中國粉體網(wǎng)訊 今年發(fā)布的“‘十四五’規(guī)劃和2035年遠景目標綱要”提出，我國將加速推動以碳化硅、氮化鎵為代表的第三代半導體新材料新技術產(chǎn)業(yè)化進程，催生一批高速成長的新材料企業(yè)。
碳化硅材料由于其較高的彈性模量、適中的密度、較小的熱膨脹系數(shù)、較高的導熱系數(shù)、耐熱沖擊性、高的比剛度、高度的尺寸穩(wěn)定性及熱性能與機械性能的各向同性等一系列優(yōu)良的物理性質(zhì)，受到越來越多的重視，普遍用于陶瓷球軸承、閥門、半導體材料、陀螺、測量儀、航空航天等領域，已經(jīng)成為一種在很多工業(yè)領域不可替代的材料。
碳化硅微粉
碳化硅結構特點及理化性能
SiC是一種天然超晶格，又是一種典型的同質(zhì)多型體。由于Si與C雙原子層堆積序列的差異會導致不同的晶體結構，因此SiC有著超過200種（目前已知）同質(zhì)多型族，最被人熟知的便是立方密排的3C-SiC和六方密排的2H-SiC、4H-SiC、6H-SiC。碳化硅具有優(yōu)良的物理和化學性能。
1、力學性能
高硬度（克氏硬度為3000kg/mm2），可以切割紅寶石；高耐磨性，僅次于金剛石。
2、熱學性能
熱導率超過金屬銅，是Si的3倍，是GaAs的8～10倍，散熱性能好，對于大功率器件非常重要。SiC的熱穩(wěn)定性較高，在常壓下不可能熔化SiC。
3、化學性能
耐腐蝕性非常強，室溫下幾乎可以抵抗任何已知的腐蝕劑。SiC表面易氧化生成SiO2薄層，能防止其進一步氧化，在高于1700℃時，這層氧化膜熔化并迅速發(fā)生氧化反應。
4、電學性能
4H-SiC和6H-SiC帶隙約是Si的3倍，是GaAs的2倍；其擊穿電場強度高于Si一個數(shù)量級，飽和電子漂移速度是Si的2.5倍。4H-SiC的帶隙比6H-SiC更寬。下表為幾種半導體材料特性比較。
碳化硅材料應用簡述
由于其具有高擊穿場強、高鍵能、高飽和電子漂移速率，導熱導電性能好等特點，被廣泛應用于航空航天、國防、有色冶金、電催化等各個領域。碳化硅在眾多領域的應用大多是它的五類產(chǎn)品的應用體現(xiàn)，即先進陶瓷、耐火材料、磨料磨具、半導體器件及冶金原料。
在電動汽車領域，碳化硅可作為電動汽車中充電模塊和電動模塊中的重要材料，具有簡化供電網(wǎng)絡系統(tǒng)、提高供電頻率、降低器件升溫、縮小器件體積，提高效率等優(yōu)良作用。
在新型顯示器方面，碳化硅單晶可用于LED器件的制作，具有如高亮度，高壽命，高顯色指數(shù)，低能耗等優(yōu)點。并且相比于藍寶石基LED，碳化硅LED設備可使成本降低一半左右，導熱能力大大提高，因此對于節(jié)能減排具有重大意義。
在電催化方面，碳化硅材料可代替鉑作為燃料電池的新型催化劑，由于其穩(wěn)定性高所以可用作高穩(wěn)定的催化劑，但同時碳化硅在可控性可操作性方面的研究有待進一步加強。
在航空航天、國防領域，碳化硅是制備航空發(fā)動機的重要材料。推重比一直是制約航空發(fā)動機發(fā)展的重要瓶頸，若使推重比達到12及以上，那么必須加入非金屬材料，CMC-SiC具有耐高溫、高韌性、不易腐蝕、比重小、在高溫下強度高、抗震性好等優(yōu)點。CMC-SiC復合材料由于其良好的抗氧化、耐高溫和良好的吸收雷達波的特性，被應用于發(fā)動機的噴管部件；在發(fā)動機燃燒室中采用CMC-SiC對于提高材料耐高溫性能和減輕結構質(zhì)量具有重要意義。此外，碳化硅還是一種非常重要的防彈材料，在防彈制品及裝甲方面應用廣泛。
防彈片
有色冶金方面，在傳統(tǒng)冶金領域由于其在高溫下力學性能好、抗腐蝕性強可作為耐火材料應用于蒸餾爐、精餾爐、電解槽等冶金設備的襯里材料；同時由于其耐磨性能好、硬度高可作為耐磨材料應用于裝置噴嘴等結構。在新應用方面，由于濕法冶金應用領域的不斷擴展，高溫、高酸堿性環(huán)境成為了新的技術難題，利用碳化硅材料高耐磨性防腐蝕性強的特點加以特定的涂層，可應用于攪拌器主軸及槳葉中，和管道中的熱交換組件。
在磨削加工方面，碳化硅有黑色碳化硅和綠色碳化硅兩個常用的基本品種，都屬α-SiC。黑色碳化硅含SiC約95%（w），其韌性高于綠色碳化硅，大多用于加工抗張強度低的材料，如玻璃、陶瓷、石材、耐火材料、鑄鐵和有色金屬等。綠色碳化硅含SiC約97%（w）以上，自銳性好，大多用于加工硬質(zhì)合金、鈦合金和光學玻璃，也用于研磨汽缸套和精磨高速鋼刀具。此外還有立方碳化硅，它是以特殊工藝制取的黃綠色晶體，用以制作的磨具適于軸承的超精加工。
碳化硅磨具，來源：山東金蒙新材料股份有限公司
碳化硅密封環(huán)
同時利用其耐腐蝕性耐熱性能好，碳化硅材料也被應用于機械密封�？傊陙硖蓟枋袌鲈絹碓交�，充分說明了碳化硅的獨特之處。為進一步探討碳化硅未來發(fā)展方向，加強碳化硅技術交流，提升碳化硅精加工水平，促進碳化硅產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，中國粉體網(wǎng)旗下粉體公開課平臺將于2021年10月29日舉辦“2021碳化硅產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展網(wǎng)絡沙龍會議”，為從業(yè)人員提供一個足不出戶便能聆聽精彩報告的學習交流平臺。屆時，來自河南磨岳工業(yè)設計有限公司的毋水鑫總經(jīng)理將帶來題為《碳化硅基礎常識及市場發(fā)展分析》的報告，毋總將在報告中介紹、分析碳化硅基本性能，并對碳化硅在磨料、耐火材料、碳化硅陶瓷制品、碳化硅晶圓等應用方向進行淺析交流，同時對今年碳化硅市場波動及未來碳化硅行業(yè)發(fā)展進行分析、交流。
專家介紹：
毋水鑫，畢業(yè)于河南工業(yè)大學材料學院，河南工業(yè)大學磨料磨具研修班負責人，校企合作負責人；粉體技術專家，對磨料行業(yè)的粉體生產(chǎn)生產(chǎn)線設計、工藝優(yōu)化等有深刻的理解。對碳化硅行業(yè)較為熟悉，服務過很多行業(yè)上下游企業(yè)，參與過國內(nèi)很多粉體企業(yè)的落地案例。
參考來源：
[1]王家鵬等.碳化硅材料研究現(xiàn)狀與應用展望
[2]郭靜霓等.碳化硅晶體結構、制備及應用
[3]都興紅等.碳化硅的應用現(xiàn)狀
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/山川）
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