碳化硅是一種人造材料，只是在人工合成碳化硅之后，才證實(shí)隕石中及地殼上偶然存在碳化硅。碳化硅的分子式為 SiC，分子量為 40.07，質(zhì)量百分組成為 70.04的硅與 29.95 的碳，碳化硅的理論密度為 3.16-3.2g/cm3。

碳化硅陶瓷與其他耐高溫結(jié)構(gòu)陶瓷的物理性能比較

SiC 是以共價鍵為主的共價化合物，由于碳和硅兩元素在形成 SiC 晶體時，它的基本單元是四面體，所有 SiC 均由 SiC 四面體堆積而成，所不同的只是平行結(jié)合和反平行結(jié)合，從而形成具有金剛石結(jié)構(gòu)的 SiC。SiC 共有 75 種變體，如 3C-SiC、 4HSiC、 15R-SiC 等，其中α -SiC、β -SiC 最為常見。β -SiC 的晶體結(jié)構(gòu)為立方晶系，Si 和 C 分別組成面心立方晶格；α -SiC 存在著 4H、 15R 和 6H 等 100 余種多型體，其中， 6H 多型體為工業(yè)應(yīng)用上最為普遍的一種。在 SiC 的多種型體之間存在著一定的熱穩(wěn)定性關(guān)系，在溫度低于 1600℃時， SiC 以β -SiC 形式存在。當(dāng)高于 1600℃時，β -SiC 緩慢轉(zhuǎn)變成α -SiC 的各種多型體。4H-SiC 在 2000℃左右容易生成；15R 和6H 多型體均需在 2100℃以上的高溫才易生成；對于 6H-SiC，即使溫度超過 2200℃，也是非常穩(wěn)定的。SiC 中各種多型體之間的自由能相差很小，因此，微量雜質(zhì)的固溶也會引起多型體之間的熱穩(wěn)定關(guān)系變化。

在工業(yè)生產(chǎn)中，用于合成 SiC 的石英砂和焦炭通常含有 Al 和 Fe 等金屬雜質(zhì)。其中雜質(zhì)含量少的呈綠色，被稱為綠色碳化硅；雜質(zhì)含量多的呈黑色，被稱為黑色碳化硅。一般碳化硅含量愈高、顏色愈淺，高純碳化硅應(yīng)為無色。

目前，碳化硅陶瓷的研究熱點(diǎn)是納米級復(fù)合材料合成和高溫自蔓燃（SHS 法）納米復(fù)相陶瓷。在粉末的制備技術(shù)方面，溶膠－凝膠法（ Sol－ Gel 法）、化學(xué)氣相法（CVD 法）和高溫自蔓燃（SHS 法）合成三足鼎立；從低成本和實(shí)用化來看，無機(jī)溶膠－凝膠法（Sol－ Gel 法）和高溫自蔓燃（SHS 法）合成較為優(yōu)勢；在成形技術(shù)方面，膠態(tài)分散成形、注漿成形和等靜壓成形引人注目；在燒結(jié)技術(shù)方面，除刀具外，一般更傾向于常壓燒結(jié)或氣氛燒結(jié)。

SiC 是強(qiáng)共價鍵結(jié)合的化合物， 燒結(jié)時的擴(kuò)散速率相當(dāng)?shù)停词乖?2100 ℃的高溫下， C 和Si 的自擴(kuò)散系數(shù)也僅為 1.5× 10-10cm2/s 和 2.5× 10-13cm2/s。所以，很難燒結(jié) SiC，必須借助添加劑形成特殊的工藝手段促進(jìn)燒結(jié)。目前制備高溫 SiC 陶瓷的方法主要有無壓燒結(jié)、熱壓燒結(jié)、熱等靜壓燒結(jié)、反應(yīng)燒結(jié)等。常壓燒結(jié)被認(rèn)為是 SiC 燒結(jié)最有前途的燒結(jié)方法，通過常壓燒結(jié)工藝可以制備出大尺寸和復(fù)雜形狀的 SiC 陶瓷制品。

由于其優(yōu)異的奈高溫，耐腐蝕性能，碳化硅陶瓷件已經(jīng)廣泛應(yīng)用于高溫軸承、防彈板、噴嘴、高溫耐蝕部件以及高溫和高頻范圍的電子設(shè)備零部件等領(lǐng)域。

來源：晶格半導(dǎo)體