氮化硅/碳化硅陶瓷复合材料|氮化硅-莫来石复合材料|碳纤维/氮化硅C/SiC复合材料|环氧树脂/改性氮化硅(EP/Si3N4-N97)复合材料 / 四六文摘

碳化硅陶瓷的发展

碳化硅陶瓷在自然界中虽然可以找到，但是数量极少，到目前为止科学家只发现与金刚石还有火山岩伴生的天然碳化硅。人工合成碳化硅由瑞典化学家完成的，并在提出Si-C键可以存在。但是直到1892年，Acheson才在其一项专利中提出了人工合成碳化硅的方法。20世纪中期，随着航天事业的发展，碳化硅产业也逐渐成熟，开始应用于航天和军事领域。新中国成立以来，我国科学家也在研究碳化硅及其应用领域，现在应经具备了详细的粉体和陶瓷的制备方法，掌握了制造的关键技术。碳化硅是碳化物的代表性物质，它具有原子直径小、键长短、共价性强等特性，具备优良的力学、化学、热学、电学性能，因此，现在SiC陶瓷多应用于苛刻运行环境条件下的密封件、电子元器件等。

碳化硅的晶体结构

SiC是Si-C系中唯一的中间化合物，具有金刚石型结构。碳化硅主要是以共价键形式存在的，同时具有少量的离子键。碳化硅的单位晶胞是由相同的SiC四面体堆积而成的，SiC四面体以硅原子为中心，以碳原子为顶点，SiC 四面体之间以平行结合或反平行结合方式连接在一起。碳化硅全部75种变体结构中以α、6H、15R、4H和β-SiC型等五种结构最为常见。符号代表层间结构，数字代表重叠层数，其中H代表六方R代表斜方六面晶型，β-SiC是面心立方结构。碳化硅晶体中有以四面体空间结构排列的杂化键sp3，这取决于碳化硅晶体的核外电子排布。SiC结晶时中sp-排列稳定化，碳化硅原子中电子从s 层向p层迁移最终形成稳定的电子排布，稳固的Si-C共价键构成了类似金刚石晶体结构的碳化硅。碳和硅原子之间存在着电负性之差，说明碳化硅中离子键的存在。

碳化硅中最主要的两种晶型是高温稳定的α型碳化硅和低温稳定β型碳化硅。β-SiC在2100摄氏度左右开始向α-SiC转化，转变速度很慢。

α型碳化硅和β型碳化硅之间有着一定的热稳定性关系。β型碳化硅在温度低于1600摄氏度时可以稳定存在。当温度超过这一门槛值时，通过再结晶的方式缓慢转变成α型碳化硅。在2000摄氏度左右容易生成4H型碳化硅;在2100摄氏度以上容易生成6H和15R型碳化硅，其中6H型的热稳定性相对较高，即使温度达到2200摄氏度6H型依然非常稳定。由于不同型体的碳化硅的自由能近似相等，所以微量杂质的固溶就能改变不同型体之间的热稳定性关系。SiC的晶体结构是由类似Si-O 四面体的Si-C四面体组成的。

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