SiC的硬度相当高，仅次于几种超硬材料，高于刚玉而名列普通磨料的前茅，莫氏刻痕硬度为9.2，克氏显微硬度为2200~2800kg/mm2(负荷100g)。值得指出的是，所给范围之所以如此大，是因为SiC晶体的硬度与其晶轴方向有关。研究表明：在一个结晶体内，由于方向不同，最硬的与最软的差别可达800kg/mm2以上。SiC的热态硬度虽然随着温度的升高而下降，但仍比刚玉的硬度大很多。绿色碳化硅和黑色碳化硅的硬度，不论在常温或是在高温下都基本相同，未曾发现本质上的差别。碳化硅的机械强度高于刚玉，如SiC的抗住压力的强度为224MPa，刚玉为75.7MPa；SiC的抗弯强度为15.5MPa，刚玉则为8.72MPa。SiC颗粒的韧性，通常是用—定数量某种粒度SiC颗粒在定型模子中，施加规定压力之后未被压碎的颗粒所占百分率来反映的，它受颗粒形状等许多因素的影响。

  利用碳化硅陶瓷的高热导性能，绝缘性好作为大规模集成电路的基片和封装材料。碳化硅发热体是一种常用的加热元件，由于它具有简单易操作方便，常规使用的寿命长，使用范围广等优点，成为发热材料中最经久耐用且价廉物美的一种，使用温度可达1600℃。此外，碳化硅还可用做避雷器的阀体和远红外线]。

  SiC是在高温下合成的，其制品也多是在高温下制备或者在高温下使用。因此，了解碳化硅的热膨胀系数很有必要。如果只作较粗略计算时，碳化硅的平均热膨胀系数在25~1400℃范围内可以取4.4×10-6/℃。SiC的热膨胀系数测定根据结果得出：其量值与其他磨料及高温材料相比要小得多，如刚玉的热线胀系数可高达(7~8)×10-6/℃。SiC的导热系数很高，这是SiC物理性能方面的另一个重要特点。它的导热系数比其他耐火材料及磨料要大的多，约为刚玉导热系数的4倍。所以，SiC所具有的低热膨胀系数和高导热系数，使其制品在加热及冷却过程中受到的热应力较小，这就是SiC陶瓷抗热震性特别好的原因。

  碳化硅陶瓷是近二十几年才开始发展的新材料，但由于其具有特别优良的高强度、高硬度、耐腐蚀、耐高温性能，很快得到了开发应用，大量应用于石油化学工业、冶金机械、航空航天、微电子、汽车、钢铁等领域，并日益显示出其他特种陶瓷所不能够比拟的优点。

  现代国防、核能和空间技术和汽车工业、海洋工程的迅速发展，对火箭燃烧室内衬、飞机涡轮发动机叶片、核反应堆结构部件、高速气动轴承和机械密封零件等材料的要求愈来愈高，迫切地需要开发各种新型高性能结构材料。碳化硅(SIC)陶瓷具有高温强度大、抗氧化性强、耐磨损性好、耐热性佳、热线胀系数小、热导率大、硬度高以及抗热震和耐非物理性腐蚀等优良特性，因此，已经在许多领域大显身手，并日益受到大家的重视。例如，SIC陶瓷在石油化学工业中已被广泛地用作各种耐腐蚀用容器及管道;在机械工业中已被成功地用作各种轴承、切削刀具和机械密封部件;在宇航和汽车工业中也被认为是未来制造燃气轮机、火箭喷嘴与发动机部件的最有希望的候选材料。.本文首先对SIC基本性质及SIC粉末的合成办法来进行了简单介绍，接着重点综述了SIC陶瓷的各种烧结技术及其性能特点，最后对SIC陶瓷的应用现状与未来发展进行了概括和分析。

  SiC的化学稳定性与其氧化特性有密切关系。SiC本身很容易氧化，但它氧化之后形成了一层SiO2薄膜，氧化进程逐步被阻碍。在空气中，SiC于800℃时就开始氧化，但很缓慢；随着温度上升，则氧化速度急速加快。它的氧化速率在氧气中比在空气中快1.6倍；氧化速率跟着时间推移而减慢。如果以时间推移对氧化的数量描图，能够获得典型的抛物线保护层对SiC氧化速率的阻碍作用。氧化时，若同时存在着能将SiO2薄膜移去或使之破裂的物质，则SiC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SiC氧化，并且又能与SiO2生成低熔点化合物，能侵蚀SiC、FeO在1300℃、MnO在1360℃能侵蚀碳化硅；而CaO、MgO在1000℃就能侵蚀SiC。水蒸汽与SiC在高温下反应相当强烈，于1100℃以上时，视情况不同，可生成硅、碳或SiO2，在1000℃左右时，SiC能与H2S等含硫化合物生成红棕色的硫化硅(SiS2或SiS)，这一反应也是碳化硅制品在烧成时色泽变红的原因之一。SiC陶瓷的优异性能与其独特的结构紧密关联。SiC是共价键很强的化合物，SiC中Si-C键的离子性仅12％左右。因此，SiC强度高、弹性模量大、具有优良的耐磨损性能。纯SiC不会被HCl、HNO3、H2SO4和HF等酸溶液以及NaOH等碱溶液侵蚀。在空气中加热时易发生氧化，但氧化时表明产生的SiO2会抑制氧的进一步扩散，故氧化速率并不高。在电性能方面，SiC具有半导体特性，少量杂质的引入会表现出良好的导电性。

  随着科学技术的发展，特别是能源、空间技术的高度发展，经常要求材料必须有耐高温、抗腐蚀、耐磨损等优越性能，才能在比较苛刻的工作环境中使用。由于特种陶瓷材料具备抗氧化性强、耐磨性能好、硬度高、耐热性好、高温强度大、热膨胀系数小、热导率大以及抗热震和耐化学腐蚀等优良特性，已成为尖端科学的重要组成部分，受到普遍重视。

  经实验研究证实，以热压烧结和无压烧结碳化硅陶瓷的性能最佳，但热压烧结碳化硅陶瓷成本昂贵，难以普遍推广。而无压烧结在有烧结助剂的作用下可获得较高的强度和韧性，且成形方法较多，适用于形状复杂或厚大的零件，可改善碳化硅材料的高温力学性能和物理性能，并进一步降低成本。

  ②二级耐火材料黑色碳化硅，含碳化硅大于90%。主要用于制造耐中等高温的窑炉构件，如马弗炉炉衬材料等。这些构件除利用碳化硅的耐热性、导热性外，在很多场合还兼用它的化学稳定性。

  ③低品位耐火材料黑色碳化硅，其碳化硅含量要求大于83%，主要用于出铁槽、铁水包，炼锌业和海绵铁制造业等的内衬。

  炼钢时通常要使用硅铁脱氧，近代发展了用碳化硅代替硅铁作脱氧剂，炼出的钢质量更好、更经济。因为用碳化硅脱氧时，成渣少而且很快，有效地减少了渣中某些有用元素的含量，炼钢时间短而成分更好控制，脱氧剂黑色碳化硅在美国和日本等国家的钢铁工业中用得很普遍。磨料用或耐火材料用碳化硅在炉中所生成的适合于作脱氧剂的物料，都能全部销售应用于生产而无须回炉，产品综合利用率高，生产的经济效果极佳。

  由于其超硬性能，可制备成各种磨削用的砂轮、砂布、砂纸以及各类磨料，广泛应用于机械加工行业。我国工业碳化硅主要作磨料用，黑色碳化硅制成的磨具，多用于切割和研磨抗张强度低的材料，如玻璃、陶瓷、石料和耐火物等，同时也用于铸铁零件和有色金属材料的磨削。绿色碳化硅制成的磨具，多用于硬质合金、钛合金、光学玻璃的磨削，同时也用于缸的珩磨及高速钢刀具的精磨。立方碳化硅专用于微型轴承的超精磨，采用W3.5立方碳化硅微粉制成的油石对轴承(材料ZGCrl5)超精磨，其光洁度可由9直接磨到12以上。因此，在相同粒度的其他磨料中，立方碳化硅的加工效率最高。

  用碳化硅陶瓷与其他材料一起组成的燃烧室及喷嘴，已应用于火箭技术中。碳化硅基复合材料制备的阿丽亚娜火箭尾喷管已成功应用。碳化硅密度居中，比Al2O3轻20%，硬度和弹性模量较高，价格比B4C低得多，还可用于装甲车辆和飞机机腹及防弹防刺衣等。碳化硅材料还具有自润滑性及摩擦系数小，约为硬质合金的一半。它的抗热震性好、弹性模量高等特点在一些特殊地方获应用，如用来制成高功率的激光反射镜其性能优于铜质，由于密度低、刚性好、变形小。CVD与反应烧结的碳化硅轻量化反射镜已经在空间技术中大量使用。

  碳化硅陶瓷材料具有高温强度大、高温抗氧化性强、耐磨损性能好、热稳定性佳、热膨胀系数小、热导率大、硬度高、抗热震和耐化学腐蚀等优良特性[1-4],在汽车、机械化工、环境保护、空间技术、信息电子、能源等领域有着日益广泛的应用，已经成为一种在很多工业领域性能优异的其他材料不可替代的结构陶瓷。由于碳化硅陶瓷的高性能和在工业领域中的广泛应用，SiC的烧结一直是材料界研究的热点，如何采用较简单的生产工艺在较低的温度下制备得到高致密度的碳化硅陶瓷制品也是研究者一直关心的课题；但由于碳化硅是一种共价性极强的共价键化合物，即使在2100℃的高温下，C和Si的自扩散系数也仅为1.5×10-10和2.5×10-13 cm2/s[5]。所以SiC很难烧结，必须借助烧结助剂或外部压力才可能在2000℃以下实现致密化。

  国外将碳化硅用作耐火材料的数量大于用作磨料。我国亦在不断扩大这方面的应用，根据国外厂商的习惯，耐火材料黑色碳化硅通常分为3种牌号：

  ①高级耐火材料黑碳化硅。这种牌号的化学成分要求与磨料用黑色碳化硅完全相同，主要用以制造高级碳化硅制品，如重结晶碳化硅制品、燃气轮机构件、喷嘴、氮化硅结合碳化硅制件、高炉高温区衬材、高温窑炉构件、高温窑装窑支承件、耐火匣钵等。

  摘要：碳化硅陶瓷材料由于抗氧化性强、耐磨性能好、硬度高、热稳定性高、高温强度大、热线胀系数小、热导率大以及抗热震和耐非物理性腐蚀等优良特性，广泛的应用于各个领域。本文通过对碳化硅陶瓷材料的的发展历程，特性及国内外研究状况提出了几种碳化硅陶瓷的烧结方法，并讨论其发展趋势。

  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，碳化硅的理论密度为3.16~3.2g/cm3。SiC是以共价键为主的共价化合物，由于碳和硅两元素在形成SiC晶体时，它的基本单元是四面体，所有SiC均由SiC四面体堆积而成，所不同的只是平行结合和反平行结合，从而形成具有金刚石结构的SiC。SiC共有75种变体，如3C-SiC、4H-SiC、15R-SiC等，其中α-SiC、β-SiC最为常见。β-SiC的晶体结构为立方晶系，Si和C分别组成面心立方晶格；α-SiC存在着4H、15R和6H等100余种多型体，其中，6H多型体为工业应用上最为普遍的一种。在SiC的多种型体之间存在着一定的耐热性关系，在温度低于1600℃时，SiC以β-SiC形式存在。当高于1600℃时，β-SiC缓慢转变成α-SiC的各种多型体。4H-SiC在2000℃左右容易生成；15R和6H多型体均需在2100℃以上的高温才易生成；对于6H-SiC，即使温度超过2200℃，也是很稳定的。SiC中各种多型体之间的自由能相差很小，因此，微量杂质的固溶也会引起多型体之间的热稳定关系变化。图1.1为几种常见的SiC原子堆垛示意图。