碳化硅是什么材料?

碳化硅，是一种无机物，化学式为SiC，是用石英砂、石油焦（或煤焦）、木屑（生产绿色碳化硅时需要加食盐）等原料通过电阻炉高温冶炼而成。碳化硅在大自然也存在罕见的矿物，莫桑石。在C、N、B等非氧化物高技术耐火原料中，碳化硅为应用最广泛、最经济的一种，可以称为金钢砂或耐火砂。 中国工业生产的碳化硅分为黑色碳化硅和绿色碳化硅两种，均为六方晶体，比重为3.20～3.25，显微硬度为2840～3320kg/mm2。

物质品种

碳化硅有黑碳化硅和绿碳化硅两个常用的基本品种，都属α-SiC。

①黑碳化硅含SiC约95%，其韧性高于绿碳化硅，大多用于加工抗张强度低的材料，如玻璃、陶瓷、石材、耐火材料、铸铁和有色金属等。

②绿碳化硅含SiC约97%以上，自锐性好，大多用于加工硬质合金、钛合金和光学玻璃，也用于珩磨汽缸套和精磨高速钢刀具。此外还有立方碳化硅，它是以特殊工艺制取的黄绿色晶体，用以制作的磨具适于轴承的超精加工，可使表面粗糙度从Ra32～0.16微米一次加工到Ra0.04～0.02微米。

从航母到理想L9都使用了碳化硅材料，是因为该材料有如下优势。

一、碳化硅是优秀的第三代半导体材料

性能优良的碳化硅，代表着先进的生产力，第三代半导体材料是由碳化硅、氮化镓等构成的一种宽禁带半导体材料，它的击穿电场高、热导率高、电子饱和率高、抗辐射能力强。

因而可以在高温、高频率环境下工作，并可在低功耗条件下实现高功率工作。

二、推动新能源汽车变革

早在2018年，特斯拉MODEL 3在主逆变器中就率先安装了24个由意法半导体生产的碳化硅MOSFET功率模块，这也是该种材料在民用方面较早的大规模应用。

以新能源汽车为例，根据Cree公司的计算，如果将纯电动汽车的电源元件转换为碳化硅，则可以提高电能转换效率，提高电能利用效率，降低无效热耗，从而降低整体能耗5%-10%。

2019年，碳化硅功率装置的市场规模达到5.41亿美元，2025年有望达到25.62亿，年均复合增长率30%左右。随着下游应用如电动车等的不断发展，导电碳化硅基板的市场将会迅速发展。

在应用方面，未来5年，高速发展的新能源汽车将是碳化硅行业的一个长期发展动力。2025-2030年，由于充电桩设施完善，光伏技术成熟，碳化硅产业有望成为第二、第三个驱动力。

三、应用市场十分广泛

碳化硅不仅仅可以应用在新能源汽车，在高铁列车、航空航天、无线通讯等行业中都有广泛的应用前景，但碳化硅的市场潜力还没有完全开发出来，从产业链的中游来看，它的成长空间很大，将会是推动上游材料发展的一大推动力。

碳化硅是由硅与碳元素以共价键结合的非金属碳化物，硬度仅次于金刚石和碳化硼。化学式为SiC。无色晶体，外表氧化或含杂质时呈蓝黑色。具有金刚石结构的碳化硅变体俗称金刚砂。金刚砂的硬度挨近金刚石，热安稳性好，2127℃时由β-碳化硅转变成α-碳化硅，α-碳化硅在2400℃依然安稳。对氢氟酸水溶液和浓硫酸安稳，对浓氢氟酸与硝酸的混合酸或磷酸则不安稳。在空气氛中被熔融的碱分化。它分为人工合成碳化硅和天然碳化硅。天然碳化硅称为碳硅石，首要赋存于金伯利岩及火山角闪岩中，但其量甚少，无挖掘价值。工业用碳化硅为人工碳化硅，SiC含量为95%～99.5%，常含少量的游离碳，以及Fe2O3、Si和SiO2等杂质。碳化硅按结晶类型可分为六方晶系(α-SiC)和立方晶系(β-SiC)，六方晶系又因其结晶排列的周期性不同有六方晶胞的晶型(2H、4H、6H……等)和菱形晶胞的晶型(15R、21R、27R……等)，碳化硅的同质多晶结构有100多种。工业碳化硅为α-SiC和β-SiC的混合物，色彩有黑色和绿色两种。纯洁的碳化硅为无色通明，含杂质时呈黑色、绿色、蓝色及黄色。六方和立方晶系，晶体为板状，复三方柱状。具有玻璃光泽，密度为3.17～3.47g/cm3，莫氏硬度9.2，显微硬度30380～33320MPa；熔点：在大气中2050℃开端分化，在复原气氛下2600℃开端分化；d性模量为466、480MPa；抗拉强度为171.5MPa；耐压强度为1029MPa；线膨胀系数为(25～1000℃)5.0×10-6/℃；热导率(20℃)为59W/(m·K)。化学性质安稳，在HCl、H2SO4和HF中煮沸也不受浸蚀，但在浓H3PO4中于230℃开端分化

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