文献综述

引言

碳化硅是一种人造材料，只是在人工合成碳化硅之后，才证实陨石中及地壳上偶然存在碳化硅，碳化硅的分子式为SiC，分子量为40.07,质量百分组成为70.045的硅与29.955的碳，碳化硅的密度为3.16～3.2g/cm³。由于碳化硅陶瓷具有诸多优异的性能，近年来被广泛应用于航空航天、机械工业、电子等各个领域，市场前景广阔，因此，研究其性能与应用具有十分重要的意义^[1]。

碳化硅陶瓷在许多工业领域中的应用显示了其优良的性能，因而引起了人们的普遍重视。在无机非金属材料领域中碳化硅陶瓷是一个很大的家族，其触角几乎伸遍了所有的工业领域。但是由于碳化硅陶瓷的难烧结性，因而它的制作工艺复杂和生产成本较昂贵。由此降低碳化硅陶瓷的烧成温度和寻找新的廉价的生产工艺仍是材料工作者的研究重点，同时挖掘和开发碳化硅陶瓷(粉末)的所有优点造福于人类是我们工作的首要任务。我们相信碳化硅陶瓷将有广阔的发展和应用前景^[2-3]。

1 碳化硅的结构、性质及应用

1.1碳化硅的结构

对碳化硅结晶结构的研究，揭示出它有许多不同结晶类型^[4]。从理论上讲，碳化硅均由[Si₄C]四面体堆积而成，所不同的只是平行结合或反平行结合。SiC有75种变体，如α-SiC、β-SiC、3C-SiC、4H-SiC、15R-SiC等。所有这些结构可分为立方晶系、六方晶系和菱形晶系，其中α-SiC、β-SiC最为常见。α-SiC是高温稳定型，β-SiC是低温稳定型。β-SiC在2100～2400℃可转变为α-SiC，β-SiC可在1450℃左右温度下由简单的硅和碳混合物制得。利用透射电子显微镜和X-射线衍射检测技术可对SiC显微体进行多型体分析和定量测定。为了区别各种不同的结构，需要有相应的命名方法。命名方法常用的是：把低温类型的立方碳化硅叫做β-SiC，而其余六方的、菱形的晶胞结构一律称为α-SiC。这种命名方法与相律惯例以及矿物学命名都不相符，但因其很方便，也就颇为流行。

1.2碳化硅的性质

碳化硅的化学稳定性与其氧化特性有密切关系^[5]。碳化硅本身很容易氧化，但它氧化之后形成了一层二氧化硅薄膜，氧化进程逐步被阻碍。在空气中，碳化硅于800℃时就开始氧化，但很缓慢；随着温度升高，则氧化速度急速加快。碳化硅的氧化速率，在氧气中比在空气中快1.6倍；氧化速率的速度随着时间推移而减慢。如果以时间推移对氧化的数量描图，可以得到典型的抛物线图形。这反映出二氧化硅保护层对碳化硅氧化速率的阻碍作用。氧化时，若同时存在着能将二氧化硅薄膜移去或使之破裂的物质，则碳化硅就易被进一步氧化。例如：铁、锰等金属有几种化合价，其氧化物能将碳化硅氧化，并且又能与二氧化硅生成低熔点化合物，能侵蚀碳化硅。例如，FeO在1300℃MnO在1360℃能侵蚀碳化硅；而CaO、MgO在1000℃就能侵蚀碳化硅。