碳化硅的热导率和线膨胀系数，你了解多少？

碳化硅的热导率和线膨胀系数？

碳化硅，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。

碳化硅的热导率和线膨胀系数，你了解多少？

作为一种优质耐火材料，碳化硅具有优越的抗热震性能。这一点具体体现在它具有高的热导率（导热系数）和较低的线膨胀系数。

一般工程计算上取

在25~1400℃范围内，碳化硅的平均线膨胀系数可取4.4×10-6k-1,而刚玉的线膨胀系数为（7~8）×10-6k-1.

铁与碳化硅导热系数比较

1、铁的导热系数是40×1.163W/m·℃，1200度时，纯铁导热系数为36，熟铁0.5%碳为33，钢1.5%碳为29，1.0%碳为29，0.5%碳为31，单位均为国标单位w/m.度。

2、碳化硅导热系数是83.6，W/m·K纯碳化硅是无色透明的晶体。

碳化硅的用途及性质

碳化硅的工业制法是用优质石英砂和石油焦在电阻炉内炼制。炼得的碳化硅块，经破碎、酸碱洗、磁选和筛分或水选而制成各种粒度的产品。

碳化硅由于化学性能稳定、导热系数高、热膨胀系数小、耐磨性能好，除作磨料用外，还有很多其他用途，例如：以特殊工艺把碳化硅粉末涂布于水轮机叶轮或汽缸体的内壁，可提高其耐磨性而延长使用寿命1～2倍;用以制成的高级耐火材料，耐热震、体积小、重量轻而强度高,节能效果好。低品级碳化硅(含SiC约85%)是极好的脱氧剂，用它可加快炼钢速度，并便于控制化学成分，提高钢的质量。此外，碳化硅还大量用于制作电热元件硅碳棒。

碳化硅是典型的多晶型化合物，

碳化硅的用途十分广泛，如：冶金、机械、化工、建材、轻工、电子、发热体。磨料可作为冶金工业的净化剂、脱氧剂和改良剂。在机械加工方面可作为合成硬质合金；加工后的硅碳板可作为耐火材料用于陶瓷烧制的棚板。通过精加工后生产的微粉，可用于高科技电子元器件和远红外线辐射材料的涂料。高纯度精微粉可供国防工业航空航天器皿的涂层。对国内各经济领域的用途十分广阔。

1、磨料--主要因为碳化硅具有很高硬度，化学稳定性和一定韧性，所以碳化硅能用于制造固结磨具、涂附磨具和自由研磨，从而来加工玻璃、陶瓷、石材、铸铁及某些非铁金属、硬质合金、钛合金、高速钢和砂轮等。

2、耐火材料和耐腐蚀材料---主要因为碳化硅具有高熔点（分解度）、化学惰性和抗热振性，所以碳化硅能用于磨具、陶瓷制品烧成窑炉中用棚板和匣钵、炼锌工业竖缸蒸馏炉用碳化硅砖、铝电解槽衬、坩锅、小件炉材等多种碳化硅陶瓷制品。

3、化工用途--因为碳化硅可在溶融钢水中分解并和钢水中离氧、金属氧化物反应生成一氧化碳和含硅炉渣。所以它可作为冶炼钢铁净化剂，即用作炼钢脱氧剂和铸铁组织改良剂。这一般使用低纯度碳化硅，以降低成本。同时还可以作为制造原料。

>>>碳化硅磨料的主要成分是碳化硅（Sic）。碳化硅含量愈高,其硬度与磨削性能也愈高。碳化硅

砂颗粒愈细，Sic含量就愈低，Sic有很强的硬度(莫氏硬度为9.2)，且具有相当尖锐的切削刃和自

锐性；在高温下(1000℃以上)仍能保持其固有的硬度和强度；与许多非金属(玻璃、陶瓷等)和某些

非铁金属(锌、铜及其合金)材料不易产生化学反应。碳化硅制品的导热率很高，热膨胀又小，抗热

震性很高，是优质的耐火材料。常温下工业碳化硅是一种半导体，属杂质导电性。碳化硅亲水性决

定磨料与结合剂结合牢固程度。当碳化硅被加热到一定温度时，能大量辐射出远红外范围的波，

这种射线很容易被水份、油漆等所吸收产生大量的热，所以具有远红外辐射性。

>>>碳化硅的用途

>>>鉴于碳化硅的以上性质，碳化硅的用途就十分广泛，主要用在：

>>>1、磨料--主要是因为碳化硅具有很高的硬度，化学稳定性和一定的韧性，所以碳化硅能用于制

造固结磨具、涂附磨具和自由研磨，从而来加工玻璃、陶瓷、石材、铸铁及某些非铁金属、硬质合

金、钛合金、高速钢和砂轮等。

>>>2、耐火材料和耐腐蚀材料---主要是因为碳化硅具有高熔点（分解温度）、化学惰性和抗热振

性，所以碳化硅能用于磨具、陶瓷制品烧成窑炉中用的棚板和匣钵、炼锌工业竖缸蒸馏炉用的碳

化硅砖、铝电解槽衬、坩锅、小件炉材等多种碳化硅陶瓷制品。

>>>3、化工用途--因为碳化硅可在溶融钢水中分解并和钢水中的游离氧、金属氧化物反应生成一氧

化碳和含硅炉渣。所以它可作为冶炼钢铁的净化剂，即用作炼钢的脱氧剂和铸铁组织改良剂。这一

般使用低纯度的碳化硅，以降低成本。同时还可以作为制造的原料。

>>>4、电工用途--用作加热元件、非线性电阻元件和高温半导体材料。加热元件如硅碳棒（适用于

1100～1500℃工作的各种电炉），非线性电阻元件，各式的避雷阀片。

>>>5、其它配制成远红外辐射涂料或制成碳化硅硅板用远红外辐射干燥器中。

碳化硅的性质：

化学性能稳定、导热系数高、热膨胀系数小、耐磨性能好、高热导性、高崩溃电场强度及高电流密度。

碳化硅的硬度很大,莫氏硬度为9.5级，仅次于世界上硬的金刚石（10级），具有优良的导热性能，是一种半导体，高温时能抗氧化。

碳化硅至少有70种结晶型态。其3.2g/cm3的比重及较高的升华温度（约2700 °C），在任何已能达到的压力下，它都不会熔化，且具有相当低的化学活性。

碳化硅的用途：碳化硅主要有四大应用领域，即：功能陶瓷、高级耐火材料、磨料及冶金原料。

作为磨料，可用来做磨具，如砂轮、油石、磨头、砂瓦类等。

作为冶金脱氧剂和耐高温材料。

高纯度的单晶，可用于制造半导体、制造碳化硅纤维。

碳化硅的工业制法是用优质石英砂和石油焦在电阻炉内炼制。炼得的碳化硅块，经破碎、酸碱洗、磁选和筛分或水选而制成各种粒度的产品。

碳化硅由于化学性能稳定、导热系数高、热膨胀系数小、耐磨性能好，除作磨料用外，还有很多其他用途，例如：以特殊工艺把碳化硅粉末涂布于水轮机叶轮或汽缸体的内壁，可提高其耐磨性而延长使用寿命1～2倍;用以制成的高级耐火材料，耐热震、体积小、重量轻而强度高,节能效果好。低品级碳化硅(含SiC约85%)是极好的脱氧剂，用它可加快炼钢速度，并便于控制化学成分，提高钢的质量。此外，碳化硅还大量用于制作电热元件硅碳棒。

碳化硅的工业制法是用优质石英砂和石油焦在电阻炉内炼制。炼得的碳化硅块，经破碎、酸碱洗、磁选和筛分或水选而制成各种粒度的产品。

碳化硅的化学性质

一、碳化硅（SiC）是用石英砂、石油焦(或煤焦)、木屑为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。碳化硅又称金钢砂或耐火砂。碳化硅是用石英砂、石油焦(或煤焦)、木屑(生产绿色碳化硅时需要加食盐)等原料在电阻炉内经高温冶炼而成。目前我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。纯碳化硅是无色透明的晶体。工业碳化硅因所含杂质的种类和含量不同，而呈浅黄、绿、蓝乃至黑色，透明度随其纯度不同而异。碳化硅晶体结构分为六方或菱面体的 α-SiC和立方体的β-SiC(称立方碳化硅)。α-SiC由于其晶体结构中碳和硅原子的堆垛序列不同而构成许多不同变体，已发现70余种。β-SiC于2100℃以上时转变为α-SiC。

二、碳化硅由于化学性能稳定、导热系数高、热膨胀系数小、耐磨性能好，除作磨料用外，还有很多其他用途，例如：以特殊工艺把碳化硅粉末涂布于水轮机叶轮或汽缸体的内壁，可提高其耐磨性而延长使用寿命1～2倍；用以制成的高级耐火材料，耐热震、体积小、重量轻而强度高,节能效果好。低品级碳化硅（含SiC约85％）是极好的脱氧剂，用它可加快炼钢速度，并便于控制化学成分，提高钢的质量。此外，碳化硅还大量用于制作电热元件硅碳棒。

碳化硅陶瓷导热系数问题

硅化碳导热系数：20大卡/米·小时·度 (随温度变化很小)

其它物理性能如下：

密度：3.2克/厘米3

莫氏硬度：9.5

比 热：0.17千卡/公斤·度

线膨胀系数：5×10-6(m/℃)

化学性质：

有良好的化学稳定性，抗酸能力强。在高温条件下碱性物质对其有侵蚀作用。

在1000℃以上长期使用能与氧气和水蒸气发生如下作用：

①SiC+2O2→Sio2+CO2 ②SiC+4H2O＝Sio2+4H2+CO2

致使元件中SiO2含量逐渐增多，电阻随之缓慢增加，为之老化。如水蒸气过多，会促进SiC氧化，由②式反应产生的H2与空气中的O2给合H2O再反应产生恶性循环，降低寿命。氢气(H2)能使元件机械强度降低。氮气(N2)在1200℃以下能防止SiC氧化1350℃以上与Si发生反应，使SiC分解。(Cl2)能使Sic完全分解。

碳化硅的热膨胀系数是多少？

在273-1273K下，碳化硅的热膨胀系数是4.7×10的负6次方/K

碳化硅的热膨胀系数与温度有关

据相关实验，碳化硅的热膨胀系数与温度直接满足下图中的关系式：

（式中热膨胀系数a的单位为×10^-6 K^-1）

（由于该数据为实验测得，故有一定的误，但在数据精度要求不高的情况下，可近似以上述关系式作标准）

参考文献：吴清仁等，SiC材料导热系数和热膨胀系数与温度关系，华南理工大学学报，1996年3月