教学素材：“金刚砂”碳化硅是什么？

【教学素材】

“金刚砂”碳化硅是什么？

湖北省石首市文峰初级中学  刘涛（正高级教师）

【知识链接】（人教版上册第4面图8）碳化硅

碳化硅材料是一种无机非金属材料，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。碳化硅材料具有高硬度、高耐磨性、摩擦系数低、抗氧化性强、热稳定性好、热膨胀系数低、热导率大以及抗热震和耐化学腐蚀等优良特性，可用于各种要求耐磨、耐蚀和耐高温的机械设备。自1893年以来已经被大规模生产为粉末和晶体，用作磨料等。碳化硅是应用最广泛、最经济的一种非氧化物高技术耐火原料，可以称为金钢砂或耐火砂。

碳化硅（SiC）作为一种高性能半导体材料，主要应用于功能陶瓷、高级耐火材料、磨料、冶金原料、功率器件及先进封装等领域，并逐步拓展至新能源汽车、光伏、5G通信等新兴行业。

一、碳化硅的基本特性

（1）高硬度与强耐磨性

碳化硅的硬度极高，莫氏硬度可达 9.2，仅次于金刚石和立方氮化硼等少数超硬材料。。高硬度赋予了碳化硅极强的耐磨性，当以特殊工艺将碳化硅粉末涂布于水轮机叶轮或汽缸体的内壁时，可显著提高其耐磨性，延长使用寿命 1～2 倍 。

（2）良好的热稳定性

碳化硅具有出色的热稳定性，在高温环境下，碳化硅能够保持结构稳定，不易发生变形或损坏，这使得它在高温工业领域大显身手。

（3）化学稳定性强

碳化硅的抗酸性能力极强，在 200℃以下，一般不会与酸性溶剂反应。

二、碳化硅的应用

（1）作为磨料，可用来做磨具，如砂轮、油石、磨头、砂瓦类等。

（2）作为冶金脱氧剂和耐高温陶瓷材料。

（3 ）还可以做五金，玻璃，宝石，玉器等抛光研磨。

（4）第三代半导体材料，高纯度的单晶可用于制造半导体、制造碳化钙纤维。

【同步训练设计】

1．碳化硅又称金刚砂（SiC），它的分解温度很高（约2200℃），硬度很大，化学性质很稳定，由此推断，下列与碳化硅具有相似结构的物质是（   ）

A．干冰       B．石灰石     C．钠玻璃      D．金刚石

2．新产品磨牙器能有效帮助去除牙齿表面的牙垢，磨牙器磨头采用50%的橡胶与50% 的金刚砂（主要成分为碳化硅）特制而成。已知碳化硅中碳元素显－4价，硅元素显＋4价，则碳化硅的化学式为（   ）

A．SiC       B．Si2C3        C．Si3C2        D．SiC2

3．我国“辽宁号”航母甲板上涂有耐高温、耐磨的碳化硅（SiC）涂层，碳化硅的结构类似于金刚石的结构，则构成碳化硅的粒子是（　　）

A．分子        B．原子       C．离子      D．中子

4．碳化硅（SiC）陶瓷基符合材料是一种新型热结构材料，在空气中碳化硅能与熔融的氢氧化钠发生反应：SiC＋2NaOH＋2O2 Na2SiO3＋X＋H2O，则X的化学式为（　　）

A．SiO2       B．CO         C．Na2CO3    D．CO2

5．工业上制造高温结构陶瓷碳化硅（SiC）陶瓷的化学方程式如下：SiO2＋3C  SiC＋2CO↑在这个反应中，氧化剂和还原剂之间的化学计量数之比是（    ）

A．1∶2         B．2∶1          C．1∶1        D．3∶5

6．硅是制作芯片的材料。硅元素在元素周期表中的信息如图所示，下列说法正确的是（   ）