碳化硅陶瓷有什么应用

随着科学技术的发展，特别是能源、空间技术的高度发展，经常要求材料必须有耐高温、抗腐蚀、耐磨损等优越性能，才能在比较苛刻的工作环境中使用。由于碳化硅

陶瓷材料具有抗氧化性强、耐磨性能好、硬度高、热稳定性好、高温强度大、热膨胀系数小、热导率大以及抗热震和耐化学腐蚀等优良特性，已成为尖端科学的重要

组成部分，受到普遍重视。碳化硅陶瓷大量应用于石油化工、冶金机械、航空航天、微电子、汽车、钢铁等领域，并日益显示出其他特种陶瓷所无法比拟的优点。

碳化硅陶瓷常见应用简介：

1、耐火材料

国外将碳化硅用作耐火材料的数量大于用作磨料。我国亦在不断扩大这方面的应用，根据国外厂商的习惯，耐火材料黑色碳化硅通常分为3种牌号：

A、高级耐火材料黑碳化硅。这种牌号的化学成分要求与磨料用黑色碳化硅完全相同，主要用以制造高级碳化硅制品，如重结晶碳化硅制品、燃气轮机构件、喷嘴、氮化硅结合碳化硅制件、高炉高温区衬材、高温窑炉构件、高温窑装窑支承件、耐火匣钵等。

B、二级耐火材料黑色碳化硅，含碳化硅大于90%。主要用于制造耐中等高温的窑炉构件，如马弗炉炉衬材料等。这些构件除利用碳化硅的耐热性、导热性外，在很多场合还兼用它的化学稳定性。

C、低品位耐火材料黑色碳化硅，其碳化硅含量要求大于83%，主要用于出铁槽、铁水包，炼锌业和海绵铁制造业等的内衬。

　2、军事方面

用 碳化硅陶瓷与其他材料一起组成的燃烧室及喷嘴，已应用于火箭技术中。碳化硅基复合材料制备的阿丽亚娜火箭尾喷管已成功应用。碳化硅密度居中，比Al2O3

轻20%，硬度和弹性模量较高，价格比B4C低得多，还可用于装甲车辆和飞机机腹及防弹防刺衣等。碳化硅材料还具有自润滑性及摩擦系数小，约为硬质合金的

一半。它的抗热震性好、弹性模量高等特点在一些特殊地方获应用，如用来制成高功率的激光反射镜其性能优于铜质，由于密度低、刚性好、变形小。CVD与反应

烧结的碳化硅轻量化反射镜已经在空间技术中大量使用。

3、电气和电工

利 用碳化硅陶瓷的高热导性能，绝缘性好作为大规模集成电路的基片和封装材料。碳化硅发热体是一种常用的加热元件，由于它具有操作简单方便，使用寿命长，使用

范围广等优点，成为发热材料中最经久耐用且价廉物美的一种，使用温度可达1600℃。此外，碳化硅还可用做避雷器的阀体和远红外线发生器等。

　4、耐磨及高温件

利 用碳化硅陶瓷的高硬度、耐磨损、耐酸碱腐蚀等性能，在机械工业、化学工业中被用来制备新一代的机械密封材料，如滑动轴承、耐腐蚀的管道、阀片和风机叶片。

尤其是作为机械密封材料已被国际上确认为自金属、氧化铝、硬质合金以来第四代基本材料，它的抗酸、抗碱性能与其它材料相比是极为优秀的，几乎没有一种材料

可与之相比。利用碳化硅陶瓷的高热导性能，可用于冶金工业窑炉中的高温热交换器等，使用温度可达1300℃用电镀方法将碳化硅微粉体涂

敷于水轮机叶轮上，可以大大提高叶轮的耐磨性能，延长其检修周期。

用碳化硅制成的托辊，早已成功地应用于轧钢机上，它比金属托辊有更好的耐热性与耐磨性，

并能改善所轧钢材的质量。用碳化硅材料制成的砂泵及水力旋流器，具有很好的耐磨性能用碳化硅材料制成的缸套等耐磨件可广泛用于石油和化工等行业。碳化硅

还可作为高温热机械用材料，被首选为热机械的耐高温部件。诸如：作高温燃汽轮机的燃烧室、涡轮的静叶片、高温喷嘴等。用碳化硅制成活塞与气缸套用于无润滑

油无冷却的柴油机上，可减少摩擦30%~50%，使噪声明显降低。

  碳化硅陶瓷产品的优点：

  1、耐高温，可以在1800℃的温度下正常使用，使用时不会被融化损伤，且稳定性能强。

  2、耐骤冷骤热，使用时不易炸裂，热稳定性强。

  3、高导热性、超高温稳定性等优点，而且结构性能非常稳定。

  4、重复被使用，这样就不会造成材料浪费，响应了可持续发展的号召。

  5、耐化学腐蚀，正因为如此它可被用于高腐蚀的化工厂等带有强腐蚀性的工厂。

  碳化硅陶瓷的用途：

  1、碳化硅在发热元件上的应用

  它具有的导电性能使其成为制造发热元件的原料，应用市场非常广阔。

  2、碳化硅在冶金、化工的应用

  从20世纪末碳化硅材料就被发现具有抗铁水、炉渣以及碱金属腐蚀的能力，后面陆续的发现了它的高导热性和耐磨性。大型高炉一般都采用氮化硅结合碳化硅材料作为炉体材料，因为它可以将高炉寿命以及产品的冶炼时间延长。到了现在碳化硅材料也被广泛用作炉衬或坩埚。

  3、碳化硅在能源方面的应用

在高温下可以利用换热器中煤气的显热直接净化煤气，与常温下的净化相比，可以大大的提高反应的热效率。高温净化煤气可直接应用于燃气轮机的发电，不仅可以大大提高供电效率，还能减少有害物质排放，以及实现节约用水。

金刚砂又名碳化硅（SiC）是用石英砂、石油焦（或煤焦）、木屑（生产绿色碳化硅时需要加食盐）等原料通过电阻炉高温冶炼而成。碳化硅在大自然也存在罕见的矿物，莫桑石。 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。

应用范围

碳化硅主要有四大应用领域，即：功能陶瓷、高级耐火材料、磨料及冶金原料。碳化硅粗料已能大量供应，不能算高新技术产品，而技术含量极高 的纳米级碳化硅粉体的应用短时间不可能形成规模经济。

⑴作为磨料，可用来做磨具，如砂轮、油石、磨头、砂瓦类等。

⑵作为冶金脱氧剂和耐高温材料。

⑶高纯度的单晶，可用于制造半导体、制造碳化硅纤维。

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。

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。

磨料磨具

主要用于制作砂轮、砂纸、砂带、油石、磨块、磨头、研磨膏及光伏产品中单晶硅、多晶硅和电子行业的压电晶体等方面的研磨、抛光等。

化工

可用做炼钢的脱氧剂和铸铁组织的改良剂，可用做制造四氯化硅的原料，是硅树脂工业的主要原料。碳化硅脱氧剂是一种新型的强复合脱氧剂，取代了传统的硅粉碳粉进行脱氧，和原工艺相比各项理化性能更加稳定，脱氧效果好，使脱氧时间缩短，节约能源，提高炼钢效率，提高钢的质量，降低原辅材料消耗，减少环境污染，改善劳动条件，提高电炉的综合经济效益都具有重要价值。

“三耐”材料

利用碳化硅具有耐腐蚀、耐高温、强度大、导热性能良好、抗冲击等特性，碳化硅一方面可用于各种冶炼炉衬、高温炉窑构件、碳化硅板、衬板、支撑件、匣钵、碳化硅坩埚等。

另一方面可用于有色金属冶炼工业的高温间接加热材料，如竖罐蒸馏炉、精馏炉塔盘、铝电解槽、铜熔化炉内衬、锌粉炉用弧型板、热电偶保护管等；用于制作耐磨、耐蚀、耐高温等高级碳化硅陶瓷材料；还可以制做火箭喷管、燃气轮机叶片等。此外，碳化硅也是高速公路、航空飞机跑道太阳能热水器等的理想材料之一。

有色金属

利用碳化硅具有耐高温，强度大，导热性能良好，抗冲击，作高温间接加热材料，如坚罐蒸馏炉，精馏炉塔盘，铝电解槽，铜熔化炉内衬，锌粉炉用弧型板，热电偶保护管等。

钢铁

利用碳化硅的耐腐蚀，抗热冲击耐磨损，导热好的特点，用于大型高炉内衬提高了使用寿命。

冶金选矿

碳化硅硬度仅次于金刚石，具有较强的耐磨性能，是耐磨管道、叶轮、泵室、旋流器、矿斗内衬的理想材料，其耐磨性能是铸铁.橡胶使用寿命的5--20倍&def也是航空飞行跑道的理想材料之一。

建材陶瓷砂轮工业

利用其导热系数、热辐射、高热强度大的特性，制造薄板窑具，不仅能减少窑具容量，还提高了窑炉的装容量和产品质量，缩短了生产周期，是陶瓷釉面烘烤烧结理想的间接材料。

节能

利用良好的导热和热稳定性，作热交换器，燃耗减少20%，节约燃料35%，使生产率提高20-30%，特别是矿山选厂用排放输送管道的内放，其耐磨程度是普通耐磨材料的6--7倍。

磨料粒度及其组成按GB/T2477--83。磨料粒度组成测定方法按GB/T2481--83。

珠宝

合成碳化硅（Synthetic Moissanite）又名合成莫桑石、合成碳硅石（化学成分SiC），色散0.104比钻石(0.044）大，折射率2.65-2.69（钻石2.42），具有与钻石相同的金刚光泽，“火彩”更强，比以往任何仿制品更接近钻石。这是由美国北卡罗来那州的C3公司制造生产的，已拥有世界各国生产合成碳化硅的专利，正在向全世界推广应用。

碳化硅陶瓷的用途：

1、密封环：因为碳化硅材料制成的碳化硅陶瓷具有着良好的的强度、硬度以及抗摩擦的能力，而且在使用的中碳化硅陶瓷能够很好的消除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。

在加工的时候碳化硅陶瓷能够和石墨进行一定比例的配置，然后在输送强碱及强酸的时能够展现出最大的作用，体现了碳化硅陶瓷制造密封环的良好性能。

2、研磨介质：因为碳化硅陶瓷的强度较高，所以这种材料运用在耐磨机械的零件当中，而且我们可以发现的是碳化硅陶瓷在运用到振动球磨机和搅动球磨机的研磨介质中，具有着非常好的的使用性能。

3、防弹板：碳化硅陶瓷的弹道性能较好，价格便宜，所以应用于防弹装甲车的生产当中。有的时候也应用于制造保险柜，舰船的防护以及运钞车的防护当中，而且明显的体现出了碳化硅陶瓷的优良性能，同时满足了人们的日常生活和工作的需要。

碳化硅主要有四大应用：磨料、耐火材料、功能陶瓷和冶金原料。1.磨料。由于碳化硅磨料具有较高的硬度、化学稳定性和一定的韧性，是一种用途非常广泛的磨料，可用于制造砂轮、油石、涂附磨具等。主要用于磨削玻璃、陶瓷、石材、铸铁和某些有色金属等非金属材料，与这些材料的反应性很差。2.耐火材料。碳化硅耐火材料具有高强度、高导热、抗冲击、抗氧化、耐磨、耐腐蚀等优良的高温性能。广泛应用于冶金、能源、化工等行业。3.陶瓷。碳化硅陶瓷是一种高科技陶瓷，碳化硅陶瓷主要由亚微米碳化硅粉末制成。碳化硅具有很高的硬度，采用成熟技术制成的碳化硅陶瓷具有很好的耐磨性、耐高温性和耐腐蚀性。4、冶金原料。目前，碳化硅的一个重要化学用途是作为炼钢净化剂。碳化硅在钢水中分解，与钢水中的游离氧和金属氧化物反应生成一氧化碳和含硅渣。熔炼铸铁时常加入碳化硅，使少量的硅进入铁水中，促进铸造的完美。

碳化硅材料作为应用领域最为广泛的一种新型材料，越来越多被应用于碳化硅陶瓷生产方面。碳化硅陶瓷产品具有以下优点：1、耐化学腐蚀；2、耐高温，正常使用在1800℃；3、耐骤冷骤热，不易炸裂；4、可重复使用；5、结构性能稳定；6、超高温稳定性；7、热传导性高。

正由于碳化硅陶瓷所具有耐磨、耐腐蚀、抗氧化、导热快、高温不易发生形变的特点，可有效防止高温溶液对硅碳棒、硅钼棒的侵蚀，因而被广泛应用于铝制品除气系统、印染机械、石油、矿山、钢铁、电力等行业，可有效延长设备的使用寿命和使用周期。

碳化硅陶瓷不仅具有优良的常温力学性能，如抗弯强度高、抗氧化性好、耐腐蚀性良好、耐磨性能好以及摩擦系数低，而且高温力学性能，特别是强度、抗蠕变性能方面在已知陶瓷材料中也是最好的。尤其在石油化工、微电子、航空航天、汽车等工业领域也不断获得广泛应用。

1、磨具磨料

碳化硅作为一种磨料，由于硬度极高，碳化硅能够极快的切割，也可用来清理或蚀刻较硬的工件表面，这些是软性磨料所不能完成的。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、砂轮等。

2、耐火材料

由于碳化硅具有高熔点、化学惰性和抗热震性，所以碳化硅能用于磨俱、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品。碳化硅耐火材料具有强度高，导热系数大、抗震性好、抗氧化、耐磨损、抗侵蚀等优良的高温性能，是一种优质耐火材料。

3、铸造行业

碳化硅在铸造行业中至关重要铸造用碳化硅可以有效的改善铁液冶金质量，从而减少以上问题。目前市场上硅铁价格猛涨，碳化硅的价格基本没变，另外硅铁中含有的铝含量比碳化硅的铝含量要高，所以碳化硅代替硅铁也是比较好的，利用碳化硅（一般使用低品质碳化硅）代替硅铁脱氧，也可以为企业节省不少的资源。

4、半导体领域

碳化硅一维纳米材料由于自身的微观形貌和晶体结构使其具备更多独特的优异性能和更加广泛的应用前景，被普遍认为有望成为第三代宽带隙半导体材料的重要组成单元。第三代半导体材料即宽禁带半导体材料，又称高温半导体材料，主要包括碳化硅、氮化镓、氮化铝、氧化锌、金刚石等。

5、光伏领域

光伏逆变器对光伏发电作用非常重要，不仅具有直交流变换功能，还具有最大限度地发挥太阳电池性能的功能和系统故障保护功能。归纳起来有自动运行和停机功能、最大功率跟踪控制功能、防单独运行功能（并网系统用）、自动电压调整功能（并网系统用）、直流检测功能（并网系统用）、直流接地检测功能（并网系统用）等。

在半导体领域的应用

碳化硅一维纳米材料由于自身的微观形貌和晶体结构使其具备更多独特的优异性能和更加广泛的应用前景，被普遍认为有望成为第三代宽带隙半导体材料的重要组成单元。

第三代半导体材料即宽禁带半导体材料，又称高温半导体材料，主要包括碳化硅、氮化镓、氮化铝、氧化锌、金刚石等。这类材料具有宽的禁带宽度(禁带宽度大于2.2ev)、高的热导率、高的击穿电场、高的抗辐射能力、高的电子饱和速率等特点，适用于高温、高频、抗辐射及大功率器件的制作。第三代半导体材料凭借着其优异的特性，未来应用前景十分广阔。

在光伏领域的应用

光伏逆变器对光伏发电作用非常重要，不仅具有直交流变换功能，还具有最大限度地发挥太阳电池性能的功能和系统故障保护功能。归纳起来有自动运行和停机功能、最大功率跟踪控制功能、防单独运行功能(并网系统用)、自动电压调整功能(并网系统用)、直流检测功能(并网系统用)、直流接地检测功能(并网系统用)等。

国内逆变器厂家对新技术和新器件的应用还是太少，以碳化硅为功率器件的逆变器，并且开始大批量应用，碳化硅内阻很少，可以把效率做很高，开关频率可以达到10K，也可以节省LC滤波器和母线电容。碳化硅材料在光伏逆变器应用上或有突破。

在航空领域的应用

碳化硅制作成碳化硅纤维，碳化硅纤维主要用作耐高温材料和增强材料，耐高温材料包括热屏蔽材料、耐高温输送带、过滤高温气体或熔融金属的滤布等。用做增强材料时，常与碳纤维或玻璃纤维合用，以增强金属(如铝)和陶瓷为主，如做成喷气式飞机的刹车片、发动机叶片、着陆齿轮箱和机身结构材料等，还可用做体育用品，其短切纤维则可用做高温炉材等。

碳化硅粗料已能大量供应，但是技术含量极高

的纳米级碳化硅粉体的应用短时间不可能形成规模经济。碳化硅晶片在我国研发尚属起步阶段，碳化硅晶片在国内的应用较少，碳化硅材料产业的发展缺乏下游应用企业的支撑。就人才培养和技术研发等开展密切合作加强企业间的交流，尤其要积极参加国际交流活动，提升企业发展水平关注企业品牌建设，努力打造企业的拳头产品等。

碳化硅制品：

碳化硅制品可以分为很多类，根据不同的使用环境，分为不同的种类。一般使用到机械上比较多。例如使用到机械密封件上，可以称为碳化硅密封环，可以分为静环、动环、平环等。也可以根据客户的特别要求，制作出各种形状的碳化硅制品，例如碳化硅异形件，碳化硅板，碳化硅环等。

碳化硅的制品之一的碳化硅陶瓷具有的高硬度、高耐腐蚀性以及较高的高温强度等特点，这使得碳化硅陶瓷得到了广泛的应用。

在应用在密封环上：碳化硅陶瓷的耐化学腐蚀性好、强度高、硬度高，耐磨性能好、摩擦系数小，且耐高温，因而是制造密封环的理想材料。它与石墨材料组合配对时，其摩擦系数比氧化铝陶瓷和硬质合金小，因而可用于高PV值，特别是输送强酸、强碱的工况中使用。我公司生产的SIC-1型碳化硅常压烧结制品，具有密度高、硬度高、生产批量大、可生产复杂形状制品的特点，适用于高性能的密封件中使用，特别是高PV值及耐强酸、强碱的工况。而我公司生产的SIC-3型碳化硅陶瓷制品是含石墨的碳化硅材料。由于在碳化硅基体中含有大量的弥散细小的石墨颗粒，与其它材料配对使用时，其摩擦系数非常小，具有良好的自润滑性能，特别适用于制作气密封或有干摩擦工况的密封件中使用，从而使密封件的使用寿命及工作的可靠性提高。

金刚砂又名碳化硅（SiC）是用石英砂、石油焦（或煤焦）、木屑（生产绿色碳化硅时需要加食盐）等原料通过电阻炉高温冶炼而成。碳化硅在大自然也存在罕见的矿物，莫桑石。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。