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  • 2020-06-01

    碳化硅及其應用

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    一、碳化硅簡介

    碳化硅(SiC)是用石英砂、石油焦(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溫冶煉而成。碳化硅在大自然也存在罕見的礦物,莫桑石。 碳化硅又稱碳硅石。在當代C、N、B等非氧化物高技術耐火原料中,碳化硅為應用*廣泛、*經濟的一種,可以稱為金鋼砂或耐火砂。

    目前中國工業生產的碳化硅分為黑色碳化硅和綠色碳化硅兩種,均為六方晶體,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,是一種半導體,高溫時能抗氧化。

    碳化硅由于化學性能穩定、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、產品應用

    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.冶金及耐高溫材料

    利用碳化硅具有耐腐蝕、耐高溫、強度大、導熱性能良好、抗沖擊等特性,碳化硅一方面可用于各種冶煉爐襯、高溫爐窯構件、碳化硅板、襯板、支撐件、匣缽、坩堝等,還可以制做火箭噴管、燃氣輪機葉片等,利用其導熱系數、熱輻射、高熱強度大的特性,制造薄板窯具,不僅能減少窯具容量,還提高了窯爐的裝容量和產品質量,縮短了生產周期,利用良好的導熱和熱穩定性,作熱交換器,燃耗減少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。常被用作磨料用來制作磨具,如砂輪、油石、磨頭、砂瓦類等

    4.電子電力應用

    社會經濟和電力系統的迅速發展,人們對現代電力系統安全、穩定、高效、靈活運行控制要求的日益提高,電力系統要求電力電子裝置具有更高的電壓,更大的功率容量和更高的可靠性。由于硅基大功率器件本身材料性能的限制,已經不能滿足現在電子電力的要求,制約了現代電力電子技術在現代電力系統中的應用。碳化硅作為一種新型的寬禁帶半導體材料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材料性能對比

    2.SiC的性能優勢

    高壓特性:

    碳化硅器件是同等硅器件耐壓的10倍

    碳化硅肖特基管耐壓可達2400V

    碳化硅場效應管耐壓可達數萬伏,且通態電阻并不很大

    高頻特性:

    導熱率高,易于散熱,耐高溫

    散熱容易。由于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

    現在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

    實例對比圖


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