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概述

碳化硅（SiC）为由硅与碳相键结而成的陶瓷状化合物，碳化硅在大自然也存在罕见的矿物，莫桑石。

碳化硅又称金钢砂或耐火砂。碳化硅是用石英砂、石油焦(或煤焦)、木屑(生产绿色碳化硅时需要加食盐)等原料在电阻炉内经高温冶炼而成。目前我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320～325，显微硬度为2840～3320kg/mm2。

包括黑碳化硅和绿碳化硅，其中：黑碳化硅是以石英砂,石油焦和优质硅石为主要原料,通过电阻炉高温冶炼而成。其硬度介于刚玉和金刚石之间,机械强度高于刚玉,性脆而锋利。绿碳化硅是以石油焦和优质硅石为主要原料,添加食盐作为添加剂，通过电阻炉高温冶炼而成。其硬度介于刚玉和金刚石之间,机械强度高于刚玉。 常用的碳化硅磨料有两种不同的晶体，一种是绿碳化硅，含SiC 97%以上，主要用于磨硬质含金工具。另一种是黑碳化硅，有金属光泽，含SiC 95%以上，强度比绿碳化硅大，但硬度较低，主要用于磨铸铁和非金属材料。

性质

分子式为SiC，其硬度介于刚玉和金刚石之间，机械强度高于刚玉，可作为磨料和其他某些工业材料使用。工业用碳化硅于1891年研制成功，是最早的人造磨料。在陨石和地壳中虽有少量碳化硅存在，但迄今尚未找到可供开采的矿源。

纯碳化硅是无色透明的晶体。工业碳化硅因所含杂质的种类和含量不同，而呈浅黄、绿、蓝乃至黑色，透明度随其纯度不同而异。碳化硅晶体结构分为六方或菱面体的 α-SiC和立方体的β-SiC(称立方碳化硅)。α-SiC由于其晶体结构中碳和硅原子的堆垛序列不同而构成许多不同变体，已发现70余种。β-SiC于2100℃以上时转变为α-SiC。

碳化硅的工业制法是用优质石英砂和石油焦在电阻炉内炼制。炼得的碳化硅块，经破碎、酸碱洗、磁选和筛分或水选而制成各种粒度的产品。

碳化硅有黑碳化硅和绿碳化硅两个常用的基本品种，都属α-SiC。①黑碳化硅含SiC约985％，其韧性高于绿碳化硅，大多用于加工抗张强度低的材料，如玻璃、陶瓷、石材、耐火材料、铸铁和有色金属等。②绿碳化硅含SiC99％以上，自锐性好，大多用于加工硬质合金、钛合金和光学玻璃，也用于珩磨汽缸套和精磨高速钢刀具。此外还有立方碳化硅，它是以特殊工艺制取的黄绿色晶体，用以制作的磨具适于轴承的超精加工，可使表面粗糙度从Ra32～016微米一次加工到Ra004～002微米。

碳化硅由于化学性能稳定、导热系数高、热膨胀系数小、耐磨性能好，除作磨料用外，还有很多其他用途，例如：以特殊工艺把碳化硅粉末涂布于水轮机叶轮或汽缸体的内壁，可提高其耐磨性而延长使用寿命1～2倍；用以制成的高级耐火材料，耐热震、体积小、重量轻而强度高,节能效果好。低品级碳化硅（含SiC约85％）是极好的脱氧剂，用它可加快炼钢速度，并便于控制化学成分，提高钢的质量。此外，碳化硅还大量用于制作电热元件硅碳棒。

碳化硅的硬度很大，具有优良的导热性能，是一种半导体，高温时能抗氧化。

用途

(1)作为磨料，可用来做磨具，如砂轮、油石、磨头、砂瓦类等。

(2)作为冶金脱氧剂和耐高温材料。

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。目前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。

(3)高纯度的单晶，可用于制造半导体、制造碳化硅纤维。

产地、输往国别及品质规格

(1)产地：河南、青海、宁夏、四川、贵州、湖北丹江口等地。

(2)输往国别：美国、日本、韩国、及某些欧洲国家。

(3)品质规格：

①磨料级碳化硅技术条件按GB/T2480—96。各牌号的化学成分由表6-6-47和表6-6-48给出。

②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。

碳化硅纤维    silicon carbide fibre

以有机硅化合物为原料经纺丝、碳化或气相沉积而制得具有β-碳化硅结构的无机纤维,属陶瓷纤维类。从形态上分有晶须和连续纤维两种。晶须是一种单晶，碳化硅的晶须直径一般为01～2um,长度为20～300um，外观是粉末状。连续纤维是碳化硅包覆在钨丝或碳纤维等芯丝上而形成的连续丝或纺丝和热解而得到纯碳化硅长丝。连续丝于1973年由美国阿芙科公司投产，长丝则于1980年由日本碳公司建成试生产装置，1985年生产能力已达24t,美国埃克森化学公司和日本东海碳素公司等则生产晶须，东海碳素公司的年生产能力为24t。

碳化硅纤维的最高使用温度达1200℃，其耐热性和耐氧化性均优于碳纤维，强度达 1960～4410MPa，在最高使用温度下强度保持率在 80％以上，模量为1764～294GPa，化学稳定性也好。

碳化硅长丝的制造过程是将聚硅烷在400℃以上,发生热转位反应，使侧链上的甲基以亚甲基的形式，导入主链的硅-硅间，形成聚碳硅烷,然后通过干法纺丝或熔体纺丝制成纤维。为防止纤维在碳化过程中发生熔融粘接，须先在较低温度下作不熔化处理。不熔化纤维在真空或惰性气体中加热至1200～1500℃，侧链的甲基与氢同时脱出后只留下硅-碳的骨架成分，并形成β-碳化硅结构的纤维。最后进行上浆处理及集束卷绕。上浆剂的种类视最终用途而定，用于增强塑料时上浆剂可选用环氧树脂，增强金属及陶瓷时则要求进一步在较低温度下将上浆剂热分解掉。

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。

由—碳化硅细晶粒组成的连续纤维，可用气相沉积或纺丝烧结法制造。

黑碳化硅

黑碳化硅是以石英砂和石油焦碳为主要原料，在电阻炉内经高温冶炼而成。呈黑色结晶，显微硬度95。

性脆而锋利，并具有一定的导电性和导热性，制成的磨具，适于磨削铸铁、有色金属及橡胶、皮革、塑料、木材、矿石等非金属材料。此外，还可制作高级耐火材料，还可以做涂料填充剂等。

粒度范围 化学成分（重量百分比%）

SIC不少于 FC不多于 Fe2O3不多于

4#-90# 9700 065 100

100#-240# 9700 060 100

JIS#240-JIS#1500 9650 070 100

JIS#2000-JIS#8000 9600 070 100

色泽是绿色；硬度高，它要比玻璃硬的多，能当玻璃刀使用；在显微镜下看成晶体，粒度大小均匀，碳化硅的含量一般在98%以上的为优质碳化硅。

碳化硅砖碳化硅砖

silicon carbide brick

以SiC为主要原料制成的耐火材料。含SiC72％～99％。分为黏土结合、Si3N4结合、Sialon结合、β-SiC结合、Si2ON2结合和重结晶等碳化硅砖。

碳化硅砖热导率高，有良好的耐磨性、抗热震性、耐侵蚀性。可用于铝电解槽内衬、熔融铝导管和陶瓷窑用窑具、大中型高炉炉身下部、炉腰和炉腹、铝精炼炉炉衬、锌蒸馏罐衬等。

碳化硅陶瓷碳化硅陶瓷

silicon carbide ceramics

以碳化硅SiC为主要成分的陶瓷。

SiC陶瓷不仅具有优良的常温力学性能，如高的抗弯强度、优良的抗氧化性、良好的耐腐蚀性、高的抗磨损以及低的摩擦系数，而且高温力学性能(强度、抗蠕变性等)是已知陶瓷材料中最佳的。热压烧结、无压烧结、热等静压烧结的材料，其高温强度可一直维持到1600℃，是陶瓷材料中高温强度最好的材料。抗氧化性也是所有非氧化物陶瓷中最好的。SiC陶瓷的缺点是断裂韧性较低，即脆性较大，为此近几年以SiC陶瓷为基的复相陶瓷，如纤维(或晶须)补强、异相颗粒弥散强化、以及梯度功能材料相继出现，改善了单体材料的韧性和强度。SiC陶瓷在石油、化工、微电子、汽车、航天、航空、造纸、激光、矿业及原子能等工业领域获得了广泛的应用。