一、碳化硅陶瓷是什么？ 

碳化硅陶瓷是结构陶瓷中使用最广泛的材料之一。由于其拥有相对较低的热膨胀，较大比强度，较高的导热性和硬度，耐磨损性和耐腐蚀性，以及最重要的是，在高达1650°C的高温下依然能保持良好的性能，这些特性使得碳化硅陶瓷在各个领域都得到广泛的应用。

二、碳化硅陶瓷制造技术

碳化硅陶瓷常见烧结方法：常压烧结、反应烧结、液相和固态烧结。

反应烧结碳化硅（RSSC）制备工艺中，首先将α-SiC粉末与特定添加剂混合，经压制形成预成型体（素坯）。随后，该素坯在1500°C的高温环境下与液态硅接触，坯体内部的碳与硅发生反应，生成β-SiC相，同时保留原有α-SiC相。这一过程中，未反应的硅填充了材料中的气孔，实现了材料的高密度化，最终形成具有优良结构稳定性的碳化硅陶瓷。值得注意的是，这种材料的稳定结构可保持至1370°C，在1410°C时硅才开始熔化。

采用此方法，预成型体可通过传统陶瓷加工技术制备，而1500°C的相对较低反应温度，以及对原料粉末粒径和纯度的宽松要求，使得RSSC的生产成本得到有效控制，能够以相对经济的价格实现高品质产品的制造。

三、碳化硅陶瓷性能

碳化硅陶瓷以其卓越的热导率和热扩散率，在众多结构陶瓷中独占鳌头，远超同类材料。然而，其高弹性模量和较大热膨胀系数的特性，导致其在抗热震性方面表现不佳，这一性能显著弱于氮化硅，仅略微优于氧化锆陶瓷。材料的热震性能优劣，实际上取决于具体应用场景。在面临急剧温度波动的环境下，氮化硅会是更优的选择；而当温度变化相对平缓时，碳化硅的高导热性将使其展现出更佳的性能。

相较于其他结构陶瓷，碳化硅的抗断裂性能略显逊色，这一特性引发了业界对其在内燃机部件，如涡轮转子等应用中的可靠性疑虑，因为这些部件在运行中可能遭受外力导致的断裂。然而，碳化硅作为出色的磨料，在磨损测试中展现出对颗粒和混合物优异的抗损能力。值得注意的是，尽管反应烧结碳化硅（RSSC）具有诸多优势，但它在对抗酸、碱以及高温燃烧产物的侵蚀方面，表现不如单相烧结材料。

四、碳化硅陶瓷的应用场景

结构材料

在20世纪90年代，欧洲，日本和美国的多个研究机构对碳化硅陶瓷进行了研究，希望能替代镍合金制造涡轮机叶片或喷嘴叶片。

但这些研究项目由于低抗冲击性和低断裂韧性，均未能量产；像其他硬质陶瓷一样，碳化硅也被用在复合装甲以及防弹背心的陶瓷板中；碳化硅在高温窑炉中可用作支撑和搁架材料，例如用于烧制陶瓷，玻璃熔合或玻璃浇铸，碳化硅窑炉架子相比传统的氧化铝架子更轻，更耐用。

汽车零件

硅化碳-碳复合陶瓷能够承受极端温度，因此被用于制造高性能“陶瓷”制动刹车盘。但由于价格昂贵，目前这些制动盘只用于一些超级跑车以及其他高性能汽车上，包括保时捷Carrera GT、布加迪威龙、雪佛兰Corvette ZR1、迈凯轮P1、宾利、法拉利、兰博基尼和一些特定的高性能奥迪汽车。当然，它也被用作油类添加剂，以减少摩擦、排放和噪音。

研磨和切割工具

由于碳化硅陶瓷材料的耐用性和相对低的成本，因而成为现代宝石加工中常用的磨料。在生产中，其在磨削，珩磨，喷水切割和喷砂等研磨加工过程中使用。此外，将碳化硅颗粒层压到基板上，就形成了常用的砂纸。

1982年，科学家发明了一种氧化铝和碳化硅晶须的超强复合材料。该实验室仅用三年时间，由这种氧化铝和碳化硅晶须增强复合材料制成的商业切削刀具就被推向市场。

加热元件

碳化硅作为加热元件使用可以追溯到20世纪初，当时是由美国的金刚砂公司和柏林的EKL公司生产的，与金属加热器相比，碳化硅可以提供更高的工作温度。

如今，碳化硅元件被广泛用于玻璃和有色金属的熔化、金属的热处理、浮化玻璃生产、陶瓷和电子元件的生产、燃气加热器的指示灯中的点火器等。

未来展望

碳化硅的制造和使用已经一百多年历史了，其优异的性能正得到越来越多的认可和应用，工业制造的进步也为碳化硅陶瓷的发展提供了动力。

美国研究机构MarketWatch表示，近年来，越来越多的国家，特别是在拉丁美洲和中东等发展中地区以及亚太一些新兴经济体，正不断加大对先进陶瓷行业的投入，这有力地推动了整个行业的发展，前景十分广阔。

来源：粉体匠人