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耐火材料用原材料——碳化硅

發布日期: 2019-09-28 14:54:52    閱讀量(176)    作者:張紅

碳化硅,又稱碳硅石或金剛砂,化學式為 SiC,是一種人工合成的共價鍵化合物,主要特征為高硬度、高熔點、耐高溫、耐腐蝕、耐磨損、化學性質穩定、高導熱系數、低熱膨脹數和抗熱震性能,常制成工程陶瓷、耐火材料和磨料磨具,被廣泛應用于冶金、化工和電子等工業領域。

碳化硅的晶體結構特別,C Si 都屬于元素周期表第ⅣA 族,最外層都有 4個電子,其電子軌道分別為 2S22P2 3S23P2。當硅原子與碳原子相互結合時,硅原子中一個 S 軌道的電子躍遷至 P 軌道,硅原子的外層電子結構變成有四個未配對電子的 SP3 雜化軌道。這四個未配對電子恰好與硅原子周圍四個碳原子外層的未配對電子形成共價鍵。硅原子位于四個碳原子構成的四面體中心,同時,每個碳原子也位于四個硅原子構成的四面體的中心。這種結構與金剛石的四面體結構相似,它決定碳化硅晶體具有高硬度的特質。

碳化硅晶體的基本結構單元是[SiC4][CSi4]的配位四面體。這兩種配位四面體相互交插、共價結合。如果順著 ABABAB 的密堆積次序堆積,則形成六方纖鋅礦結構,如圖 所示,α-SiC 即為此結構,屬于六方晶系。如果四面體順著ABCABCABC 的密堆積次序堆積,則形成立方閃鋅礦結構,如圖 1 所示,β-SiC結構即為此結構,屬于立方晶系。


1SiC 晶體結構

1 SiC 常見多型體及其晶格常數


由于四面體堆積次序不同,碳化硅會形成不同類型結構,現已發現上百種SiC 變體,常見的 SiC 多型體如表 1 所示。表中,立方晶系、六方晶系、菱方晶系等晶格類型分別由字母 CHR 來表示,字母前的數字表示單位晶胞中所含層數,例如,4H 表示沿 C 軸有 4 層重復周期的六方晶系結構。

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