)用潛力。

• 工藝適應(yīng)性：
  可通過(guò)反應(yīng)燒結(jié)、熱壓燒結(jié)、常壓燒結(jié)等多種工藝制備，能制成復(fù)雜形狀零件，且可與金屬、復(fù)合材料等連接，拓展了應(yīng)用場(chǎng)景。

總結(jié)