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2022-10-04 09:04:24

碳化硅(SiC)因其很大的硬度而成为一种重要的磨料,但其应用范围却超过一般的磨料。例如,它所具有的耐高温性、导热性而成为隧道窑或梭式窑的窑具材料之一,它所具有的导电性使其成为一种重要的电加热元件等。制

    碳化硅(SiC)因其很大的硬度而成为一种重要的磨料,但其应用范围却超过一般的磨料。例如,它所具有的耐高温性、导热性而成为隧道窑或梭式窑的窑具材料之一,它所具有的导电性使其成为一种重要的电加热元件等稀硅合金。制备SiC制品首先要制备SiC冶炼块[或称:SiC颗粒料碳化硅球,因含有C且超硬,因此SiC颗粒料曾被称为:金刚砂。但要注意:它与天然金刚砂(也称:石榴子石)的成分不同。在工业生产中,SiC冶炼块通常以石英、石油焦等为原料,辅助回收料、乏料,经过粉磨等工序调配成为配比合理与粒度合适的炉料(为了调节炉料的透气性需要加入适量的木屑,制备绿碳化硅时还要添加适量)经高温制备而成。高温制备SiC冶炼块的热工设备是的碳化硅电炉,其结构由炉底、内面镶有电极的端墙、可卸式侧墙、炉心体(全称为:电炉中心的通电发热体,一般用石墨粉或石油焦炭按一定的形状与尺寸安装在炉料中心硅碳球,一般为圆形或矩形。其两端与电极相连)等组成。该电炉所用的烧成方法俗称:埋粉烧成。它一通电即为加热开始,炉心体温度约2500℃,甚至更高(2600~2700℃),炉料达到1450℃时开始合成SiC(但SiC主要是在≥1800℃时形成),且放出co。然而硅锰球,≥2600℃时SiC会分解,但分解出的si又会与炉料中的C生成SiC。每组电炉配备一组变压器,但生产时只对单一电炉供电,以便根据电负荷特性调节电压来基本上保持恒功率,大功率电炉要加热约24 h,停电后生成SiC的反应基本结束,再经过一段时间的冷却就可以拆除侧墙,然后逐步取出炉料。

        近日科技部高新司在组织召开“十二五”期间863计划重点支持的“第三代半导体器件制备及评价技术”项目验收会。通过项目的实施,我国在第三代半导体关键的碳化硅和氮化材料、功率器件、封装以及可见光通信等领域取得突破。

中国开展SiC、GaN材料和器件方面的研究工作比较晚,与国外相比水平较低,阻碍国内第三代半导体研究进展的重要因素是原始问题。随着国家对第三代半导体材料的重视,近年来,我国半导体材料市场发展迅速。其中以碳化硅与氮化为主的材料备受关注。我们认为,该项目取得的进展,显示出我国在半导体前沿材料的研究方面取得了突破进展,有助于支撑我国在节能减排、现代信息工程、现代建设上的重大需求。

碳化硅主要有四大应用领域,即:功能陶瓷、高耐火材料、磨料及冶金原料。碳化硅粗料已能大量供应,不能算高新技术产品,而技术含量极高的纳米级碳化硅粉体的应用短时间不可能形成规模经济。    ⑴作为磨料,可用来做磨具,如砂轮、油石、磨头、砂瓦类等。    ⑵作为冶金脱氧剂和耐高温材料。    ⑶高纯度的单晶,可用于制造半导体、制造碳化硅纤维。    主要用途:用于3—12英寸单晶硅、多晶硅、石英晶体等线切割。太阳能光伏产业、半导体产业、压电晶体产业工程性加工材料。用于半导体、避雷针、电路元件、高温应用、紫外光侦检器、结构材料、天文、碟刹、离合器、柴油微粒滤清器、细丝高温计、陶瓷薄膜、裁切工具、加热元件、、珠宝、钢、护具、触媒担体等领域。     碳化硅至少有70种结晶型态。α-碳化硅为常见的一种同质异晶物,在高于2000 °C高温下形成,具有六角晶系结晶构造(似纤维锌矿)。β-碳化硅,立方晶系结构,与钻石相似,则在低于2000 °C生成,结构如页面附图所示。虽然在异相触媒担体的应用上,因其具有比α型态更高之单位表面积而引人注目,但直至今日,此型态尚未有商业上之应用。    因其3.2g/cm3的比重及较高的升华温度(约2700 °C),碳化硅很适合做为轴承或高温炉之原料物件。在任何已能达到的压力下,它都不会熔化,且具有相当低的化学活性。由于其高热导性、高崩溃电场强度及高大电流密度,在半导体高功率元件的应用上,不少人试着用它来取代硅[1]。此外,它与微波辐射有很强的耦合作用,并其所有之高升华点,使其可实际应用于加热金属。碳化硅由于化学性能稳定、导热系数高、热膨胀系数小、耐磨性能好,除作磨料用外,还有很多其他用途低品级碳化硅(含硅约85%)是的脱氧剂,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,碳化硅材料用途十分广泛,在耐火材料方面碳化硅也是十分有益的材料。由于碳化硅具有较高的熔点(或分解温度)、化学稳定性,因此碳化硅可以被称为优良的耐火材料.
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