碳化硅陶瓷具有化学性能稳定、耐高温、耐磨损、耐腐蚀、导热系数高、热膨胀系数小、硬度高等优点，是诸多行业应用的理想材料。
一、碳化硅陶瓷的性能特点
碳化硅陶瓷作为一种高性能结构陶瓷材料，由于其晶体结构和Si-C键的高度共价特性（~88%），碳化硅陶瓷具有金属等结构材料无法比拟的优异综合性能：
2、低热膨胀系数、高热传导率，具有优良抗热冲击性；
6、电性能可通过掺杂来实现其绝缘、半导体到导体的转变；
二、碳化硅陶瓷的制备方法
由于碳化硅为强共价键化合物，且具有低的扩散系数，导致其在制备过程中的主要问题之一是烧结致密化困难。高致密碳化硅陶瓷制备方法包括反应烧结法、无压烧结（常压烧结）法、热压烧结法、热等静压烧结法等。
制备过程：采用高纯硅直接加热或通过二氧化硅还原或（聚）硅烷等高温热解获得液态硅或产生硅蒸气，通过毛细管作用液态硅或硅蒸气渗入碳化硅粉末和碳的多孔坯体中，在1450~1750℃温度下，硅与碳反应生成碳化硅，并与坯体中原有的碳化硅颗粒结合在一起形成高致密的碳化硅制品。
工艺特点：反应烧结法制备碳化硅陶瓷温度低，工艺过程和设备要求相对简单，成本较低。在烧结过程中体积收缩一般在3%以内，可以对制品尺寸进行比较精准的控制，实现近净尺寸烧结，适用于制备形状相对复杂的制品。
碳化硅陶瓷无压烧结有固相烧结和液相烧结致密化两种途径。
采用亚微米级碳化硅粉体为原料，以碳化硼和碳为烧结助剂，在2000~2200℃、真空或氩气气氛下烧结，可以获得相对密度达到95%以上的碳化硅制品。
以氧化铝及氧化钇等体系作为液相烧结助剂，在1900~2100℃温度下烧结，相对密度可达到97%以上。
需要外加压力使碳化硅实现致密化，对制品的形状没有限制，可以与各种成型方法相配合，是最为经济实用的碳化硅陶瓷制备方法。
与无压烧结工艺相类似，热压烧结碳化硅也需要烧结助剂，包括碳化硼、氧化铝、铝、氮化铝、氮化硼、氧化硼等。常用的热压烧结压力一般在20~40兆帕，烧结温度为1900~2100℃。
热压烧结碳化硅陶瓷具有高强高致密的特点，但设备成本较高，单次制备产率低。因此制品价格较高，主要应用于对部件力学性能和可靠性要求很高的苛刻工作环境。
有包封条件下碳化硅素坯的等静压烧结直接致密化和无包封条件下预烧结样品的等静压烧结进一步致密化两种。前者是用高熔点玻璃将成型的碳化硅素坯包封好后再进行烧结，后者是将经过于少杰、相对密度在90%以上、开口气孔率较低的样品再进行热等静压烧结致密化处理。
三、碳化硅陶瓷的应用领域
碳化硅陶瓷材料具有良好的耐磨性、导热性、抗氧化性以及优异的高温力学性能，被广泛应用于能源环保、化工机械、半导体、国防军工等领域。
碳化硅陶瓷可用做高温窑具材料，如碳化硅横梁、碳化硅冷风管、碳化硅棍棒等。由于碳化硅陶瓷突出的高温强度、优良的抗高温蠕变能力以及抗热震性，使其成为火箭、飞机、汽车发动机和燃气轮机中热机部件的主要材料之一，主要作为静态热机部件使用。
碳化硅陶瓷具有优异的高温性能和高导热系数，因此在钢铁、冶金等行业的工业窑炉的热交换系统也多使用碳化硅陶瓷，如碳化硅喷火嘴、碳化硅换热器、碳化硅辐射管、碳化硅热电偶保护套等。
碳化硅陶瓷材料具有优异的化学、物理稳定性，是生产脱硫喷嘴的合适材料。此外，化学工业中的磁力泵、屏蔽泵中的各类部件也多使用碳化硅陶瓷材料。
图 磁力泵、屏蔽泵
碳化硅的高硬度和较低摩擦系数赋予其优异的耐磨性能，特别适合各种滑动摩擦磨损工况，可加工成各种形状、尺寸精度和表面光洁度高的密封环，作为机械密封在许多苛刻环境下使用，具有气密性好、寿命长等特点。
图 碳化硅密封环
碳化硅被认为是最具发展潜力的高性能防弹装甲材料之一，可用于用于防弹衣、防弹装甲制作，硬度仅次于金刚石和碳化硼，莫氏硬度达到9.2~9.6，具有高硬度、高弹性模量。
碳化硅材料质量较轻、比刚度大、热膨胀系数小，满足空间反射镜对材料的物理性能、光学性能和工艺性能的要求。
图 碳化硅反射镜在遥感卫星中的应用，来源：宁波伏尔肯招股书
在半导体领域，碳化硅可以用于制作半导体设备用研磨盘、吸盘、晶舟、夹具等零部件，具备高精密、高纯度、强耐化学和离子腐蚀能力的特点。
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原文始发于微信公众号（艾邦陶瓷展）：一文了解碳化硅陶瓷的特点及应用
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