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碳化硅的历史与应用

时间:2019-12-12 作者:admin 来源:本站

碳化硅是由美国人艾奇逊在1891年电熔金刚石实验时,在实验室偶然发现的一种碳化物,当时误认为是金刚石的混合体,故取名金刚砂,1893年艾奇逊研究出来了工业冶炼碳化硅的方法,也就是大家常说的艾奇逊炉,一直沿用至今,以碳质材料为炉芯体的电阻炉,通电加热石英SIO2和碳的混合物生成碳化硅。碳化硅陶瓷由于化学性能稳定、耐磨性能好、导热系数高、热膨胀系数小、除作磨料用外,还有很多其他用途,例如:以特殊工艺把碳化硅粉末涂布于水轮机叶轮或汽缸体的内壁,可提高其耐磨性而延长使用寿命1~2倍;用以制成的高级耐火材料,耐热震、体积小、重量轻而强度高,节能效果好。低品级碳化硅(含SiC约85%)是极好的脱氧剂,用它可加快炼钢速度,并便于控制化学成分,提高钢的质量。此外,碳化硅还大量用于制作电热元件硅碳棒。碳化硅陶瓷的硬度很大,莫氏硬度为9.5级,仅次于世界上最硬的金刚石(10级),具有优良的导热性能,是一种半导体,高温时能抗氧化。
碳化硅陶瓷

  
高强度

高硬度

低密度

高导热率


高弹性模量


高抗热震性

优越的化学惰性

低热膨胀


这些高强度、较持久耐用的碳化硅陶瓷陶瓷广泛用于各类应用,如窑炉配件、碳化硅陶瓷也用于在高温和/或高压环境中工作的半导体电子设备,如火焰点火器、电阻加热元件以及恶劣环境下的电子元器件。
碳化硅陶瓷 在汽车中的应用

碳化硅陶瓷在汽车中的一个主要用途就是高性能“陶瓷”制动盘。硅与复合材料中的石墨结合形成了碳纤维增强碳化硅 (C/SiC)。这种制动盘用于一些运动型轿车、超级跑车以及其它顶级车型。

碳化硅陶瓷 在汽车中的另一个应用是用作油品添加剂。作此用途时,SiC 可减少摩擦、辐射以及谐波。

碳化硅陶瓷 的早期应用

 LED

电致发光现象最早于 1907 年使用碳化硅发光二极管 (LED) 发现。很快,第一批商用 SiC 基 LED 就生产出来了。20 世纪 70 年代,前苏联生产出了黄色 SiC LED,20 世纪 80 年代蓝色 LED 在世界范围内广泛生产。后来推出了氮化镓 (GaN) LED,这种 LED 发出的光比 SiC LED 明亮数十倍乃至上百倍,SiC LED 也因此几乎停产。然而,SiC 仍然是常用于 GaN 设备的基底,同时还用作高功率 LED 散热器。

 避雷器

达到阈值电压 (VT) 前,SiC 都具有较高的电阻。达到阈值电压后,其电阻将大幅下降,直至施加的电压降到 VT 以下。最早利用该特性的 SiC 电气应用是配电系统中的避雷器

  
由于 碳化硅陶瓷 拥有压敏电阻,因此 SiC芯块柱可连接在高压电线和地面之间。如电源线遭雷击,线路电压将上升并超过 SiC 避雷器的阈值电压 (VT),从而将雷击电流导向并传至地面(而非电力线),因此不会造成任何伤害。但是,这些 SiC 避雷器在电力线正常工作电压下过于导电。因而必须串联一个火花隙。当雷击使电源线导线的电压上升时,火花隙将离子化并导电,将 SiC 避雷器有效地连接在电力线和地面之间。后来,相关人员发现避雷器中使用的火花隙并不可靠。由于材料失效、灰尘或盐侵等原因,可能出现火花隙在需要时无法触发电弧,或者电弧在闪电结束后无法猝熄的情况。

  碳化硅陶瓷研磨片

碳化硅在许多工业应用中仍被用作磨料。它主要用作电子工业中的抛光膜,用于在拼接前抛光光纤的两端。这些光阑可以为光纤接头提供有效操作所需的高光洁度http://bellartesingers.com