什么是碳化硅(SiC)陶瓷?

自 19 世纪末以来,这种硅和碳的化合物被称为碳化硅陶瓷 (SiC),已从磨料粉演变为高性能工程的基石材料。如今,碳化硅陶瓷在从半导体和电子到航空航天、汽车、能源和化学加工等行业中不可或缺。

什么是碳化硅?从科学角度来说,它是一种共价键合的碳化硅化合物,化学式为SiC,表现出独特的晶体结构,可以存在于不同的多型(3C、4H、6H)中。其高硬度 (Mohs 9.5)、低密度 (~3.1 g/cm³)、高熔化温度 (~2,700 °C) 和优异的碳化硅导热性使其成为金属或塑料失效的苛刻应用的理想选择。

在致好陶瓷,我们提供根据客户要求量身定制的工程碳化硅零件,提供无与伦比的精度、一致性和可靠性。

碳化硅陶瓷的优点

机械、热和电性能的独特组合使 SiC 在技术陶瓷中脱颖而出。

碳化硅的维氏硬度约为 22 GPa,接近金刚石和立方氮化硼的硬度。这使得 SiC 成为耐磨零件、密封圈和磨料的理想选择。

碳化硅密度通常在 3.02–3.15 g/cm³ 之间,它具有卓越的强度,但重量不过重,这在航空航天和汽车系统中是一个重要优势。

SiC导热系数超过100 W/m·K,是热交换器、半导体晶圆、电力电子基板的优良材料。

~4 × 10⁻⁶/K 的热膨胀系数 (SiC CTE) 确保了出色的尺寸稳定性,即使在热冲击和温度波动的情况下也是如此。

耐酸、盐和大多数化学品,同时在 1,300 °C 以上形成保护性 SiO₂ 膜以抗氧化。

碳化硅的电性能使其可以用作宽禁带半导体,非常适合高功率、高温电子设备。

其硬度、强度和耐腐蚀性的结合意味着碳化硅产品在恶劣环境中的性能显着优于金属和聚合物。

行业应用

碳化硅的使用由于其卓越的性能而跨越众多行业:

在航空航天领域,碳化硅应用包括涡轮部件、发动机部件和热保护系统。其高温能力和轻质特性使其成为这些苛刻环境的理想选择。碳化硅陶瓷由于其卓越的硬度和轻质特性,还用于车辆和人员的装甲保护系统。

SiC 的半导体特性彻底改变了电力电子设备。与传统硅半导体相比,碳化硅技术可实现更高效的功率转换、更高的频率作和更好的热管理。这使得它对于能源应用中的逆变器、转换器和电源非常有价值。

在工业环境中,喷嘴、密封件、轴承和切削工具等碳化硅产品具有卓越的耐磨性和使用寿命。该材料的硬度和化学惰性使其成为这些要求苛刻的应用的理想选择。

汽车行业将 SiC 用于制动盘、离合器部件和陶瓷过滤器。在电动汽车中,碳化硅半导体对于功率控制系统至关重要,可以提高效率并减少热量产生。

在半导体制造中,碳化硅陶瓷用于晶圆加工夹具、敏感器和抗等离子体元件。该材料的纯度、热稳定性和抗等离子体性使其成为这些关键应用的理想选择。

碳化硅管、热交换器和反应室在化学加工环境中具有卓越的耐腐蚀性。该材料可承受腐蚀性酸、碱和高温,金属会迅速降解。

SiC 的抗辐射性和高温稳定性使其适用于核应用,包括先进反应堆设计中的燃料包壳和结构部件。

碳化硅陶瓷的类型

在致好,我们提供提供一系列针对应用进行优化的高性能碳化硅材料,以满足不同的工程要求:

碳化硅的主要性能

性能 单位 无压碳化硅 反应碳化硅 氮化硅
颜色 —— 深灰色 深灰色 深灰色
密度 g/cm³ 3.15 3.02 3.2
孔隙率 % ≤0.1 ≤0.1 ——
硬度 GPa 22 22 15
抗压强度 MPa 2600 2600 2500
抗弯强度 MPa 400 250 700
弹性模量 GPa 410 330 300
最高使用温度 1400 1000 1100
热导率 W/(m・K) 100~120 45(1200℃) 15~20
热膨胀系数 1 x 10-6/°C 4 4.5 3

*以上数值为典型材料特性,可能因产品配置和制造工艺而异。如需了解更多详情,请随时联系我们。

碳化硅材料的化学性质

当氧反应中的温度达到1300°C时,碳化硅晶体表面会形成一层二氧化硅的保护层。随着保护层的增厚,内部碳化硅受到抵抗并继续结合,使碳化硅结晶碳化硅具有良好的耐化学性。在耐腐蚀性方面,SiC材料由于二氧化硅保护膜的作用,具有较强的耐酸性,但耐碱性较差。

碳化硅陶瓷应用案例

致好陶瓷的碳化硅 (SiC) 陶瓷结合了出色的硬度、优异的导热性、卓越的耐磨性和卓越的化学稳定性,使其成为要求苛刻的工业应用中最先进的陶瓷材料之一。碳化硅陶瓷具有高熔点、低热膨胀和承受极端环境的能力,是需要耐用性、效率和长使用寿命的行业的理想选择。

碳化硅陶瓷的主要应用:

  • 机械密封圈和轴承
  • 航空航天部件
  • 碳化硅坩埚
  • 半导体晶圆载体和衬底
  • 汽车零部件
  • 核能和能源应用
  • 磨料和切削工具(金刚砂)
  • 热交换器和管材
  • 电子和电绝缘体
  • 定制精密陶瓷零件
氮化硅陶瓷衬套
反应碳化硅陶瓷衬套-碳化硅陶瓷-致好陶瓷

碳化硅陶瓷加工

碳化硅 (SiC) 陶瓷以其极高的硬度、高导热性和优异的耐磨性而闻名,使其成为最具加工挑战性的技术陶瓷之一。在致好陶瓷,我们提供全面的碳化硅加工服务,提供行业领先的精度、性能和可靠性。

在加工过程中,我们采用先进的金刚石磨削、精密研磨和精细抛光技术,以实现微米级公差和卓越的表面光洁度。这些功能使我们能够满足机械密封、半导体基板、坩埚、热交换器和航空航天部件的严格结构精度和表面质量要求。

凭借多年的技术专长和最先进的设备,大陶瓷不仅提供标准化的碳化硅零件,还根据特定的工业需求开发定制的复杂组件,确保在极端工况下具有高可靠性和长使用寿命。

数控磨削和铣削

CNC 铣削、车削和磨削,公差达到微米级。

研磨和抛光

表面抛光可获得光滑的表面和光学级表面。

陶瓷基板的激光加工

陶瓷激光切割

用于复杂几何形状的激光钻孔和切割。

金属和陶瓷钎焊组件-600x600

金属化和焊接

用于陶瓷-金属钎焊的金属化(Mo/Mn、W)。

常见问题解答

碳化硅 (SiC) 是硅和碳的合成化合物,以其卓越的硬度、热稳定性和耐化学性而闻名。它在自然界中很少以矿物莫桑石的形式出现,但广泛生产用于工业应用。碳化硅的定义包括简单化合物和由此衍生的先进陶瓷材料。

是的,碳化硅是一种陶瓷材料,特别是先进的技术陶瓷。与传统的粘土基陶瓷不同,碳化硅是一类被称为“先进”、“工程”或“技术”陶瓷的材料的一部分,其特点是具有卓越的机械、热和电气性能。

碳化硅的应用范围广泛,包括磨料、耐火材料、陶瓷装甲、半导体电子、加热元件和高温部件。碳化硅的具体应用包括机械密封、切削工具、熔炉部件、电力电子设备和工业设备中的耐磨部件。

碳化硅是通过多种工艺制成的。传统的艾奇逊方法涉及将硅砂和碳在电炉中加热至 2200°C 以上的温度。对于更高纯度的材料,使用化学气相沉积 (CVD)。为了制造固体碳化硅陶瓷,将粉末成型并在高温(2000-2200°C)下烧结以达到致密化。

碳化硅的电性能差异很大。纯 SiC 是一种带隙宽约是硅的三倍的电化学半导体。然而,碳化硅的电导率可以通过掺杂特定元素来改变。有些牌号可以导电,而另一些牌号是绝缘体。碳化硅的导电性使其对于在高温、高频或高功率水平下运行的电子设备非常有价值。

碳化硅非常坚硬,莫氏硬度为 9.2-9.5,略低于金刚石 (10) 和碳化硼 (9.5+)。其硬度约为 2500-2800 kgf/mm²(维氏),使其成为市售最硬的材料之一。这种极高的硬度有助于其出色的耐磨性和耐磨性。

碳化硅具有很高的机械强度,抗弯强度通常在 300-600 MPa 之间。它在高温下保持这种强度——在 1400°C 时,它保留了大约 85% 的室温强度。碳化硅的强度加上其相对较低的密度,使其与金属和其他陶瓷相比具有出色的强度重量比。

先进陶瓷制造专家

为什么选择我们生产碳化硅陶瓷?

  • 材料专业知识 – 对 SiC 特性的深入了解可确保最佳解决方案。
  • 先进制造 – 精密研磨和抛光,实现微米级精度。
  • 定制 – 从标准零件到复杂组件。
  • 质量保证 – 对可靠性和性能进行严格测试。
  • 全球影响力 – 受到全球各行业的信赖。

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