碳化硅陶瓷具有化學性能穩定、耐高溫、耐磨損、耐腐蝕、導熱系數高、熱膨脹系數小、硬度高等優點，是諸多行業應用的理想材料。
一、碳化硅陶瓷的性能特點
碳化硅陶瓷作為一種高性能結構陶瓷材料，由于其晶體結構和Si-C鍵的高度共價特性（~88%），碳化硅陶瓷具有金屬等結構材料無法比擬的優異綜合性能：
2、低熱膨脹系數、高熱傳導率，具有優良抗熱沖擊性；
6、電性能可通過摻雜來實現其絕緣、半導體到導體的轉變；
二、碳化硅陶瓷的制備方法
由于碳化硅為強共價鍵化合物，且具有低的擴散系數，導致其在制備過程中的主要問題之一是燒結致密化困難。高致密碳化硅陶瓷制備方法包括反應燒結法、無壓燒結（常壓燒結）法、熱壓燒結法、熱等靜壓燒結法等。
制備過程：采用高純硅直接加熱或通過二氧化硅還原或（聚）硅烷等高溫熱解獲得液態硅或產生硅蒸氣，通過毛細管作用液態硅或硅蒸氣滲入碳化硅粉末和碳的多孔坯體中，在1450~1750℃溫度下，硅與碳反應生成碳化硅，并與坯體中原有的碳化硅顆粒結合在一起形成高致密的碳化硅制品。
工藝特點：反應燒結法制備碳化硅陶瓷溫度低，工藝過程和設備要求相對簡單，成本較低。在燒結過程中體積收縮一般在3%以內，可以對制品尺寸進行比較精準的控制，實現近凈尺寸燒結，適用于制備形狀相對復雜的制品。
碳化硅陶瓷無壓燒結有固相燒結和液相燒結致密化兩種途徑。
采用亞微米級碳化硅粉體為原料，以碳化硼和碳為燒結助劑，在2000~2200℃、真空或氬氣氣氛下燒結，可以獲得相對密度達到95%以上的碳化硅制品。
以氧化鋁及氧化釔等體系作為液相燒結助劑，在1900~2100℃溫度下燒結，相對密度可達到97%以上。
需要外加壓力使碳化硅實現致密化，對制品的形狀沒有限制，可以與各種成型方法相配合，是最為經濟實用的碳化硅陶瓷制備方法。
與無壓燒結工藝相類似，熱壓燒結碳化硅也需要燒結助劑，包括碳化硼、氧化鋁、鋁、氮化鋁、氮化硼、氧化硼等。常用的熱壓燒結壓力一般在20~40兆帕，燒結溫度為1900~2100℃。
熱壓燒結碳化硅陶瓷具有高強高致密的特點，但設備成本較高，單次制備產率低。因此制品價格較高，主要應用于對部件力學性能和可靠性要求很高的苛刻工作環境。
有包封條件下碳化硅素坯的等靜壓燒結直接致密化和無包封條件下預燒結樣品的等靜壓燒結進一步致密化兩種。前者是用高熔點玻璃將成型的碳化硅素坯包封好后再進行燒結，后者是將經過于少杰、相對密度在90%以上、開口氣孔率較低的樣品再進行熱等靜壓燒結致密化處理。
三、碳化硅陶瓷的應用領域
碳化硅陶瓷材料具有良好的耐磨性、導熱性、抗氧化性以及優異的高溫力學性能，被廣泛應用于能源環保、化工機械、半導體、國防軍工等領域。
碳化硅陶瓷可用做高溫窯具材料，如碳化硅橫梁、碳化硅冷風管、碳化硅棍棒等。由于碳化硅陶瓷突出的高溫強度、優良的抗高溫蠕變能力以及抗熱震性，使其成為火箭、飛機、汽車發動機和燃氣輪機中熱機部件的主要材料之一，主要作為靜態熱機部件使用。
碳化硅陶瓷具有優異的高溫性能和高導熱系數，因此在鋼鐵、冶金等行業的工業窯爐的熱交換系統也多使用碳化硅陶瓷，如碳化硅噴火嘴、碳化硅換熱器、碳化硅輻射管、碳化硅熱電偶保護套等。
碳化硅陶瓷材料具有優異的化學、物理穩定性，是生產脫硫噴嘴的合適材料。此外，化學工業中的磁力泵、屏蔽泵中的各類部件也多使用碳化硅陶瓷材料。
圖? 磁力泵、屏蔽泵
碳化硅的高硬度和較低摩擦系數賦予其優異的耐磨性能，特別適合各種滑動摩擦磨損工況，可加工成各種形狀、尺寸精度和表面光潔度高的密封環，作為機械密封在許多苛刻環境下使用，具有氣密性好、壽命長等特點。
圖? 碳化硅密封環
碳化硅被認為是最具發展潛力的高性能防彈裝甲材料之一，可用于用于防彈衣、防彈裝甲制作，硬度僅次于金剛石和碳化硼，莫氏硬度達到9.2~9.6，具有高硬度、高彈性模量。
碳化硅材料質量較輕、比剛度大、熱膨脹系數小，滿足空間反射鏡對材料的物理性能、光學性能和工藝性能的要求。
圖 ?碳化硅反射鏡在遙感衛星中的應用，來源：寧波伏爾肯招股書
在半導體領域，碳化硅可以用于制作半導體設備用研磨盤、吸盤、晶舟、夾具等零部件，具備高精密、高純度、強耐化學和離子腐蝕能力的特點。
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原文始發于微信公眾號（艾邦陶瓷展）：一文了解碳化硅陶瓷的特點及應用
