В 21 веке, благодаря прогрессу в науке и технологиях, развитие современной продуктивности сосредоточено на таких областях, как информационные технологии, энергетика, материаловедение и биотехнология. Материалы карбида кремния (SiC), благодаря своим стабильным химическим свойствам, высокой теплопроводности, низкому коэффициенту теплового расширения, низкой плотности, отличной износостойкости, высокой твердости, механической прочности и устойчивости к химическому коррозии, быстро появились в области материалов.

Керамические материалы на основе SiC появились в 1960-х годах. До этого SiC в основном использовался как абразивный и огнеупорный материал. Однако с появлением передовых керамических материалов традиционные керамические материалы на основе SiC перестали удовлетворять требованиям. В последние годы были разработаны композитные керамические материалы на основе SiC, улучшающие характеристики однофазных материалов. Керамические материалы на основе SiC теперь широко применяются в керамических шарикоподшипниках, клапанах, полупроводниковых материалах, измерительных приборах и авиационной промышленности.

Химическая стабильность SiC тесно связана с его окислительными свойствами. Хотя SiC склонен к окислению, при окислении образуется тонкая пленка диоксида кремния (SiO₂), которая постепенно затрудняет дальнейшее окисление.

Поведение окисления: В воздухе SiC начинает окисляться при 800°C, хотя и медленно. При повышении температуры скорость окисления быстро увеличивается. В кислороде скорость окисления в 1,6 раза быстрее, чем в воздухе, хотя со временем уменьшается.

• Физический вид: Чистый карбид кремния - бесцветный, прозрачный кристалл. Промышленный карбид кремния имеет различные цвета, включая бесцветный, светло-желтый, светло-зеленый, темно-зеленый, светло-синий, темно-синий и черный, прозрачность уменьшается по мере затемнения цвета. Карбид кремния классифицируется на зеленый карбид кремния (бесцветный до темно-зеленого) и черный карбид кремния (светло-синий до черного).

Зеленый карбид кремния более хрупкий и идеален для изготовления самозатачивающихся абразивов.

Черный карбид кремния более прочный и используется по-разному, чем зеленый карбид кремния.

Подготовка ультратонких порошков SiC, важных для высокотехнологичных приложений, разделяется на три основные категории:

Методы в твердой фазе:

Метод карботермического восстановления.

Метод прямой реакции Si-C, включая высокотемпературный самораспространяющийся синтез и механическое спекание.

Методы в жидкой фазе:

Метод соль-гель.

Метод пиролиза полимеров.

метод с использованием сольвотермального синтеза.

Методы в газовой фазе:

Химическое осаждение из паров (CVD).

Метод с использованием плазмы.

Лазерное испарение для нанесения покрытий.

Из-за сильных ковалентных связей и низкого коэффициента диффузии SiC, плотность не может быть достигнута с использованием обычных методов спекания. Для снижения поверхностной энергии или увеличения плотности необходимо использовать спекающие добавки или внешнее давление.

Керамика на основе реакционно-связанного карбида кремния:

α-SiC и углерод формуются с использованием связующего вещества и высушиваются. Затем заготовка помещается в материалы, содержащие Si, нагревается выше 1400°C, что позволяет расплавленному или испарившемуся Si проникнуть в поры и реагировать с углеродом, образуя SiC и, в конечном итоге, уплотняя материал.

Горячепрессованные керамические изделия из карбида кремния:

Применение давления во время спекания ускоряет атомную диффузию и повышает эффективность спекания. Однако это может привести к росту зерен перпендикулярно направлению давления. Горячее изостатическое прессование (HIP) может уменьшить эту проблему.

Бездавлений синтерованный карбид кремния:

Этот метод обещает производство сложноформованных крупногабаритных компонентов из карбида кремния. Он включает твердофазное и жидкофазное спекание в зависимости от механизма спекания.

Шарики точности критичны в приборах для измерения округлости, гироскопах, подшипниках и точных измерительных устройствах. Традиционные металлические шарики склонны к износу и деформации из-за температуры. Керамические шарики SiC, благодаря своей легкости, высокой твердости, износостойкости, термостойкости и низкому тепловому расширению, широко применяются в точных подшипниках и деталях.

Высокая твердость карбида кремния (по шкале Мооса: 9,2–9,6) делает его подходящим для абразивов, таких как шлифовальные круги, шлифовальная бумага и полировочные составы, преимущественно используемые в механических отраслях обработки. Карбид кремния занимает место чуть ниже алмаза и карбида бора как часто используемый абразив.

Врожденная хрупкость керамики ограничивает их применение в аэрокосмической и других высокотехнологичных областях. Упрочнение SiC за счет волоконных армирований повышает прочность и модуль. Композиты на основе SiC, благодаря своей высокой прочности, прочности и отличной устойчивости к окислению, широко используются в высокотемпературных конструкционных приложениях в авиационной промышленности.