與α-SiC（六方碳化矽，綠色/黑色）相比，β-SiC（3C-SiC，立方碳化矽）粉末具有更優異的燒結性能。它可透過低溫無壓燒結、熱壓和熱等靜壓等製程實現緻密化。其立方晶體結構賦予其各向同性的熱力學性能，並具有細小均勻的晶粒。經高純度粉末燒結後，可製成半導體設備以結構陶瓷、耐磨耐腐蝕結構件、高溫窯爐配件、陶瓷基複合材料的增強相。
燒結陶瓷芯材的優勢
- 高燒結活性：與α-SiC相比，β-SiC在較低溫度下即可燒結，且易於獲得高密度。它適用於無壓燒結，可用於生產大尺寸和複雜形狀的零件，從而降低燒結難度和生產成本。
- 各向同性性能：立方晶體在熱性能和機械性能方面沒有方向差異，因此具有良好的尺寸一致性，精密加工後變形較小。
- 細晶粒和高強度：燒結體具有細晶粒、高彎曲強度和優異的抗熱衝擊性，在快速加熱-冷卻循環下不易開裂。
- 耐磨耐腐蝕且導熱性高：耐強酸強鹼腐蝕及高溫氧化；導熱性高，熱膨脹係數低。高純度等級含有極低的金屬雜質，滿足半導體潔淨度要求。
- 可進行摻雜改質：透過燒結摻雜可實現導電或半導體性能，以滿足電氣工作條件。
主要應用場景
1. 半導體設備用燒結陶瓷元件（高純度β-SiC粉末）
採用高純度β-SiC粉末燒結而成（不同於CVD單片零件），用於國內成熟製程的替代： – 等離子蝕刻腔：邊緣環、聚焦環、腔襯、絕緣支撐底座 – 熱處理/外延設備：晶圓托架、晶圓舟、懸臂槳、爐管、圓晶板 – 研磨和檢測設備：真空電模堆
注意：燒結 β-SiC 在純度和密度方面不如單片 CVD-β-SiC，但對於成熟節點應用而言，它具有明顯的成本優勢。
2. 耐磨耐腐蝕工業結構陶瓷
– 機械密封環、陶瓷軸承、泵閥耐磨襯裡、噴砂噴嘴、燃燒器噴嘴 – 用於化學和有色金屬行業的耐腐蝕耐磨部件，可抵抗強介質侵蝕
3. 高溫窯爐熱力部件
輥桿、梁、擱板、槽梁、坩堝、熱電偶保護管、輻射加熱管。應用於輥窯和熱處理爐中，具有良好的抗熱衝擊性，可承受頻繁的溫度升降循環，使用壽命比傳統α-SiC窯具更長。
4. 陶瓷基複合材料（CMC）的增強相
β-SiC 粉末/晶須可用作 SiC/SiC 複合陶瓷的增強填料，應用於航空航太領域的高溫熱結構零件和抗熱衝擊防護零件，以提高韌性和抗熱衝擊性。
5. 軍用防護及特殊高溫零件
防彈陶瓷裝甲板、輕質抗衝擊零件；核工業用耐輻射高溫結構件，耐高溫腐蝕及輻射損傷。
燒結β-SiC陶瓷的關鍵技術參數
| 物品 | 燒結β-SiC陶瓷 |
|---|---|
| 晶相 | β-SiC（3C-SiC 立方相） |
| 純度 | ≥99.99%（半導體級） |
| 密度 | 3.18-3.20 克/立方厘米 |
| 熱導率 | 220-280 瓦/(米·開爾文) |
| 彎曲強度 | 420-520兆帕 |
| 體積電阻率 | 0.01-10 Ω·cm（可透過摻雜調整） |
| 最高使用溫度 | 真空條件下溫度1400℃；空氣中溫度1700℃ |
