天然的碳化硅很少，工業(yè)上使用的為人工合成原料，俗稱(chēng)金剛砂，是一種典型的共價(jià)鍵結合的化合物。碳化硅是耐火材料領(lǐng)域中最常用的非氧化物耐火原料之一。

（1）碳化硅的性質(zhì)：

碳化硅主要有兩種結晶形態(tài)：b-SiC 和 a-SiC。b-SiC 為面心立方閃鋅礦型結構，晶格常數 a=0.4359nm。a-SiC 是 SiC 的高溫型結構，屬六方晶系，它存在著(zhù)許多變體。

碳化硅的折射率非常高，在普通光線(xiàn)下為 2.6767~2.6480.各種晶型的碳化硅的密度接近，a-SiC 一般為3.217g/cm3，b-SiC 為 3.215g/cm3.純碳化硅是無(wú)色透明的，工業(yè) SiC 由于含有游離 Fe、Si、C 等雜質(zhì)而成淺綠色或黑色。綠碳化硅和黑碳化硅的硬度在常溫和高溫下基本相同。SiC 熱膨脹系數不大，在25~1400℃平均熱膨脹系數為 4.5×10-6/℃。碳化硅具有很高的熱導率，500℃時(shí)為 64.4W/ (m·K)。常溫下SiC 是一種半導體。

碳化硅具有耐高溫、耐磨、抗沖刷、耐腐蝕和質(zhì)量輕的特點(diǎn)。碳化硅在高溫下的氧化是其損害的主要原因。

（2）碳化硅的合成：

①碳化硅的冶煉方法，合成碳化硅所用的原料主要是以 SiO2 為主要成分的脈石低檔次的碳化硅可用低灰分的無(wú)煙煤為原料。輔助原料為木屑和食鹽。

碳化硅有黑、綠兩種。冶煉綠碳化硅時(shí)要求硅質(zhì)原料中 SiO2 含量盡可能高，雜質(zhì)含量盡量低。生產(chǎn)黑碳化硅時(shí)，硅質(zhì)原料中的 SiO2 可稍低些。對石油焦的要求是固定碳含量盡可能高，灰分含量小于 1.2%，揮發(fā)分小于 12.0%，石油焦的粒度通常在 2mm 或 1.5mm 以下。木屑用于調整爐料的透氣性能，通常的加入量為 3% ~5%（體積）。食鹽僅在冶煉綠碳化硅時(shí)使用。

硅質(zhì)原料與石油焦在 2000~2500℃的電阻爐內通過(guò)以下反應生成碳化硅： SiO2+3C→SiC+2CO↑-526.09Kj

CO 通過(guò)爐料排出。加入食鹽可與 Fe、Al 等雜質(zhì)生成氯化物而揮發(fā)掉。木屑使物料形成多孔燒結體，便于CO 氣體排出。

碳化硅形成的特點(diǎn)是不通過(guò)液相，其過(guò)程如下：約從 1700℃開(kāi)始，硅質(zhì)原料由砂粒變?yōu)槿垠w，進(jìn)而變?yōu)檎羝ò谉煟?/span>SiO2 熔體和蒸汽鉆進(jìn)碳質(zhì)材料的氣孔，滲入碳的顆粒，發(fā)生生成 Sic 的反應；溫度升高至1700~1900℃時(shí)，生成 b-SiC；溫度進(jìn)一步升高至 1900~2000℃時(shí)，細小的 b-SiC 轉變?yōu)?/span> a-SiC，a-SiC 晶粒逐漸長(cháng)大和密實(shí)；爐溫再升至 2500℃左右，SiC 開(kāi)始分解變?yōu)楣枵羝褪?span lang="EN-US">

大規模生產(chǎn)碳化硅所用的方法有艾奇遜法和ESK 法。

艾奇遜法：傳統的艾奇遜法電阻爐的外形像一個(gè)長(cháng)方形的槽子，它是有耐火磚砌成的爐床。兩組電極穿過(guò)爐墻深入爐床之中，專(zhuān)用的石墨粉爐芯體配置在電極之間，提供一條導電通道，通電時(shí)下產(chǎn)生很大的熱量。爐芯體周?chē)b盛有硅質(zhì)原料、石油焦和木屑等組成的原料，外部為保溫料。

熔煉時(shí)，電阻爐通電，爐芯體溫度上升，達到 2600℃左右，通過(guò)爐芯體表面傳熱給周?chē)幕旌狭希怪l(fā)生反應生成碳化硅，并逸出 CO 氣體。一氧化碳在爐表面燃燒生成二氧化碳，形成一個(gè)柔和、起伏的藍色至黃色火焰氈被，一小部分為燃燒的一氧化碳進(jìn)入空氣。待反應完全并冷卻后，即可拆除爐墻，將爐料分層分級揀選，經(jīng)破碎后獲得所需粒度，通過(guò)水洗或酸堿洗、磁選等除去雜質(zhì)，提高純度，再經(jīng)干燥、篩選即得成品。

艾奇遜法設備簡(jiǎn)單、投資少，廣泛為石階上冶煉 SiC 的工廠(chǎng)所采用。但該法的主要缺點(diǎn)在于無(wú)法避免粉塵和廢氣造成的污染，冶煉過(guò)程排出的廢氣無(wú)法收集和再利用，無(wú)法減輕取料和分級時(shí)的繁重體力勞動(dòng)，同時(shí)爐子的長(cháng)度也不夠，通常僅幾米至幾十米長(cháng)，生產(chǎn)經(jīng)濟性不高。

ESK 法 1973 年，德國 ESK 公司對艾奇遜法進(jìn)行了改進(jìn)，發(fā)展了 ESK 法。Esk 法的大型 SiC 冶煉爐建立在戶(hù)外，沒(méi)有端墻和側墻，直線(xiàn)性或 U 型電極位于爐子底部，爐長(cháng)達 60m，用聚乙烯袋子進(jìn)行密封以回收爐內逸出的氣體，提取硫后將其通過(guò)管道小型火電廠(chǎng)發(fā)電。該爐可采用成本低、活性高、易反應的高硫分石油焦或焦炭作為原料，將原料硫含量由原來(lái)的 1.5%提高到 5.0%。

②碳化硅粉末的合成方法法三種。

固相法是通過(guò)二氧化硅和碳發(fā)生碳熱還原反應或硅粉和炭黑細粉直接在惰性氣氛中發(fā)生反應而制得碳化硅細粉。可以通過(guò)機械法將艾奇遜法或 ESK 法冶煉的碳化硅加工成 SiC 細粉。目前該方法制得的細粉表面積1~15m2/g,氧化物含量 1.0% 左右，金屬雜質(zhì)含量 1400~2800ppm（1ppm=10-6）。其細度和成分取決于粉碎、酸洗等后續處理工藝和手段。碳化硅粉末也可以由豎爐或高溫回轉窯連續化生產(chǎn)，可獲得高質(zhì)量的 b-SiC 粉體。SiO2 細粉與碳粉混合料在豎爐的惰性氣氛中，在低于 2000℃的溫度下發(fā)生熱還原反應，合成 b-SiC 粉體。所獲得的 SiC 的粒度為合成碳化硅粉末的方法主要有固相法、液相法和氣相微米級。但往往含有非反應的 SiO2 和 C，需進(jìn)行后續的酸洗和脫碳處理。利用高溫回轉窯也可生產(chǎn)出高質(zhì)量的 SiC 細粉。

液相反應法可制備高純度、納米級的 SiC 微粉，而且產(chǎn)品均勻性好，是一種具有良好發(fā)展前景的方法。液相反應法制備 SiC 微粉主要分為溶膠-凝膠法和聚合物熱分解法等。溶膠-凝膠法制備 SiC 微粉的核心是通過(guò)溶膠-凝膠反應過(guò)程，形成 Si 和 C 在分子水平上均勻分布的混合物或聚合物固體，升溫過(guò)程中，首先形成 S iO2 和 C 的均勻混合物，然后在 1400~1600℃溫度下發(fā)生碳熱還原反應生成 SiC。聚合物熱分解法主要是指加熱聚硅烷等聚合物，放出小單體，形成 Si-C 骨架。由熱解法制備的 SiC 均為 b-SiC。如果熱解溫度低于 1100℃，則為無(wú)定形 SiC。氣相法是用含硅的原料和含碳的原料通過(guò)氣相反應生成 SiC。根據加熱方式的不同可分為電阻爐和火焰加熱法、等離子和電弧加熱法、激光加熱法等。