立方碳化矽

立方碳化矽又名β-SiC，屬立方晶系（金剛石晶型）。

基本介紹

• 中文名：立方碳化矽
• 類型：化學
• 莫氏硬度：9.25--9.6
• 性能：抗蠕變、抗斷裂性能
• 材料：半導性

立方碳化矽的簡介：

β-SiC，與金剛石接近，光潔度及拋光性能遠超白剛玉和α-SiC（黑碳化矽和綠碳化矽）；在1600℃以上溫度時β-SiC仍具有超高的強度和；β-Sic比α-Sic的導電性高几倍；β-SiC具有優良的熱導率和低膨脹係數，使得其在加熱和冷卻過程中受到的熱應力很小；β-Sic屬於低溫晶型，超過1800℃時可發生晶型轉換；在比重方面，β-SiC比大多數合金小一半，為鋼的40%，與鋁大致相同。

β-SiC生產方式主要有三種：雷射法、等離子法和固相合成法。兩種工藝主要合成的為納米及亞微米粉末，且由於合成時間短，無法做到顆粒的真正緻密，且顆粒純度相對不高；固相合成法工藝方式較多，但都具有一定技術難度，就國際行業調查來看，真正做到高結晶、高純度、批量化的只有全球範圍只有一家企業做到，並已進入市場多年，其他廠家大多停留在理論或實驗階段，產品大多存在β相含量不高、產品雜質多、難以批量生產等多項缺點。

β-SiC的基本性質表

性質	物理常數	性質	物理常數
熔點，K	2973℃（分解）	蒸發活化能，KJ/mol	244.5
摩爾熱，J/（mol.K）	24.7(276K)	生成熱，KJ/mol	111.8
線膨脹係數（373K）	6.58×10^-6	線膨脹係數（1173K）	2.98×10^-6
熱導，J/（cml.s.k）	0.063～0.096	燃燒熱，KJ/mol	30.343
密度g/cm	3.216	硬度(Mohs)	9.25-9.6
晶體結構	立方體 (3 C)	(Vickers)	2.500－2.900
分解溫度(℃)	2830±40	磁化率(H)	-12.8×10^-6
壓縮係數	0.21×10^-6

β-SiC微粉有很高的化學穩定性、高硬度、高熱導率、低熱脹係數、寬能帶隙、高電子漂移速度、高電子遷移率、特殊的電阻溫度特性等，因此具有抗磨、耐高溫、耐熱震、耐腐蝕、耐輻射、良好的半導電特性等優良性能，被廣泛套用於電子、信息、精密加工技術、軍工、航空航天、高級耐火材料、特種陶瓷材料、高級磨削材料和和增強材料等領域。其套用範圍主要分為以下幾類：
1.燒結微粉　
β-SiC在高級結構陶瓷、功能陶瓷及高級耐火材料市場有著非常廣闊的套用前景。普通碳化矽陶瓷在燒結過程中需要2300℃、2400℃、2500℃，加添加劑後也仍需2100℃才可結晶，而β-SiC在1800℃即可結晶，並且在β-SiC晶型轉換過程中，其體積也會發生變化，對陶瓷燒結緻密性能起到良好的作用,從而增加碳化矽陶瓷的韌性和強度等綜合性能。在碳化硼陶瓷製品中加入β-SiC能夠在降低燒結溫度的同時提高產品的韌性，從而使得碳化硼陶瓷性能大幅提高。

2.電子材料
作為半導性材料，β-SiC比α-Sic高几倍，添加β-SiC後的發電機抗電暈效果非常明顯，同時還具有良好的耐磨、耐高溫性能。純度高的 β-SiC可製成單晶碳化矽晶片，其優異的導電、導熱性使其在軍工、航天、電子行業等高尖端領域用來替代電子級單晶矽和多晶矽。用β-SiC做的電子封裝材料、發熱器、熱交換器等具有高抗熱震性，良好的熱導性，產品性能大幅優於其他材料。
3.特殊塗層　
由於β-SiC具有金剛石結構，顆粒呈類球形，具有超耐磨耐腐蝕，超導熱，低膨脹係數等特點，使其在特殊塗層中有著良好的套用。將β-SiC超細粉鍍到普通材料上，其耐磨壽命會大幅提高，比如普通碳鋼的鑽頭鑽10mm鋼板，鑽1-2個孔便出現損壞情況，而塗有β-SiC的鑽頭性能可超過合金鑽頭，可以鑽20~50個孔。鋁合金活塞在汽缸中大量往復運動，很容易磨損，塗覆β-SiC材料後能夠使活塞壽命提高30-50倍。
4.研磨拋光材料　
作為精密研磨拋光材料，β-SiC比白剛玉和α-SiC研磨效率高很多，而且能大幅提高產品光潔度。

市場上用金剛石做研磨拋光材料較多，其價格是β-SiC的幾十倍甚至幾百倍；但β-SiC在眾多領域中的研磨效果不亞於金剛石，甚至在磨不鏽鋼、矽片、玻璃的光潔度都比優於金剛石，價格卻是金剛石的幾十分之一倍。
用白剛玉做的油石、研磨盤廣泛用於不鏽鋼類研磨行業，其拋光性能相對較高，產品使用壽命短；而利用β-SiC做成的研磨材料（油石、研磨盤等），具有光潔度高、磨削力強、壽命長的優勢。比如用白剛玉做的油石拋光軸承，用β-SiC做的油石替代後，光潔度能提高2-3個等級，產品壽命提高5-8倍，而且能大幅降低更換油石次數，從而減少勞動強度、提高生產效率。
β-SiC做的研磨膏、研磨液、高精密砂布砂帶及超耐磨塗層也有著良好的套用前景。

5、高檔特殊添加劑
高分子複合材料及金屬材料中加入β-Sic可以大大提高其導熱性、降低膨脹係數、增加耐磨性等，而且由於β-SiC的比重小，對材料結構重量不造成影響。高強度尼龍材料、特種工程塑膠聚醚醚酮（PEEK）、橡膠輪胎、抗壓潤滑油等加入超細β-SiC微粉後，其性能提升非常明顯。
6、C粉添加劑
複印機用C粉在加入β-SiC後，流動性及附著力會有明顯提升，添加量一般在5%左右即可達到良好的效果。

7、其他套用

二、β-SiC系列產品：

β-SiC微粉是採用無線微熱源法製備的，該微粉產品顆粒分布均勻、刃口尖銳鋒利、具有良好的自銳性，製成研磨液/拋光液研磨速度快、加工精度高、表面質量好。尤其在磨不鏽鋼、銅、鋁、鑄鐵、矽片等材質時，其研磨效果可與金剛石媲美，價格卻不及金剛石的十分之一，具有很高的性價比。

①、β-SiC屬立方晶系，其晶體的等軸結構特點決定了該粉體具有比α-SiC好的自然球度和自銳性，因而在精密研磨方面有更好的磨削和拋光效果，在材料、密封製品和軍工製品生產時有更優異的密封特性，使其製品有更好的密度。

②、β-SiC製造時溫度遠低於α-SiC，因而其顆粒更容易細化和均化，而且可生產大量納米~亞微米超細粒子，也易通過工藝控制製造無定形態β-SiC微粉，這些都使得β-SiC微粉比α-SiC粉體優異的多的燒結活性，可以在更低的溫度下，更簡便的工藝流程中和更便宜的燒結設施中實現各種製品材料的燒結和緻密化。

③、β-SiC比α-SiC有更優異的電學性能和製備中的更高純度，使其在電工電子材料領域的套用尤其半導體領域的套用更有獨特之處。

④、β-SiC微粉和晶須作為增強材料可以大幅度提高聚合物材料，各種塗層材料、軍工材料、航天航空材料等的力學性能、熱學性能、耐磨蝕性能。

⑤、β-SiC微粉純度高，粒度分布窄、孔隙小、燒結活性高、晶體結構規整；β-SiC晶須長徑比大、表面光潔度高、直徑率高。

案例：

W7的粒度分布和顆粒形貌圖:

β-SiC研磨液、拋光液：

適用於不鏽鋼、銅、鋁、鑄鐵、矽片、玻璃、陶瓷等材質的研磨拋光。