碳化硅是什么?它有何特性和用途?

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碳化硅(SiC)是一种由碳和硅元素稳定结合而成的晶体材料,具有高温稳定性、高硬度、耐腐蚀性等优异特性,在能源、电子、半导体、陶瓷和涂层等领域应用广泛。

碳化硅(SiC)是一种由石英砂、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的无机物,其化学式为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。

物理性质

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1、外观:通常是黄色至绿色晶体,其纯度取决于生产过程中的杂质含量。

2、密度:3.21g/cm³。

3、熔点:在升华温度约2700°C分解,而不是像硅那样在较低温度下熔化。

4、硬度:莫氏硬度为9.5级,仅次于金刚石。

5、热导率:高热导率,是硅的45倍。

6、热膨胀系数:低热膨胀系数,使其在高温应用中具有更好的性能。

化学性质

1、稳定性:化学性能稳定,耐腐蚀性良好,室温条件下不与任何已知的酸发生反应。

2、氧化性:长时间置于空气中会缓慢形成一层致密SiO₂薄层,阻止进一步的氧化反应。

制备方法

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1、碳热还原法:将硅粉末与碳源在高温下反应,生成碳化硅颗粒。

2、化学气相沉积法:气体中的硅源和碳源在高温下分解并沉积在基底上,形成薄膜状的碳化硅材料。

3、热解法:利用有机硅前体在高温下裂解,生成碳化硅颗粒。

应用领域

1、电子器件:作为宽禁带半导体的代表材料,用于制造耐高温、耐高压、拥有更高的热导率、高频、抗辐射及大功率的器件,如功率放大器、射频开关、二极管、MOSFET等。

2、能源领域:用于先进的燃气涡轮发动机、核能和太阳能等应用,提高能源转化效率。

3、陶瓷制品:由于其高硬度和抗磨损性,用于制造陶瓷刀具、磨料和陶瓷轴承等。

4、涂层技术:提供耐磨损、耐腐蚀的表面保护,应用于航空、汽车、化工等领域。

历史发展

1、发现:1891年,美国人艾奇逊在电熔金刚石实验时偶然发现了这种碳化物。

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2、命名:最初误认为是金刚石的混合体,故取名金刚砂,后来确定其化学式为SiC。

3、工业应用:1893年,艾奇逊研究出了工业冶炼碳化硅的方法——艾奇逊炉,此后,碳化硅开始被大规模生产并用作磨料等。

4、半导体应用:随着半导体技术的发展,碳化硅作为第三代半导体材料的代表之一,逐渐在电子器件领域得到广泛应用。

FAQs

1、什么是碳化硅?

碳化硅是由石英砂、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的一种无机物。

2、碳化硅的主要用途是什么?

碳化硅主要用于磨料、耐磨剂、高级耐火材料、精细陶瓷以及高科技半导体材料等领域,还广泛应用于电子器件、能源产业、陶瓷制品和涂层技术等领域。

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