碳化硅陶瓷的现今应用及其在5G时代应用前

1.材料结构、性能及应用关系

材料的结构主要有四个层次,依次为:1)原子结构;2)原子结合键;3)原子排列方式;4)相与组织。从材料理论观点来看,材料结构决定材料性能;而材料的性能决定了材料的应用方向(图1)。因而,材料结构上的根本性差异,使得陶瓷材料相对于有机高分子及金属等固体材料,在应用上有所侧重。

2.碳化硅(SiC)陶瓷结构及性能

陶瓷材料是由很强方向性和结合性共价键和离子键联接构成的,从而其表现出了高熔点、高硬度、良好化学稳定性及耐磨性等特点[1]。碳化硅陶瓷作为陶瓷材料其中之一,其Si-C共价键率达到88%[2],展现了一般陶瓷材料优良性能。此外,也因本质结构原因,展现了特异优良性能。如图2所示,碳化硅陶瓷材料结构是Si/C双原子构成四面体;Si/C致其密度较小;相对其它陶瓷材料,碳化硅更是一种轻质陶瓷材料。而由Si/C两种原子构成碳化硅也具有低热膨胀系数、高导热系数和耐热震的性能特点[3]。

3.碳化硅陶瓷的应用

得益于碳化硅陶瓷一系列优良性能,使得碳化硅陶瓷在现代很多工业领域中得到了应用[4],主要集中在耐火材料、耐磨高温件、磨料模具和防弹装甲等四个方面。

1)耐火材料:相对于磨料,碳化硅陶瓷在国外更多作为耐火材料;而我国也逐步扩大了碳化硅陶瓷在耐火材料方面上的应用。耐火材料碳化硅一般有三种牌号,各自应用方向如表1所示。

表1黑色碳化硅的牌号及其应用

2)耐磨高温件:由于碳化硅陶瓷具有高硬度、耐酸碱化学腐蚀、良好的耐磨损性和导热性,使得其常常被用于耐磨高温件,如:高温热交换器和轧钢机上的托辊。

3)磨料模具:碳化硅是除了金刚石和碳化硼后,硬度最大的材料;因此,在机械加工行业中,各种磨削用的砂布、砂轮、砂纸及各类磨料很多都是由碳化硅陶瓷材料制备而成的。

4)防弹装甲:现代化防弹材料追求防弹效果好、材质轻和价格低廉三位一体;而碳化硅的高硬度、密度相对较小及价格低廉的特点,使得其在防弹装甲上大有作为。在坦克、船舰、战斗机、防弹头盔和防弹衣领域,都有碳化硅陶瓷的一席之地。

4.5G时代下的碳化硅陶瓷

好比人类进化伴随智力发展和工具使用的升级,1G到5G的移动通信革新大体是软件和硬件的升级。作为学材料出身的笔者,更

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