يتميز كربيد السيليكون ونيتريد السيليكون بضعف قابليتهما للتبلل بالمعادن المنصهرة. وبالرغم من تشربهما بالمغنيسيوم والنيكل وسبائك الكروم والفولاذ المقاوم للصدأ، إلا أنهما لا يتبللان بالمعادن الأخرى، مما يمنحهما مقاومة ممتازة للتآكل ويجعلهما شائعي الاستخدام في صناعة التحليل الكهربائي للألمنيوم.
في هذه الورقة، تم التحقيق في مقاومة التآكل لكربيد السيليكون المعاد تبلوره R-SiC وكربيد السيليكون المرتبط بنتريد السيليكون Si3N4-SiC في مصهورات سبائك الألومنيوم والسيليكون الساخنة المتداولة من خطوط عرض متعددة.
وفقًا للبيانات التجريبية لـ 9 دورات حرارية لمدة 1080 ساعة في مصهور سبائك الألومنيوم والسيليكون عند درجة حرارة تتراوح بين 495 درجة مئوية و 620 درجة مئوية، تم الحصول على نتائج التحليل التالية.
ازدادت عينات R-SiC و Si3N4-SiC مع مرور الوقت، بينما انخفض معدل التآكل. وتوافق معدل التآكل مع العلاقة اللوغاريتمية للتضاؤل. (الشكل 1)
أظهر تحليل طيف الطاقة أن عينات R-SiC و Si3N4-SiC لا تحتوي على أي ألومنيوم-سيليكون؛ وفي نمط حيود الأشعة السينية، تمثل قمة الألومنيوم-سيليكون المتبقية على السطح سبيكة الألومنيوم-سيليكون المتبقية. (الشكل 2 - الشكل 5)
أظهر تحليل المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) أنه مع ازدياد مدة التآكل، تصبح البنية العامة لعينات R-SiC وSi3N4-SiC مفككة، ولكن دون وجود تلف واضح. (الشكل 6 - الشكل 7)
يكون التوتر السطحي σs/l>σs/g للواجهة بين سائل الألومنيوم والسيراميك، وزاوية التبلل θ بين الواجهات >90 درجة، والواجهة بين سائل الألومنيوم ومادة السيراميك الصفائحية ليست رطبة.
لذا، تتميز مادتا R-SiC وSi3N4-SiC بمقاومة ممتازة للتآكل الناتج عن انصهار الألومنيوم والسيليكون، ولا يوجد بينهما فرق يُذكر. مع ذلك، فإن تكلفة مادة Si3N4-SiC منخفضة نسبيًا، وقد استُخدمت بنجاح لسنوات عديدة.
تاريخ النشر: 17 ديسمبر 2018