碳化铝(AlC)是一种具有菱形六面体结构的离子型化合物,具备极高的硬度、剪切强度和熔点,使其成为铝基材料理想的第二相强化材料。这种金黄色的六方小片状晶体相对密度为2.36,在1400℃下稳定,并在超过2200℃时分解。碳化铝遇水会分解生成甲烷,因此应储存在干燥阴凉的地方,不溶于丙酮,与稀酸接触也会发生分解。它通常通过纯铝粉和纯碳共热制备。
目前,AlC的制备方法主要有金属直接碳化法、碳热还原法、溶胶凝胶法、微波合成法和高能机械球磨合成法。其中,金属直接碳化法和碳热还原法是最早被采用的合成方法,并且部分技术已被应用于工业生产中。然而,这两种方法的主要缺点在于需要较高的合成温度和较长的反应时间,导致获得的粉末粒径较大。相比之下,虽然已知的高能球磨合成法主要关注少量AlC原位合成以增强铝基材料,但这并不是为了实现AlC的高纯度合成。此外,高能球磨还存在球磨时间长、能耗大和粉体颗粒不均匀等问题。
应用碳化铝常作为添加剂用于增强三组元铝基复合材料(Al-Si-AlC 和 Al-AlTi-AlC)的强度。在金属铝工业技术领域中,它是重要的化合物之一,在冶金行业中用于还原金属氧化物,在化学工业中用作催化剂,并且在陶瓷行业制作高温、切割和模具等高级陶瓷材料。作为一种离子型化合物,碳化铝在晶格结构中,碳原子以单独的形式存在。由于C具有很强的碱性,水解时会生成甲烷(C+4H→CH),因此碳化铝也可用作甲烷发生剂和干燥剂。此外,碳化铝的独特菱形六面体结构使其成为了一种极具潜力的一维纳米线冷电子发射材料。