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硅是碳的同族元素，利用硅有规律地替代金刚石中的碳原子，使它们的组成比为SiC，就变成了碳化硅。由于硅原子比碳原子的体积大，所以碳化硅的晶格虽然保持着金刚石晶格的形式，但是稍有变形。根据现在的统计，碳化硅的结构竟有近百种之多！

自然界没有碳化硅的矿床，只在亚里桑那陨铁中发现过碳硅石。这个事实是否表示在地心中存在有这种化合物还尚无定论。目前工业上用的碳化硅都是人工合成的。将石英砂和焦炭在电弧炉中加热到2000℃左右，发生碳对二氧化硅的还原反应（SiO₂+3C = 2CO+SiC）后，就得到了SiC。碳化硅的硬度在莫氏硬度标准中仅低于金刚石，俗称金刚砂。金相砂纸、砂轮上起磨削作用的晶莹的“砂粒”，就是由尺寸不同的碳化硅粉粘附在基体上后做成的。

其实只看到碳化硅的硬度，只想到它可以做磨料，就未免有点“不识庐山真面目”了。碳化硅还是一种半导体材料，这点从它的“母体”——金刚石和单晶硅的半导体性质，就不难想到。现在发现，由主族元素（个别副族元素）形成的二元化合物中，当两种元素的外层电子数之和为8时，大多数具有金刚石型的晶体结构，而且都具有半导体性质，例如 GaAs， ZnS，Agl等等。根据这个规律，碳化硅具有半导体性质应早在意料之中了。

碳化硅的一个重要用途是做电热元件，它是由金刚砂、单质硅、甘油在二氧化碳或氮气中加热至1500℃后做成的，具有很高的机械强度、化学稳定性和良好的导电性。

碳化硅经处理后，可以做成宽频发光器件。虽然目前的发光效率还只有0.001％，但经不断改进后仍有广阔的应用前景。

近年来在高科技的需求推动下，碳化硅的应用和它的形态研究也有了长足的发展。其中以碳化硅晶须和碳化硅陶瓷最为典型，下面分别进行介绍。

碳化硅晶须

顾名思义，这是一种类似于胡须状的碳化硅单晶短纤维。它是目前各种晶须中强度最高的一种，并具有高模量、耐腐蚀、耐高温、相对密度小等特点。

现代工业生产碳化硅晶须的代表性工艺流程为：将碳粉和二氧化硅按一定配比混合，添加适量催化剂和赋形剂，在坩埚内加热至1450℃～1600℃，即可制成碳化硅晶须。常用催化剂为过渡金属及其氧化物。

所得到的碳化硅晶须，直径只有0.3～1.3μm，长度不过5～45μm，密度为3.2 g／cm³。它在空气中虽只耐600℃温度，但在惰性气氛或陶瓷材料中却可以经受 1600℃的高温，这个温度早已高过钢铁所能承受的极限了。

读者由上面所介绍的有关碳化硅及其晶须的特点，可能已经想到，它可能会在航空航天器和汽车制造工业中找到自己的用途。除此以外，用碳化硅晶须增强氧化铝复合陶瓷车刀，已成功地用于高温合金等难加工材料的切削；用碳化硅晶须制成的薄层材料，还可以用来制造耐酸和耐高温的过滤材料。

利用某一种材料的长处，用另一种或多种其他材料来弥补其短处，从而形成复合材料，是人所共知的办法。用合成纤维和天然纤维按一定比例织成的混纺材料，不仅弥补了单一材料固有的缺点，而且大大增加了纺织面料的花色品种。同样的做法，在塑料、合金中都可以找到。所以为了适应高新技术提出的、有时看来是极苛刻的要求，人们依然寄希望于多种功能成分的复合。

例如氮化硅是一种强度很高、硬度很大和抗化学腐蚀性很好的材料，但是断裂韧性却不高，往其中加入碳化硅晶须后形成碳化硅晶须补强材料后，较好地解决了这个问题。这一方法已在耐温度达1350 ℃以上的燃气轮涡轮转子和涡轮定叶片制造中得到应用。

碳化硅陶瓷

和晶须不同，陶瓷是一块整体材料，因此和用陶土、瓷土制陶器、瓷器一样，有一个烧结的过程。例如，用亚微米级碳化硅粉，添加碳化硼、氧化铝等在加压条件下烧至1950℃～2100℃左右成形，就可得到高致密碳化硅陶瓷。碳化硅陶瓷在常温性能和高温性能方面，都是现有陶瓷材料中的上品，表7.2是它的部分用途的介绍。

表7.2  碳化硅陶瓷的用途

由以上简略的介绍，读者可能会同样地感到，用贱如砂土和煤炭一类的材料，经过化学家的一番化学加工，再经过材料学家的精心设计，就可以做成性能优良的高科技产品，身价骤增千百倍，而且在某些时候，已成为难以替代的首选材料，真有“点石成金”之妙！不过，我们通过这些更应该深刻体会的，却是那块能够点石成金的“哲人石”，那块我们的祖先们梦寐以求的“哲人石”，它就是科学技术和掌握科学技术的人。