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碳化矽(silicon carbide)優異物理化學特性與應用範圍

在耐熱、耐高溫結構材料中，一般氧化物陶瓷(ex. 氧化鋁 Alumina oxide) 及金屬材料沒辦法處於此種條件使用，但在非氧化物陶瓷中確可以辦得到，像是Si3N4氮化矽(silicon nitride)和SiC碳化矽(silicon carbide)在於汽化管道、熱電藕套管、燃燒器零件、高效能發動機、坩堝、耐火材料及熱交換器等都受到廣泛的應用。

接下來介紹碳化矽(silicon carbide)

碳 化矽(silicon carbide)的硬度僅次於金剛石，這麼高性能材料製造方法有三種：1.反應燒結(reaction) 2.熱壓燒結(heat pressing) 3.常壓燒結(sintered)，如果以100%碳化矽粉(silicon carbide powder)燒杰接近理論密度(3.21g/cm3)，必須在2000°C以上高溫及350MPa以上高壓才可能達成，現今只需添加一些非氧化物助燒劑 可使碳化矽(silicon carbide)燒成溫度降到2000°C左右及常壓附近，敝公司以此方法製造碳化矽(sintered silicon carbide) 已可達到理論密度98%，因為這樣碳化矽(silicon carbide)擁有極強的共價鍵，在1650°C高溫下，還能保持期優異性能，因為極緻密結構密度與超高硬度，造就了碳化矽(silicon carbide)的高耐磨耗性，因為極緻密結構(低孔隙率)和極強共價鍵(化學惰性)造就了碳化矽(silicon carbide)高耐腐蝕性和高耐氧化性，即使在強酸強鹼中也能夠正常運作。

碳化矽簡介

現今碳化矽是常被人們使用的非氧化物陶瓷材料，因為碳化矽具有比一般陶瓷還要良好的硬度、耐熱性、耐氧化性、耐腐蝕性及高導熱性，所以近年碳化矽被廣泛應用在機械工程中的結構件和化學工程中的密封件等，甚至運用在強酸、強鹼、高磨耗、高溫、航太等極端條件的環境。

常壓燒結碳化矽(S-SiC)：
常壓燒結碳化矽(S-SiC) 是敝公司主力生產的產品之一
常 壓燒結碳化矽是個僅次於熱壓燒結碳化矽(HP-SiC)的一種碳化矽產品，其機械性能也接近熱壓燒結碳化矽，由於他的工藝性優於熱壓燒結碳化矽 ，製造成本也比熱壓燒結碳化矽低，適合大量生產及製造複雜形狀的製品，完全符合機械密封、無軸封泵(屏蔽泵)、磁力泵等泵類的零部件的要求，因此，這是目 前國外普遍採用的碳化矽材料。

常壓燒結碳化矽是以α-SiC晶體組成，體機密度能達到理論密度的98%以上(3.1g/cm3)，密度 是碳化鎢硬質合金的1/5，硬度僅次於金剛鑽，抗顆粒磨損的性能十分優異，S-SiC與石墨配對是目前使用PV值最高的一對密封件，高純度的常壓燒結碳化 矽(>98% SiC)能在高溫下抗各類酸鹼等化工介質的腐蝕，S-SiC的比強度極高，抗高溫氧化性能和高溫力學性能也十分優良。

現今碳化矽是常被人們使用的非氧化物陶瓷材料，因為碳化矽具有比一般陶瓷還要良好的硬度、耐熱性、耐氧化性、耐腐蝕性及高導熱性，所以近年碳化矽被廣泛應用在機械工程中的結構件和化學工程中的密封件等，甚至運用在強酸、強鹼、高磨耗、高溫、航太等極端條件的環境。

常壓燒結碳化矽(S-SiC)：
常壓燒結碳化矽(S-SiC) 是敝公司主力生產的產品之一
常 壓燒結碳化矽是個僅次於熱壓燒結碳化矽(HP-SiC)的一種碳化矽產品，其機械性能也接近熱壓燒結碳化矽，由於他的工藝性優於熱壓燒結碳化矽 ，製造成本也比熱壓燒結碳化矽低，適合大量生產及製造複雜形狀的製品，完全符合機械密封、無軸封泵(屏蔽泵)、磁力泵等泵類的零部件的要求，因此，這是目 前國外普遍採用的碳化矽材料。

常壓燒結碳化矽是以α-SiC晶體組成，體機密度能達到理論密度的98%以上(3.1g/cm3)，密度 是碳化鎢硬質合金的1/5，硬度僅次於金剛鑽，抗顆粒磨損的性能十分優異，S-SiC與石墨配對是目前使用PV值最高的一對密封件，高純度的常壓燒結碳化 矽(>98% SiC)能在高溫下抗各類酸鹼等化工介質的腐蝕，S-SiC的比強度極高，抗高溫氧化性能和高溫力學性能也十分優良。

碳化矽熱交換器( sintered silicon carbide heat exchanger)

碳化矽( sintered silicon carbide )熱交換器與傳統金屬熱交換器有極大性質上差異，一般傳統金屬熱交換器使用溫度在1100℃左右，壽命只有一年，而碳化矽( silicon carbide )熱交換器大部分使用溫度在1300~1400℃，有些甚至可以達到使用溫度在於1800℃，使用壽命更長達十年，而且碳化矽熱交換器比傳統金屬熱交換器擁有更高的效能，所以碳化矽熱交換器擁有更高的使用溫度、能夠承受更嚴苛的環境、耐久性與使用壽命更長、擁有更高的效率使得可以更節能與生產力提升、並對於我們的環境改善有很大的幫助性。

各精密陶瓷(fine ceramics)物理化學特性比較：

進行比較陶瓷包含氧化鋁(alumina oxide)、碳化矽(sintered silicon carbide)、氧化鋯(zirconia)和氮化矽(silicon nitride)

Main component
_99%Al2O3
S-SiC
ZrO₂
Si₃N₄

Physical Property
Density
g/cm³
3.90
3.1
6
3.2

Water Absorption
%
0
0.1
0
0.1

Sinter Temperature
°C
1700
2200
1500
1800

Mechanical Property
Rockwell Hardness
HV
1700
2200
1300
1400

Bend Strength
kgf/mm²
3500
4000
9000
7000

Compression Intensity
Kgf/mm²
30000
20000
20000
23000

Thermal Property
Maximum working temperature
°C
1500
1600
1300
1400

thermal expansion coefficient 0-1000°C
/°C
8.0*10^-6
4.1*10^-6(0-500°C)
9.5*10^-6
2.0*10^-6(0-500°C)

5.2*10^-6(500-1000°C)
4.0*10^-6(500-1000°C)

Thermal Shock resistance
T(°C)
200
250
300
400-500

Thermal Conductivity
W/m.k(25°C
31
100
3
25

          300°C)
16
100
3
25

Electrical Property
Resisting rate of Volume
◎.cm

20°C
>10¹²
10⁶-10⁸
>10¹⁰
>10¹¹

100°C
10¹²-10¹³
-
-
>10¹¹

300°C
>10¹²
-
-
>10¹¹

Insulation Breakdown Intensity
KV/mm
18
semiconductor
9
17.7

Dielectric Constant (1 MHz)
(E)
10
-
29
7

Dielectric Dissipation
(tg o)
0.4*10^-3
-
-
-

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