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陶瓷电热材料

纯净的碳化硅是电绝缘体（电阻率为1014Ω·m），但当含有杂质时，电阻率便会大幅度下降至零点几个欧姆·米，加上它有负的电阻温度系数，因此碳化硅是常用的发热元件，尤其广泛应用于陶瓷、玻璃、耐火材料等高温工业领域。

碳化硅陶瓷导电的原因比较复杂，但在其中添加少量的掺杂物便会对其电学性能产生很大的影响。目前所知，陶瓷材料在导电同时存在着电子式载流子和离子式载流子。一般情况下，电子式的电导十分微弱，可以忽略不计，而主要的导电形式是离子式电导，主要的载流子是那些体积小的阳离子、阳离子缺位和阴离子缺位。然而当材料中含有变价离子在温度、气氛影响下合成非化学计量化合物或由于引进不等价杂质，就会使材料产生大量自由电子或电子空穴造成显著的电子式电导。于是，广大的科研工作者对碳化硅做了大量的元素掺杂试验，其中包括铁系元素、铝系元素、稀土元素、高价金属离子等，并找到了许多对碳化硅发热材料的导电性能起积极作用的掺杂元素。

以孙国梁等人研究的铁系元素掺杂为例：随着铁单质、氧化铁加入量的增加，碳化硅材料的电阻率大幅降低。当铁系元素与碳化硅的晶格间隙或占据晶体结构中正常结点的位置，破坏碳化硅晶体中质点排列的有序性，引起晶体内周期热场的畸变，产生缺陷，形成杂质离子电导。

由于SiC是共价键很强的化合物，其晶界能和表面能之比很高，不易获得足够的能量形成晶界，烧结时扩散速率很低，颗粒表面氧化膜阻碍扩散进行。碳化硅的烧结一直是人们关注的焦点，国内外的众多学者在碳化硅的烧结工艺、烧结助剂等方面做了许多努力，并取得了一定的成果，但仍然需要改进。杂质的掺杂可以改变碳化硅材料的电性能，寻求更能满足我们要求的掺杂物也是碳化硅电热材料研究的重点。碳化硅材料在1350℃以上高温氧化气氛中使用易造成碳化硅元件因强烈氧化而烧损，制约了其在更高温度领域的广泛应用，改善碳化硅材料的抗热震性能是碳化硅电热材料研究的难点。