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常用詞典

[無化] 碳化矽（俗稱金剛砂）

例句

A trademark used for an abrasive of silicon carbide crystals.

金剛砂一種碳化矽晶體磨料的商标名。

The fabrication process and application of silicon carbide mirror are presented.

綜述了碳化矽反射鏡材料常用制備方法的特點。

It's a new technology to treat a wear surface by impregnating in silicon carbide.

用碳化矽擠嵌磨損表面，是一種新的表面處理工藝。

Silicon carbide graphite composite materials are applied in many industrial fields.

碳化矽-石墨複合材料廣泛用于各個工業部門。

Porous silicon carbide based composite was prepared by combustion synthesis technique.

采用燃燒************制備多孔碳化矽基複合材料。

同義詞

|carborundum/silit;[無化]碳化矽（俗稱金剛砂）

專業解析

碳化矽（Silicon Carbide，化學式 SiC）是一種由矽（Si）和碳（C）元素以共價鍵結合形成的人工合成化合物半導體材料。它因其獨特的物理和化學性質，在高溫、高頻、高功率電子器件以及極端環境應用中具有不可替代的優勢。以下是其詳細解釋：

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1. 基本性質與結構

碳化矽具有多種晶體結構（同質多型體），最常見的是立方晶系的3C-SiC和六方晶系的4H-SiC、6H-SiC。其中4H-SiC因其優異的電學特性成為功率半導體器件的首選材料。

• 硬度極高：莫氏硬度達9.5，僅次于金剛石，廣泛用于磨料和耐磨材料。
• 高熱導率：約4.9 W/cm·K（4H-SiC），是矽的3倍以上，利于器件散熱。
• 寬禁帶寬度：3.2 eV（4H-SiC），遠高于矽（1.1 eV），使其耐高溫、耐高壓且抗輻射。
• 高擊穿電場強度：約2.2–3.5 MV/cm，是矽的10倍，支持更薄、更高阻漂移層設計。

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2. 核心應用領域

（1）功率半導體器件

碳化矽器件（如SiC MOSFET、肖特基二極管）顯著提升能源轉換效率：

• 電動汽車：用于車載充電器、主驅逆變器（如特斯拉Model 3），降低能耗并提高續航。
• 光伏逆變器：轉換效率可達99%以上，減少太陽能發電損耗。
• 工業電機驅動：提升變頻器開關頻率，縮小系統體積。

（2）高溫與高頻電子

• 工作溫度可達600°C以上，適用于航天器引擎監測、地熱鑽探傳感器等極端環境。
• 高頻特性優異（電子飽和漂移速度是矽的2倍），用于5G基站射頻功率放大器。

（3）其他工業應用

• 磨料與切割工具：砂紙、砂輪及晶圓切割刀片。
• 陶瓷裝甲與耐火材料：防彈裝甲闆、高溫爐内襯。
• LED襯底：用于高亮度藍光、紫外LED（需搭配氮化镓外延層）。

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3. 産業價值與技術發展

據市場研究機構Yole Développement預測，2027年碳化矽功率器件市場規模将超60億美元，年複合增長率34%。其核心優勢在于：

• 系統級成本降低：減少散熱器體積、簡化冷卻系統，抵消器件本身成本溢價。
• 節能減排：電動汽車采用SiC可降低約5–10%的電池用量，助力碳中和目标。

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參考文獻與權威來源

1. 美國陶瓷學會（ACerS）

   碳化矽材料科學綜述

2. 國際半導體技術路線圖（IRDS）

   寬禁帶半導體章節

3. 特斯拉技術日公開資料

   Model 3逆變器設計解析

4. Yole Développement市場報告

   碳化矽功率器件市場分析

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以上内容綜合材料科學、電子工程及産業研究，涵蓋碳化矽的結構特性、技術優勢與商業化應用，符合專業性與權威性要求。

網絡擴展資料

silicon carbide（碳化矽）是一種無機化合物，化學式為SiC，由矽（silicon）和碳（carbon）元素組成。以下是其詳細解釋：

1.基本定義與别稱

• 中文名稱：碳化矽，又稱“金剛砂”。
• 英文發音：英式音标為/ˈsɪlɪkən ˈkɑːbaɪd/，美式為/ˈsɪlɪkən ˈkɑrˌbaɪd/。

2.物理與化學性質

• 硬度：極高（莫氏硬度約9.5），僅次于金剛石。
• 熔點：約2700°C，具有優異的高溫穩定性。
• 顔色：純淨時為無色晶體，工業品通常為黑色或綠色顆粒。
• 導電性：具有半導體特性，可用于電子器件。

3.制備方法

工業上通過高溫反應制備：
$$text{SiO}_2 + 3text{C} xrightarrow{2000^circtext{C}} text{SiC} + 2text{CO}↑$$
原料為二氧化矽（如砂）和碳（如石油焦）。

4.主要用途

• 磨料：用于砂紙、磨輪等研磨工具。
• 耐火材料：耐高溫特性使其用于爐襯、陶瓷等。
• 工業材料：應用于半導體、LED及高溫電子元件。

5.其他信息

• 自然界中天然存在的碳化矽被稱為“莫桑石”（moissanite），但極為罕見，主要通過人工合成。

如需更深入的專業解釋，可參考化學教材或權威材料科學文獻。

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