介绍碳化硅物质的品种、特点和结构

  碳化硅有两个常用的基本品种:黑碳化硅和绿碳化硅，都属于α-SiC。①黑碳化硅含有约95%的SiC，其韧性高于绿碳化硅，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。②绿碳化硅含SiC约97%，自锐性好，多用于加工硬质合金、钛合金和光学玻璃，也用于珩磨缸套和精磨高速钢刀具。另外还有立方碳化硅，它是用特殊工艺制成的黄绿色晶体，用于制作的磨具适用于轴承的超精加工，可以使表面粗糙度从Ra32~0.16微米加工到Ra0.04~0.02微米。

  物质特性

碳化硅由于其化学性能稳定、导热系数高、热膨胀系数小、耐磨性好，除了作为磨料外，还有许多其他用途。例如，通过特殊工艺在水轮机叶轮或气缸体内壁涂抹碳化硅粉末，可以提高其耐磨性，延长其使用寿命1~2倍；用于制造的高级耐火材料耐热震、体积小、重量轻、强度高、节能效果好。低级碳化硅(含SiC约85%)是一种优良的脱氧剂，可以加快炼钢速度，方便控制化学成分，提高钢质。另外，碳化硅也广泛用于制作电热元件硅碳棒。

碳化硅的硬度很高，莫氏硬度为9.5级，仅次于世界上最硬的金刚石(10级)。它具有优异的导热性能，是一种半导体，在高温下可以抗氧化。

碳化硅至少有70种结晶类型。α-碳化硅是最常见的同质异晶，在高于2000℃的高温下形成，具有六角晶体结晶结构(如纤维锌矿)。β-碳化硅，立方晶体结构，类似于钻石，生成在2000°C以下，如页面图所示。虽然在异相触媒担体的应用中，由于其高于α型的单位表面积而引人注目，而另一种碳化硅，μ-碳化硅最稳定，碰撞时有悦耳的声音，但到目前为止，这两种类型还没有商业应用。

  绿色碳化硅

碳化硅因其3.2g/cm3的比重和较高的升华温度(约2700℃)，非常适合作为轴承或高温炉的原料。在任何可以达到的压力下，都不会熔化，化学活性相当低。由于其高导热性、高崩溃电场强度和高最大电流密度，许多人试图用它来代替半导体大功率元件的硅。此外，它与微波辐射具有很强的耦合作用，其所有高升华点都可以实际应用于加热金属。

纯碳化硅为无色，而工业生产的棕色至黑色系由于含铁不纯。晶体上彩虹般的光泽是由其表面产生的二氧化硅保护层引起的。

  物质结构

纯碳化硅是无色透明的晶体。由于杂质的种类和含量不同，工业碳化硅呈淡黄色、绿色、蓝色甚至黑色，透明度因其纯度而异。碳化硅晶体结构分为六方或菱形表面α-SiC和β-SiC(称为立方碳化硅)。α-SiC由于晶体结构中碳和硅原子的堆垛序列不同，已经发现了70多种不同的变体。β-SiC在2100℃以上转化为α-SiC。碳化硅的工业制造方法是在电阻炉中炼制优质石英砂和石油焦。碳化硅块经破碎、酸碱洗涤、磁选、筛分或水选制成各种粒度的产品。