碳化硅陶瓷為高溫下強度最高的陶瓷材料,是以碳化硅為主要成分的陶瓷材料。碳化硅是典型的共價鍵化合物,單位晶胞由相同的硅碳四面體構成,硅原子處于中心,周圍是碳。主要有兩種晶型:
α型,高溫型,六方結構;
β型,低溫型,立方結構。
天然的碳化硅幾乎不存在,常常需要人工合成。碳化硅粉料的合成方法主要有:
①碳熱還原法,SiO2+3C→SiC+2CO↑;
②高頻等離子體或激光進行硅烷的熱分解法;
③使用金屬有機化合物的溶膠-凝膠法等。
碳化硅陶瓷的制備方法主要有常壓燒結、熱壓燒結、反應燒結、高溫等靜壓燒結。用化學氣相沉積(CVD)法可制備碳化硅陶瓷薄膜。提高碳化硅陶瓷的燒結致密度,可加入一定量的B、C、B4C、Al2O3、AlN、BeO和Al等作為燒結助劑。碳化硅是共價鍵很強的化合物,在常壓下很難使其完全致密化,只能得到接近理論密度95%的碳化硅陶瓷。熱壓燒結和高溫等靜壓燒結可制備高致密碳化硅陶瓷,燒結溫度在1950~2100℃,制品性能好,難以制造形狀復雜的制品,且成本高。反應燒結由α-SiC和石墨粉末按一定比例混合壓成坯體,加熱使之與熔融的液態Si或氣相Si反應,生成β-SiC。燒結溫度較低(1400~1600℃),可制造形狀復雜的制品,缺點是坯體中殘留8%~20%的游離硅,限制其高溫力學性能及在強酸強堿中的應用。SiC陶瓷不僅具有室溫強度高、耐腐蝕、耐磨和低摩擦系數,而且具有較高的高溫強度和抗蠕變性能,使用溫度可達1600℃,是目前已知的陶瓷材料中高溫抗氧化、強度最好的材料。缺點是脆性大,斷裂韌性較低。采用纖維、晶須和顆粒可增韌補強SiC陶瓷,明顯提高SiC陶瓷的韌性和強度。可廣泛用于石油、化工、汽車、航空航天、電子、原子能等領域,用作耐高溫、耐磨損、耐腐蝕、密封、電子封裝等材料。