碳化硅陶瓷广泛应用于半导体、高温和腐蚀性工业环境。其中包括, 反应键合碳化硅(SiSiC) 和 无压烧结碳化硅 (SSiC) 代表了两种根本不同的材料系统。虽然两者都以碳化硅为基础,但它们 成分、微观结构、性能极限和成本结构 差异很大。.
材料构成
碳化硅(反应结合碳化硅)
碳化硅是通过将熔融硅渗入多孔碳或碳化硅-碳预型件而生产出来的。在浸润过程中,硅与碳发生反应形成二次碳化硅,而一部分碳化硅则在浸润过程中与碳发生反应形成二次碳化硅。 最终结构中残留的游离硅.
典型成分(按重量计):
碳化硅:≥ 83%
自由 Si: ≤ 16%
游离硅的存在提高了材料的致密性和尺寸稳定性,但也限定了材料的温度和腐蚀上限。.
SSiC(无压烧结碳化硅)
SSiC 由高纯度碳化硅粉末制成,通过固态烧结进行致密化,无需外加压力。其微观结构如下 近 100% SiC, 晶界清晰,无游离硅相。.
典型纯度
碳化硅含量:≈ 99%
物理和机械特性
密度和孔隙率
SiSiC: 密度 ≥ 3.02 g/cm³,孔隙率 ≤ 0.3%
SSiC: 密度 ≈ 3.15 g/cm³,开放孔隙率接近零
更高的密度和纯度使 SSiC 在极端条件下具有卓越的机械可靠性。.
强度和弹性特性
| 财产 | SiSiC | SSiC |
| 挠曲强度(20 °C) | ≥ 250 兆帕 | ≈ 450 兆帕 |
| 挠曲强度(1200 °C) | ≥ 280 兆帕 | 保持高强度 |
| 弹性模量 | ≥ 300 GPa | ≈ 430 GPa |
| 断裂韧性 | - | ≈ 4 MPa-m¹ᐟ² |
| 泊松比 | - | 0.14 |
热性能
| 财产 | SiSiC | SSiC |
| 导热系数(25 °C) | ≥ 140 W/m-K | ≈ 110 W/m-K |
| 热膨胀系数 | (4.5 ± 0.5) ×10-⁶ /K | ≈ 4.0 ×10-⁶ /K |
| 最高使用温度 | ~1350 °C | >1600 °C |
| 熔点 | - | ~2800 °C |
| 比热 | - | 0.8 焦耳/克-千克 |
电气性能
| 财产 | SSiC |
| 介电常数(1 兆赫) | ≈ 10 |
| 介质损耗(1 MHz) | ≈ 0.001 |
| 介电强度 | ~1 × 10⁶ V/cm |
| 电阻率 | 10⁷-10⁹ Ω 厘米 |
典型应用
SiSiC 应用
半导体吸收体和支撑板
窑具和滚筒部件
热交换器
大型结构件
SSiC 应用
高端机械密封
高温半导体工艺组件
强腐蚀性化学环境
航空航天和高可靠性系统