一、碳化硅陶瓷及其性能特點(diǎn)
21世紀(jì)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，信息、能源、材料、生物工程已經(jīng)成為當(dāng)今社會(huì)生產(chǎn)力發(fā)展的四大支柱，碳化硅由于化學(xué)性能穩(wěn)定、導(dǎo)熱系數(shù)高、熱膨脹系數(shù)小、密度小、耐磨性能好、硬度大、機(jī)械強(qiáng)度高、耐化學(xué)腐蝕等特點(diǎn)，在材料領(lǐng)域發(fā)展迅速，普遍用于陶瓷球軸承、閥門、半導(dǎo)體材料、陀螺、測(cè)量?jī)x、航空航天等領(lǐng)域。
碳化硅陶瓷是從20世紀(jì)60年代開始發(fā)展起來(lái)的，之前碳化硅主要用于機(jī)械磨削材料和耐火材料。世界各國(guó)對(duì)先進(jìn)陶瓷的產(chǎn)業(yè)化十分重視，現(xiàn)在已經(jīng)不僅僅滿足于制備傳統(tǒng)碳化硅陶瓷，生產(chǎn)高技術(shù)陶瓷的企業(yè)發(fā)展更快，尤其是發(fā)達(dá)國(guó)家。近幾年以碳化硅陶瓷為基的復(fù)相陶瓷相繼出現(xiàn)，改善了單體材料的韌性和強(qiáng)度。碳化硅主要的四大應(yīng)用領(lǐng)域，即功能陶瓷、高級(jí)耐火材料、磨料及冶金原料。
二、碳化硅陶瓷的應(yīng)用舉例
1.碳化硅磨料磨具
碳化硅的硬度很大、可制備成各種磨削用的砂輪、砂紙和磨料，主要用于機(jī)械加工行業(yè)。碳化硅的莫氏硬度為9.2~9.6，僅次于金剛石和碳化硼，是一種常用的磨料。碳化硅磨料的化學(xué)成分包括碳化硅、游離碳和Fe2O3,磨料化學(xué)成分具體見表2。碳化硅的含量越高，其硬度與磨削性能就越好。我國(guó)工業(yè)碳化硅主要作磨料用。磨料在工業(yè)上應(yīng)用非常廣泛，特別是加工高精度的零件或者很硬的零件，磨料磨具必不可少。
對(duì)于刀具的刃磨和堅(jiān)硬材料的切割，砂輪也是必不可少的工具。碳化硅砂輪是用磨料和結(jié)合劑樹脂等制成的中央有通孔的圓形固結(jié)磨具，它在模具中使用量最大。碳化硅主要成分為黑碳化硅和綠碳化硅兩種。黑碳化硅相對(duì)綠碳化硅硬度較低，用來(lái)磨硬度較低的材料，如鑄鐵和非金屬材料；鋁碳化硅適合磨削硬質(zhì)合金，光學(xué)玻璃、碳合金之類的東西。還有一種立方碳化硅專用于微型軸承的超精磨。在相同粒度的其他磨料中，立方碳化硅的加工效率最高。
在汽車制造業(yè)中，活塞環(huán)與氣缸、閥門與閥座之間的配合，變速器和齒輪的精度等，都要磨料和模具加工。
2.碳化硅復(fù)合材料
碳化硅基復(fù)合材料（SiC-CMC）以其高韌性、高強(qiáng)度和優(yōu)異的抗氧化性能等在宇航領(lǐng)域的高溫?zé)峤Y(jié)構(gòu)方面得到了廣泛的應(yīng)用。SiC-CMC的制備過(guò)程包括纖維預(yù)制成型、高溫處理、中間相涂層、基體致密化和后處理。高強(qiáng)碳纖維強(qiáng)度高，韌性也很好，用其制作的預(yù)制體具有良好的力學(xué)特性。中間相涂層（即界面技術(shù)）是制備過(guò)程中的關(guān)鍵技術(shù)，制備中間相涂層的方法有化學(xué)氣相滲透法（CVI）、化學(xué)氣相沉積法（CVD）、凝膠-溶膠法（Sol-gcl）、聚合物浸漬裂解法（PLP），最適合制備碳化硅基復(fù)合材料的是CVI法和PIP法。界面涂層的材料有熱解碳、氮化硼和碳化硼，其中碳化硼作為一種抗氧化界面涂層越來(lái)越受到重視。通常在氧化條件中長(zhǎng)期使用的SiC-CMC，還需進(jìn)行抗氧化處理即通過(guò)CVD工藝在制品表面沉積一層厚度約100μm的致密碳化硅，提高其高溫抗氧化性能。
3.碳化硅陶瓷球
碳化硅陶瓷球具有優(yōu)良的力學(xué)性能、優(yōu)良的抗氧化性、高的抗磨損性以及低的摩擦系數(shù)等。碳化硅陶瓷球高溫強(qiáng)度高，普通陶瓷材料在1200 ~ 1400攝氏度時(shí)強(qiáng)度將顯著降低，而碳化硅在1400攝氏度時(shí)抗彎強(qiáng)度仍保持在500 ~600MPa的較高水平，因此其工作溫度可達(dá)1600 ~ 1700攝氏度。
碳化硅陶瓷球的適用范圍：在石油、化工、微電子、汽車、航天、航空、造紙、激光、礦業(yè)及原子能等工業(yè)領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，碳化硅已經(jīng)廣泛應(yīng)用于高溫軸承、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。
4.其他應(yīng)用
碳化硅陶瓷是制造密封環(huán)的理想材料，它與石墨材料組合配對(duì)時(shí)，其摩擦系數(shù)比氧化鋁陶瓷和硬質(zhì)合金小，具有良好的自潤(rùn)滑性能，因而可用于高PV值，使密封件的使用壽命及工作可靠性提高，特別是輸送強(qiáng)酸、強(qiáng)堿的工況中使用。
碳化硅陶瓷廣泛用于防彈裝甲中，如車輛、艦船的防護(hù)以及民用保險(xiǎn)柜、運(yùn)鈔車的防護(hù)中。碳化硅陶瓷的彈道性能優(yōu)于氧化鋁陶瓷，約為碳化硼陶瓷的70%-80%，但由于價(jià)格較低，特別適合用于用量大、且防護(hù)裝甲不能過(guò)厚、過(guò)重的場(chǎng)合。
用作噴嘴的陶瓷材料有多種，常用的是氧化鋁、碳化硅和碳化硼陶瓷等。氧化鋁陶瓷噴嘴的價(jià)格低，但由于硬度低，其耐磨性較差，多用于噴砂工作量不大的場(chǎng)合。碳化硅陶瓷的使用壽命是氧化鋁陶瓷的3~5倍，與硬質(zhì)合金相當(dāng)，多用于硬質(zhì)合金的替代品，特別是手持噴槍的工況中使用。
隨著工業(yè)化的發(fā)展，特別是ISO14000國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的貫徹執(zhí)行，對(duì)不利于環(huán)境保護(hù)液體的輸運(yùn)提出了更高的要求。磁力泵由于采用靜密封代替機(jī)械密封、填料密封等動(dòng)密封，因而泄漏更小、可靠性更高、使用壽命更長(zhǎng)。對(duì)于磁力泵要求免維護(hù)的時(shí)間為八年，即要求連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)八年不得拆卸，因而對(duì)磁力泵件的選材提出了極為苛刻的要求。如泵中的泵軸、止推盤、軸套等，必須耐磨損、耐腐蝕。而目前能滿足上述條件的材料只有碳化硅陶瓷最合適。