一、碳化矽陶瓷及其性能特點
21世紀，隨著科學技術的發展，信息、能源、材料、生物工程已經成為當今社會生產力發展的四大支柱，碳化矽由於化學性能穩定、導熱係數高、熱膨脹係數小、密度小、耐磨性能好、硬度大、機械強度高、耐化學腐蝕等特點，在材料領域發展迅速，普遍用於陶瓷球軸承、閥門、半導體材料、陀螺、測量儀、航空航天等領域。
碳化矽陶瓷是從20世紀60年代開始發展起來的，之前碳化矽主要用於機械磨削材料和耐火材料。世界各國對先進陶瓷的產業化十分重視，現在已經不僅僅滿足於製備傳統碳化矽陶瓷，生產高技術陶瓷的企業發展更快，尤其是發達國家。近幾年以碳化矽陶瓷為基的復相陶瓷相繼出現，改善了單體材料的韌性和強度。碳化矽主要的四大應用領域，即功能陶瓷、高級耐火材料、磨料及冶金原料。
二、碳化矽陶瓷的應用舉例
表1 碳化矽陶瓷的用途
1.碳化矽磨料磨具碳化矽的硬度很大、可製備成各種磨削用的砂輪、砂紙和磨料，主要用於機械加工行業。碳化矽的莫氏硬度為9.2~9.6，僅次於金剛石和碳化硼，是一種常用的磨料。碳化矽磨料的化學成分包括碳化矽、游離碳和Fe2O3,磨料化學成分具體見表2。碳化矽的含量越高，其硬度與磨削性能就越好。我國工業碳化矽主要作磨料用。磨料在工業上應用非常廣泛，特別是加工高精度的零件或者很硬的零件，磨料磨具必不可少。
圖1.黑碳化矽砂輪via網絡對於刀具的刃磨和堅硬材料的切割，砂輪也是必不可少的工具。碳化矽砂輪是用磨料和結合劑樹脂等製成的中央有通孔的圓形固結磨具，它在模具中使用量最大。碳化矽主要成分為黑碳化矽和綠碳化矽兩種。黑碳化矽相對綠碳化矽硬度較低，用來磨硬度較低的材料，如鑄鐵和非金屬材料；鋁碳化矽適合磨削硬質合金，光學玻璃、碳合金之類的東西。還有一種立方碳化矽專用於微型軸承的超精磨。在相同粒度的其他磨料中，立方碳化矽的加工效率最高。
表2 黑碳化矽、綠碳化矽的粒度和化學成分
在汽車製造業中，活塞環與氣缸、閥門與閥座之間的配合，變速器和齒輪的精度等，都要磨料和模具加工。
2.碳化矽複合材料
碳化矽基複合材料（SiC-CMC）以其高韌性、高強度和優異的抗氧化性能等在宇航領域的高溫熱結構方面得到了廣泛的應用。SiC-CMC的製備過程包括纖維預製成型、高溫處理、中間相塗層、基體緻密化和後處理。高強碳纖維強度高，韌性也很好，用其製作的預製體具有良好的力學特性。中間相塗層（即界面技術）是製備過程中的關鍵技術，製備中間相塗層的方法有化學氣相滲透法（CVI）、化學氣相沉積法（CVD）、凝膠-溶膠法（Sol-gcl）、聚合物浸漬裂解法（PLP），最適合製備碳化矽基複合材料的是CVI法和PIP法。界面塗層的材料有熱解碳、氮化硼和碳化硼，其中碳化硼作為一種抗氧化界面塗層越來越受到重視。通常在氧化條件中長期使用的SiC-CMC，還需進行抗氧化處理即通過CVD工藝在制品表面沉積一層厚度約100μm的緻密碳化矽，提高其高溫抗氧化性能。
3.碳化矽陶瓷球
碳化矽陶瓷球具有優良的力學性能、優良的抗氧化性、高的抗磨損性以及低的摩擦係數等。碳化矽陶瓷球高溫強度高，普通陶瓷材料在1200 ~ 1400攝氏度時強度將顯著降低，而碳化矽在1400攝氏度時抗彎強度仍保持在500 ~600MPa的較高水平，因此其工作溫度可達1600 ~ 1700攝氏度。
圖2.碳化矽陶瓷球via網絡碳化矽陶瓷球的適用範圍：在石油、化工、微電子、汽車、航天、航空、造紙、雷射、礦業及原子能等工業領域獲得了廣泛的應用，碳化矽已經廣泛應用於高溫軸承、板、噴嘴、高溫耐蝕部件以及高溫和高頻範圍的電子設備零部件等領域。
4.其他應用
碳化矽陶瓷是製造密封環的理想材料，它與石墨材料組合配對時，其摩擦係數比氧化鋁陶瓷和硬質合金小，具有良好的自潤滑性能，因而可用於高PV值，使密封件的使用壽命及工作可靠性提高，特別是輸送強酸、強鹼的工況中使用。
圖3.碳化矽陶瓷部件via網絡碳化矽陶瓷廣泛用於防彈裝甲中，如車輛、艦船的防護以及民用保險柜、運鈔車的防護中。碳化矽陶瓷的彈道性能優於氧化鋁陶瓷，約為碳化硼陶瓷的70%-80%，但由於價格較低，特別適合用於用量大、且防護裝甲不能過厚、過重的場合。
用作噴嘴的陶瓷材料有多種，常用的是氧化鋁、碳化矽和碳化硼陶瓷等。氧化鋁陶瓷噴嘴的價格低，但由於硬度低，其耐磨性較差，多用於噴砂工作量不大的場合。碳化矽陶瓷的使用壽命是氧化鋁陶瓷的3~5倍，與硬質合金相當，多用於硬質合金的替代品，特別是手持噴槍的工況中使用。
圖4.無壓燒結碳化矽陶瓷軸套via網絡隨著工業化的發展，特別是ISO14000國際標準的貫徹執行，對不利於環境保護液體的輸運提出了更高的要求。磁力泵由於採用靜密封代替機械密封、填料密封等動密封，因而洩漏更小、可靠性更高、使用壽命更長。對於磁力泵要求免維護的時間為八年，即要求連續運轉八年不得拆卸，因而對磁力泵件的選材提出了極為苛刻的要求。如泵中的泵軸、止推盤、軸套等，必須耐磨損、耐腐蝕。而目前能滿足上述條件的材料只有碳化矽陶瓷最合適。