前段時(shí)間看了個(gè)帖子“既生硅，何生碳：可是，有種材料叫碳化硅···”，小編將為大家挖掘一下這種叫碳化硅的材料能干嘛？下文對(duì)其各個(gè)領(lǐng)域做簡(jiǎn)單整理。

一、應(yīng)用于寶石材料

在寶石界，碳化硅也叫“莫桑石”，市面所見一般為人工合成莫桑石，天然的莫桑石極為稀有，稀少到僅出現(xiàn)在五萬(wàn)年前隕石坑內(nèi)。

根據(jù)寶石界的資料：莫桑石的火彩是鉆石的2.5倍；色散值是0.104（鉆石是0.044）；折射率2.654而鉆石是2.417；鉆石莫氏硬度是10，硬度之王非它莫屬，而莫桑石也有9.2-9.8，也遠(yuǎn)高于其它寶石。所以，相同條件加工后的莫桑石與鉆石石相比也毫不遜色，也有“莫桑鉆”之稱。

二、傳統(tǒng)工業(yè)上的應(yīng)用

在傳統(tǒng)工業(yè)領(lǐng)域上，碳化硅主要是作為耐火材料，磨料磨具及冶金材料，下文將分別解析。

1、高級(jí)耐火材料：利用碳化硅材料的耐腐蝕、耐高溫、強(qiáng)度大、導(dǎo)熱性能良好、抗沖擊等特性，一方面可用于各種冶煉爐襯、高溫爐窯構(gòu)件、碳化硅板、襯板、支撐件、匣缽等。另一方面可用于有色金屬冶煉工業(yè)的高溫間接加熱材料，如豎罐蒸餾爐、鋅粉爐用弧型板、熱電偶保護(hù)管等；用于制作耐磨、耐蝕、耐高溫等高級(jí)碳化硅陶瓷材料；還可以制做火箭噴管、燃?xì)廨啓C(jī)葉片等。此外，碳化硅也是高速公路、航空飛機(jī)跑道太陽(yáng)能熱水器等的理想材料之一。因此碳化硅也有一個(gè)俗名叫“耐火砂”，雖然很俗但是充分說明了它所具有的耐火特性。

圖：“反應(yīng)燒結(jié)碳化硅噴火嘴”是隧道窯、梭式窯、輥道窯的理想的噴火窯具，也廣泛適用于明火直接加熱和輻射管間接加熱系統(tǒng)的工業(yè)窯爐中。

2、磨料磨具：主要因?yàn)樘蓟杈哂泻芨哂捕?/span>,莫氏硬度為9.2-9.8，僅次于世界上最硬的金剛石（10級(jí)），因此俗稱“金鋼砂”，還具有很好的化學(xué)穩(wěn)定性和一定的韌性，故可用于制作砂輪、砂紙、砂帶、油石、磨塊、磨頭、研磨膏及光產(chǎn)品中單晶硅、多晶硅和電子行業(yè)的壓電晶體等方面的研磨、拋光等。

圖：碳化硅砂輪

3、冶金原料：碳化硅可用做煉鋼的脫氧劑和鑄鐵組織的改良劑，可用做制造四氯化硅的原料，是硅樹脂工業(yè)的主要原料。碳化硅脫氧劑是一種新型的強(qiáng)復(fù)合脫氧劑，取代了傳統(tǒng)的硅粉碳粉進(jìn)行脫氧，和原工藝相比各項(xiàng)理化性能更加穩(wěn)定，脫氧效果好，使脫氧時(shí)間縮短，節(jié)約能源，提高煉鋼效率，提高鋼的質(zhì)量，降低原輔材料消耗，減少環(huán)境污染，改善勞動(dòng)條件，提高電爐的綜合經(jīng)濟(jì)效益都具有重要價(jià)值。

三、碳化硅光學(xué)反射鏡材料

利用陶瓷對(duì)聲、光、電、磁、熱等物理性能所具有的特殊功能而制造的陶瓷材料稱為功能陶瓷。功能陶瓷種類繁多，用途各異，碳化硅在功能陶瓷領(lǐng)域主要是作為反射鏡材料。SiC陶瓷具有高比剛度、較好的熱和化學(xué)穩(wěn)定性、較低的熱變形系數(shù)且耐空間粒子輻照，通過特殊的制作工藝，可以獲得輕量化結(jié)構(gòu)的反射鏡鏡體。

圖：直徑4米、重達(dá)1.6噸的單體碳化硅反射鏡

四、作為半導(dǎo)體材料

第三代半導(dǎo)體是支撐國(guó)防軍備、5G移動(dòng)通信、能源互聯(lián)網(wǎng)、新能源汽車、軌道交通等產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展和轉(zhuǎn)型升級(jí)的重點(diǎn)核心材料和電子元器件，因其在國(guó)防安全、智能制造、產(chǎn)業(yè)升級(jí)、節(jié)能減排等國(guó)家重大戰(zhàn)略需求方面的重要作用，正成為世界各國(guó)競(jìng)爭(zhēng)的技術(shù)制高點(diǎn)。

SiC作為第三代半導(dǎo)體材料的典型代表，也是目前晶體生產(chǎn)技術(shù)和器件制造水平最成熟，應(yīng)用最廣泛的寬禁帶半導(dǎo)體材料之一，目前在已經(jīng)形成了全球的材料、器件和應(yīng)用產(chǎn)業(yè)鏈。是高溫、高頻、抗輻射、大功率應(yīng)用場(chǎng)合下極為理想的半導(dǎo)體材料。由于碳化硅功率器件可顯著降低電子設(shè)備的能耗，因此碳化硅器件也被譽(yù)為帶動(dòng)“新能源革命”的“綠色能源器件”。

1、半導(dǎo)體照明領(lǐng)域

碳化硅作為LED器件襯底是其目前應(yīng)用最為成熟的領(lǐng)域，市場(chǎng)上SiC晶片大比例被用于制造高亮度LED襯底材料。采用碳化硅作為襯底的LED期間亮度更高、能耗更低壽命更長(zhǎng)、單位芯片面積更小，在大功率LED方面具有非常大的優(yōu)勢(shì)。

圖 2008年北京奧運(yùn)會(huì)期間建造的水立方場(chǎng)館照明即采用了496000顆碳化硅基大功率LED

2、新能源汽車及不間斷電源等電力電子領(lǐng)域

新能源汽車產(chǎn)業(yè)要求逆變器(即馬達(dá)驅(qū)動(dòng))的半導(dǎo)體功率模塊，在處理高強(qiáng)度電流時(shí)，具有遠(yuǎn)超出普通工業(yè)用途逆變器的可靠性；在大電流功率模塊中，具有更好的散熱性，高效、快速、耐高溫、可靠性高的半導(dǎo)體碳化硅模塊完全符合新能源汽車要求。半導(dǎo)體碳化硅功率模塊小型化的特點(diǎn)可大幅削減新能源汽車的電力損失，使其在200℃高溫下仍能正常工作。更輕、更小的設(shè)備重量減少，減少汽車自身重量帶來的能耗。

半導(dǎo)體碳化硅材料除了在新能源汽車節(jié)能中占有重要地位外，在高鐵、太陽(yáng)能光伏、風(fēng)能、電力輸送、UPS不間斷電源等電力電子領(lǐng)域均起到了卓越的節(jié)能環(huán)保作用。

半導(dǎo)體材料及其應(yīng)用示意圖

3、讓電子設(shè)備體積更小

將筆記本電腦適配器的體積減少80%，將一個(gè)變電站的體積縮小至一個(gè)手提箱的大小。這也是碳化硅半導(dǎo)體令人期待的一個(gè)地方。碳化硅技術(shù)的發(fā)展有望將消費(fèi)類電子產(chǎn)品的體積，如將筆記本電腦適配器的體積減少80%;也可以將一個(gè)變電站的體積縮小至一個(gè)手提箱的大小規(guī)格。

五、補(bǔ)強(qiáng)增韌劑

除了如上應(yīng)用，碳化硅晶須或碳化硅纖維作為一種優(yōu)良的補(bǔ)強(qiáng)增韌劑，與金屬基或陶瓷基材料復(fù)合材料也已廣泛運(yùn)用到機(jī)械、化工、國(guó)防、能源、環(huán)保等領(lǐng)域。

作者：阿渺