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耐火材料用原材料——碳化硅

发布日期: 2019-09-28 14:54:52    阅读量(160)    作者:张红

碳化硅,又称碳硅石或金刚砂,化学式为 SiC,是一种人工合成的共价键化合物,主要特征为高硬度、高熔点、耐高温、耐腐蚀、耐磨损、化学性质稳定、高导热系数、低热膨胀数和抗热震性能,常制成工程陶瓷、耐火材料和磨料磨具,被广泛应用于冶金、化工和电子等工业领域。

碳化硅的晶体结构特别,C Si 都属于元素周期表第ⅣA 族,最外层都有 4个电子,其电子轨道分别为 2S22P2 3S23P2。当硅原子与碳原子相互结合时,硅原子中一个 S 轨道的电子跃迁至 P 轨道,硅原子的外层电子结构变成有四个未配对电子的 SP3 杂化轨道。这四个未配对电子恰好与硅原子周围四个碳原子外层的未配对电子形成共价键。硅原子位于四个碳原子构成的四面体中心,同时,每个碳原子也位于四个硅原子构成的四面体的中心。这种结构与金刚石的四面体结构相似,它决定碳化硅晶体具有高硬度的特质。

碳化硅晶体的基本结构单元是[SiC4][CSi4]的配位四面体。这两种配位四面体相互交插、共价结合。如果顺着 ABABAB 的密堆积次序堆积,则形成六方纤锌矿结构,如图 所示,α-SiC 即为此结构,属于六方晶系。如果四面体顺着ABCABCABC 的密堆积次序堆积,则形成立方闪锌矿结构,如图 1 所示,β-SiC结构即为此结构,属于立方晶系。


1SiC 晶体结构

1 SiC 常见多型体及其晶格常数


由于四面体堆积次序不同,碳化硅会形成不同类型结构,现已发现上百种SiC 变体,常见的 SiC 多型体如表 1 所示。表中,立方晶系、六方晶系、菱方晶系等晶格类型分别由字母 CHR 来表示,字母前的数字表示单位晶胞中所含层数,例如,4H 表示沿 C 轴有 4 层重复周期的六方晶系结构。

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