碳化硅的用途及性质

碳化硅用途广泛，主要用于功能陶瓷、高级耐火材料、磨料及冶金原料等方面，也可用于3—12英寸单晶硅、多晶硅、砷化钾、石英晶体等线切割。太阳能光伏产业、半导体产业、压电晶体产业工程性加工材料。

未来碳化硅主要用于半导体、避雷针、电路元件、高温应用、紫外光侦检器、结构材料、天文、碟刹、离合器、柴油微粒滤清器、细丝高温计、陶瓷薄膜、裁切工具、加热元件、核燃料、珠宝、钢、护具、触媒担体等领域

锻造能消除金属铸锭中的一些铸造缺陷，使其内部晶粒细化，组织致密，力学性能显著提高。所以重要的机器零件和工具部件，如车床主轴、高速齿轮、曲轴、连杆、锻模、和刀杆等大都采用锻造制坯。

3.1 锻 造

锻造的工艺方法主要有自由锻、模锻和胎膜锻。生产时，按锻件质量的大小，生产批量的多少选择不同的锻造方法。

3.1.1自由锻

锻造时，金属坯料受上下抵铁的压缩变形，而向四周为自由的塑性流动，故称为自由锻。由于工件的尺寸和形状要靠操作技术来保证，所以自由锻要求工人有较高的技术水平。

自由锻生产率低，加工余量大，但工具简单，通用性大，故被广泛用于锻造形状较简单的单件、小批生产的锻件。

3.1.1.1坯料的加热

金属材料在一定温度范围内，随温度的上升其塑性会提高，变形抗力会下降，用较小的变形力就能使坯料稳定地改变形状而不出现破裂，所以锻造时要对工件加热。

（1）始锻温度与终锻温度 允许加热达到的最高温度称为始锻温度，停止锻造的温度称为终锻温度。由于化学成分的不同，每种金属材料始锻和终锻温度都是不一样的。几种常用金属材料的锻造温度范围见表3-1所示。

表3-1常用金属材料的锻造温度范围

材料种类 始锻温度/℃ 终锻温度/℃

低碳钢 1200~1250 800

中碳钢 1150~1200 800

合金结构钢 1100~1180 850

锻件的温度可用仪表测定，在生产中也可根据被加热金属的火色来判别，如碳钢的加热温度与火色的关系如下：

温度(℃) 1300 1200 1100 900 800 700 小于600

火色 白色 亮黄 黄色 樱红 赤红 暗红 黑色

（2）加热缺陷 对锻件加热不当，则会产生以下缺陷。 1）过热 加热温度超过该材料的始锻温度，或在高温下保温过久，金属材料内部的晶粒会变得粗大，这种现象称为过热。过热使锻坯的塑性下降，可锻性变差。可通过重结晶退火的方法使晶粒重新细化。

2）过烧 加热温度远远高于始锻温度，接近该材料的熔点，晶粒边界发生严重氧化而使晶粒间失去结合力，这种现象称为过烧。过烧的坯料一经锻打即会碎裂，是不可修复的缺陷。

3)氧化和脱碳 加热时钢料与高温的氧、二氧化碳和水蒸气接触，使坯料表面产生氧化皮和脱碳层。每次加热的氧化烧损量约占坯料总重量的2~3%，下料计算时必须加上这个烧损量。

（3）加热炉 锻件加热可采用一般燃料如焦炭、重油等进行燃烧，利用火焰加热，也可采用电能加热。典型的电能加热设备是高效节能红外箱式炉，其结构如图3-1所示。它采用硅碳棒为发热元件，并在内壁涂有高温烧结的辐射涂料，加热时炉内形成高辐射均匀温度场，因此升温快，单位耗电低，达到节能目的。红外炉采用无级调压控制柜与其配套，具有快速启动，精密控温，送电功率和炉温可任意调节的特点。

自由锻设备有空气锤、蒸汽-空气锤和水压机等，分别适合小、中和大型锻件的生产。

（1）空气锤的结构和工作原理 空气锤的结构如图3-2 所示，由锤身、压缩缸、工作缸、传动机构、操纵机构、落下部分及砧座等组成。空气锤的公称规格是以落下部分的质量来表示的。落下部分包括了工作活塞、锤杆、锤头和上抵铁。例如65Kg空气锤，是指其落下部分质量为65Kg，而不是指它的打击力。

空气锤的工作原理亦如图3-2所示，电动机通过减速机构带动曲柄连杆机构转动，曲柄连杆机构把电动机的旋转运动转化为压缩活塞的上下往复运动，压缩活塞通过上下旋阀将压缩空气压入工作缸的下部或上部，推动落下部分的升降运动，实现锤头对锻件的打击。

（2）空气锤的操作 通过踏杆或手柄操纵配气机构（上、下旋阀），可实现空转、悬空、压紧、连续打击和单次打击等操作。

1）空转 转动手柄，上、下旋阀的位置使压缩缸的上下气道都与大气连通，压缩空气不进入工作缸，而是排入大气中，压缩活塞空转。

2）悬空 上悬阀的位置使工作缸和压缩缸的上气道都与大气连通，当压缩活塞向上运行时，压缩空气排入大气中，而活塞向下运行时，压缩空气经由下旋阀，冲开一个防止压缩空气倒流的逆止阀，进入工作缸下部，使锤头始终悬空。悬空的目的是便于检查尺寸，更换工具，清洁整理等。

3）压紧 上下旋阀的位置使压缩缸的上气道和工作缸的下气道都与大气连通，当压缩活塞向上运行时，压缩空气排入大气中，而当活塞向下运行时，压缩缸下部空气通过下旋阀并冲开逆止阀，转而进入上下旋阀连通道内，经由上旋阀进入工作缸上部，使锤头向下压紧锻件。与此同时，工作缸下部的空气经由下旋阀排入大气中。压紧工件可进行弯曲、扭转等操作。

4）连续打击 上下旋阀的位置使压缩缸和工作缸都与大气隔绝，逆止阀不起作用。当压缩活塞上下往复运动时，将压缩空气不断压入工作缸的上下部位，推动锤头上下运动，进行连续打击。

5）单次打击 由连续打击演化出单次打击。即在连续打击的气流下，手柄迅速返回悬空位置，打一次即停。单打不易掌握，初学者要谨慎对待，手柄稍不到位，单打就会变为连打，此时若翻转或移动锻件易出事故。

3.1.1.3自由锻的基本工序

自由锻造时，锻件的形状是通过一些基本变形工序将坯料逐步锻成的。自由锻造的基本工序有镦粗、拔长、冲孔、弯曲和切断等。

（1）镦粗 镦粗是对原坯料沿轴向锻打，使其高度减低、横截面增大的操作过程。这种工序常用于锻造齿轮坯和其他圆盘形类锻件。

镦粗分为全部镦粗和局部锻粗两种，如图3—3所示。

镦粗时应注意下列几点：

1）镦粗部分的长度与直径之比应小于2.5，否则容易镦弯，如图3—4所示。

2）坯料端面要平整且与轴线垂直，锻打用力要正，否则容易锻歪。

3）镦粗力要足够大，否则会形成细腰形或夹层，如图3—5所示。

（2）拔长 拔长是使坯料的长度增加，截面减小的锻造工序，通常用来生产轴类件毛坯，如车床主轴、连杆等。拔长时，每次的送进量L应为砧宽B的0．3~0．7倍，若L太大，则金属横向流动多，纵向流动少，拔长效率反而下降。若L太小，又易产生夹层，如图3-6所示。

拔长过程中应作90°翻转，较重锻件常采用锻打完一面再翻转90°锻打另一面的方法；较小锻件则采用来回翻转90°的锻打方法，如图3-7所示。

圆形截面坯料拔长时，先锻成方形截面，在拔长到边长直径接近锻件直径时，锻成八角形截面，最后倒棱滚打成圆形截面，如图3-8所示。这样拔长效率高，且能避免引起中心裂纹。

（3）冲孔 用冲子在坯料上冲出通孔或不通孔的锻造工序。实心冲子双面冲孔如图3-9所示，在镦粗平整的坯料表面上先预冲一凹坑，放稍许煤粉，再继续冲至约3/4深度时，借助于煤粉燃烧的膨胀气体取出冲子，翻转坯料，从反面将孔冲透。

（4）弯曲 使坯料弯曲成一定角度或形状的锻造工序，如图3-10所示。

（5）扭转 使坯料的一部分相对另一部分旋转一定角度的锻造工序，如图3-11所示。

（6）切割 分割坯料或切除料头的锻造工序。

3.1.1.4锻件的锻造过程示例

任何锻件往往是经若干个工序锻造而成的，在锻造前要根据锻件形状、尺寸大小及坯料形状等具体情况，合理选择基本工序和确定锻造工艺过程。表3-2所示为六角螺母的锻造工艺过程示例，其主要工序是镦粗和冲孔。

导语：碳化硅陶瓷是一种具有着非常不错的常温力学性能的材料，它在使用的过程中能够很好的适应外界的环境，而且具有着很不错的抗氧化的能力以及抗腐蚀的能力，所以它被广泛的运用在了很多的领域，而且受到了业内的一致好评，而且随着技术的不断改进，碳化硅陶瓷的质量和适应性也处于一种不断上升的状态，这也进一步的促进了碳化硅陶瓷的使用性能的进一步提高。

碳化硅陶瓷的用途的介绍

密封环：因为碳化硅这种材料制成的碳化硅陶瓷具有着很不错的强度、硬度以及抗摩擦的能力，而且在使用的过程中碳化硅陶瓷能够很好的抵制一些化学物质的影响，这也是其它物质做不到的，所以它被运用于制造密封环。在加工的时候它能够和石墨进行一定比例的配置，然后在输送强碱以及强酸的时候能够发挥很大的作用，这也是体现了它制造密封环的良好性能。

研磨介质：因为碳化硅陶瓷的强度是很不错的，所以这种材料被运用于耐磨机械的零件当中，而且我们可以发现的是它被运用在振动球磨机和搅动球磨机的研磨介质中，并且具有着很不错的使用功能性能。

　　防弹板：因为碳化硅陶瓷的弹道性能是比较好的，而且价格也比较的便宜，所以它被广泛的运用于防弹装甲车的制造当中。有的时候它也被运用于制造保险柜，舰船的防护以及运钞车的防护当中，而且它很好的体现出了碳化硅陶瓷的优良性能，同时很好的满足了人们的日常生活和工作的需要。

喷嘴：我们现在使用到的喷嘴大多数是由氧化铝以及碳化铝等材料制成的，但是也有由碳化硅陶瓷制成的喷嘴，这种喷嘴的价格要比其它材料制成的喷嘴更加的便宜，但是它使用的环境受到了一定的限制，目前在有冲击力以及振动的喷砂的环境中使用的是比较多的，但是总体来看的话使用性能还是很不错的。

结语：从整体来看的话碳化硅陶瓷是很不错的，优秀的性能再加上低廉的价格，使得它要比同类型的材料更加的具有市场优势。同时这种材料目前的使用性还是很强的，可以看到的是它使用的领域也越来越多，适应的环境也越来越广。

1、主要用途：用于3—12英寸单晶硅、多晶硅、砷化钾、石英晶体等线切割。太阳能光伏产业、半导体产业、压电晶体产业工程性加工材料。

2、化工行业、磨料磨具行业、钢铁行业等。

碳化硅又称碳硅石。在当代C、N、B等非氧化物高技术耐火原料中，碳化硅为应用最广泛、最经济的一种，可以称为金钢砂或耐火砂。 目前中国工业生产的碳化硅分为黑色碳化硅和绿色碳化硅两种，均为六方晶体，比重为3.20～3.25，显微硬度为2840～3320kg/mm2。

碳化硅是由美国人艾奇逊在1891年电熔金刚石实验时，在实验室偶然发现的一种碳化物，当时误认为是金刚石的混合体，故取名金刚砂。

1893年艾奇逊研究出来了工业冶炼碳化硅的方法，也就是大家常说的艾奇逊炉，一直沿用至今，以碳质材料为炉芯体的电阻炉，通电加热石英SIO2和碳的混合物生成碳化硅。

关于碳化硅的几个事件：

1、1905年 第一次在陨石中发现碳化硅。

2、1907年 第一只碳化硅晶体发光二极管诞生。

3、1955年 理论和技术上重大突破，LELY提出生长高品质碳化概念，从此将SiC作为重要的电子材料。

4、1958年 在波士顿召开第一次世界碳化硅会议进行学术交流。

5、1978年 六、七十年代碳化硅主要由前苏联进行研究。到1978年首次采用“LELY改进技术”的晶粒提纯生长方法。

参考资料来源：百度百科-碳化硅

>>>碳化硅磨料的主要成分是碳化硅（Sic）。碳化硅含量愈高,其硬度与磨削性能也愈高。碳化硅

砂颗粒愈细，Sic含量就愈低，Sic有很强的硬度(莫氏硬度为9.2)，且具有相当尖锐的切削刃和自

锐性；在高温下(1000℃以上)仍能保持其固有的硬度和强度；与许多非金属(玻璃、陶瓷等)和某些

非铁金属(锌、铜及其合金)材料不易产生化学反应。碳化硅制品的导热率很高，热膨胀又小，抗热

震性很高，是优质的耐火材料。常温下工业碳化硅是一种半导体，属杂质导电性。碳化硅亲水性决

定磨料与结合剂结合牢固程度。当碳化硅被加热到一定温度时，能大量辐射出远红外范围的波，

这种射线很容易被水份、油漆等所吸收产生大量的热，所以具有远红外辐射性。

>>>碳化硅的用途

>>>鉴于碳化硅的以上性质，碳化硅的用途就十分广泛，主要用在：

>>>1、磨料--主要是因为碳化硅具有很高的硬度，化学稳定性和一定的韧性，所以碳化硅能用于制

造固结磨具、涂附磨具和自由研磨，从而来加工玻璃、陶瓷、石材、铸铁及某些非铁金属、硬质合

金、钛合金、高速钢刀具和砂轮等。

>>>2、耐火材料和耐腐蚀材料---主要是因为碳化硅具有高熔点（分解温度）、化学惰性和抗热振

性，所以碳化硅能用于磨具、陶瓷制品烧成窑炉中用的棚板和匣钵、炼锌工业竖缸蒸馏炉用的碳

化硅砖、铝电解槽衬、坩锅、小件炉材等多种碳化硅陶瓷制品。

>>>3、化工用途--因为碳化硅可在溶融钢水中分解并和钢水中的游离氧、金属氧化物反应生成一氧

化碳和含硅炉渣。所以它可作为冶炼钢铁的净化剂，即用作炼钢的脱氧剂和铸铁组织改良剂。这一

般使用低纯度的碳化硅，以降低成本。同时还可以作为制造四氯化硅的原料。

>>>4、电工用途--用作加热元件、非线性电阻元件和高温半导体材料。加热元件如硅碳棒（适用于

1100～1500℃工作的各种电炉），非线性电阻元件，各式的避雷阀片。

>>>5、其它配制成远红外辐射涂料或制成碳化硅硅板用远红外辐射干燥器中。

钢铁件通过氧化处理在表面生成保护性氧化膜，主要成分是磁性氧化铁（Fe3O4），膜的颜色一般呈黑色或蓝黑色，铸钢和硅钢呈褐色或黑褐色。

氧化处理方法有碱性氧化法、无碱氧化法和酸性氧化法等。常用于机械、精密仪器、仪表、武器和日用品的防护和装饰。

扩展资料：

原理

为了提高钢件的防锈能力，用强的氧化剂将钢件表面氧化成致密、光滑的四氧化三铁。这种四氧化三铁薄层能有效地保护钢件内部不受氧化。在高温下（约550℃）氧化成的四氧化三铁呈天蓝色，故称发蓝处理。在低温下（约350℃）形成的四氧化三铁呈暗黑色，故称发黑处理。

在兵器制造中，常用的是发蓝处理；在工业生产中，常用的是发黑处理。

能否把钢铁表面氧化致密、光滑的四氧化三铁，关键是选择好强的氧化剂。强氧化剂是由氢氧化钠、亚硝酸钠、磷酸三钠组成。发蓝时用它们的熔融液去处理钢件；发黑时用它们的水溶液去处理钢件。

参考资料来源：百度百科-氧化处理