碳化硅

碳化硅，是一种含有硅和碳的半导体。它是自然界中极为稀有的矿物莫桑石。合成SiC粉末自1893年以来已大量生产，用作磨料。碳化硅颗粒可以通过烧结结合在一起形成非常坚硬的陶瓷广泛用于要求高耐久性的应用，如汽车刹车、汽车离合器和防弹背心中的陶瓷板。大的碳化硅单晶可以通过Lely方法生长，它们可以被切割成称为合成莫桑石的宝石。

碳化硅的电子应用，例如早期无线电中的发光二极管(LED)和检测器，于1907年左右首次展示。SiC用于在高温或高压或两者兼有的情况下工作的半导体电子设备。

由于天然莫桑石极为稀少，大多数碳化硅是合成的。碳化硅用作磨料，以及宝石级的半导体和金刚石模拟物。制造碳化硅的最简单工艺是在1,600°C(2,910°F)和2,500°C(4,530°F)之间的高温下，在Acheson石墨电阻炉中将硅砂和碳结合。通过加热来自有机材料的过量碳，植物材料（例如稻壳）中的细SiO2颗粒可以转化为SiC。硅灰是生产硅金属和硅铁合金的副产品，也可以通过在1,500°C(2,730°F)下与石墨一起加热来转化为SiC。

艾奇逊炉中形成的材料的纯度根据其与石墨电阻热源的距离而变化。无色、淡黄色和绿色晶体的纯度最高，最接近电阻器。距离电阻越远，颜色变为蓝色和黑色，这些较暗的晶体纯度较低。氮和铝是常见的杂质，它们会影响SiC的导电性。

纯碳化硅可以通过Lely工艺在氩气环境中升华成硅、碳、二碳化硅(SiC2)和碳化二硅(Si2C)的高温物质在2500°C下重新沉积成片状单晶，尺寸可达2×2cm，在稍冷的基板上。这个过程产生了高质量的单晶，主要是6H-SiC相（因为高生长温度）。

改进的Lely工艺涉及在石墨坩埚中进行感应加热，产生更大的单晶，直径为4英寸（10厘米），与传统的Lely工艺相比，其截面大81倍。

立方碳化硅通常通过更昂贵的硅烷、氢气和氮气的化学气相沉积(CVD)工艺来生长。可以采用气相和液相方法生长同质外延和异质外延SiC层。

为了形成复杂形状的SiC，可以使用陶瓷前体聚合物作为前体，在1000-1100°C的温度范围内通过热解形成陶瓷产品。以这种方式获得碳化硅的前体材料包括聚碳硅烷、聚（甲基硅烷）和聚硅氮烷。通过预陶瓷聚合物的热解获得的碳化硅材料被称为聚合物衍生陶瓷或PDC。预陶瓷聚合物的热解通常在惰性气氛下进行在相对较低的温度下。相对于CVD工艺，热解方法是有利的，因为聚合物可以在热化成陶瓷之前形成各种形状。

碳化硅也可以通过使用金刚石线锯或激光切割单晶制成晶片。碳化硅是用于电力电子的有用半导体。

在艺术领域，由于材料的耐用性和低成本，碳化硅是现代宝石中流行的磨料。在制造中，它的硬度用于磨削、珩磨、水射流切割和喷砂等研磨加工工艺。碳化硅颗粒被层压到纸上，形成砂纸和滑板上的握带。

1982年，发现了一种由氧化铝和碳化硅晶须组成的异常坚固的复合材料。将这种实验室生产的复合材料开发成商业产品仅用了三年时间。1985年，xxx个由这种氧化铝和碳化硅晶须增强复合材料制成的商用切削工具被推向市场。

在1980年代和1990年代，碳化硅在欧洲、日本和美国的多个高温燃气轮机研究项目中进行了研究。这些部件旨在取代镍超合金涡轮叶片或喷嘴叶片。然而，这些项目都没有产生产量，主要是因为其抗冲击性和断裂韧性低。

与其他硬质陶瓷（即氧化铝和碳化硼）一样，碳化硅用于复合装甲（例如Chobham装甲）和防弹背心的陶瓷板中。由PinnacleArmor生产的DragonSkin使用了碳化硅圆盘。通过异常晶粒生长或AGG现象可以促进SiC装甲的断裂韧性提高。异常长的碳化硅晶粒的生长可能有助于通过裂纹尾迹桥接赋予增韧效果，类似于晶须强化。在氮化硅（Si3N4）。

碳化硅在高温窑炉中用作支撑和搁板材料，例如用于烧制陶瓷、玻璃熔合或玻璃铸造。SiC窑架比传统的氧化铝架更轻、更耐用。

2015年12月，有人提到将碳化硅纳米颗粒注入熔融镁中，作为一种生产适用于航空、航天、汽车和微电子的新型高强度塑料合金的方法。

渗硅碳碳复合材料用于高性能“陶瓷”制动盘，因为它们能够承受极端温度。硅与碳-碳复合材料中的石墨发生反应，形成碳纤维增强碳化硅(C/SiC)。这些制动盘用于一些公路跑车、超级跑车以及其他性能车，包括保时捷卡雷拉GT、布加迪威龙、雪佛兰克尔维特ZR1、迈凯轮P1、宾利、法拉利、兰博基尼等特定的高性能奥迪汽车。碳化硅也以烧结形式用于柴油微粒过滤器。它也被用作油添加剂[可疑-讨论]以减少摩擦、排放和谐波。