Карбид Кремния (Карборунд) SIC Является Единственным соединением кремния и углерода. В природе этот материал встречается крайне редко. Карбид кремния существует в Двух модификациях, из которых? -Модификация Является политипной и представляет собой Сложную структуру гексагональной формы. Установлено Около 20 структур, относящихся к кексагональной фарборунда. Переход? -SIC>? - SIC происходит примерно при 2100 ° С. При температуре 2400 ° ° сто это превращение преисходит весьма быстро. До температур 1950-2000 ° ° ° ° °бразуется кубическая модификация, при более высокой температуре образуются гексагональные модификации. При температурах свыше 2600-2700 ° с карбид кремния возгоняется. Кристаллы карбида кремния могут быть бесцветными, Зелеными и черными. Чистый карбид кремния стехиометрического состава бесцветен. Превышении содержания кремния sic становится зеленым, углерода - черным.
Карборунд Имеет Очень Высокую Твердость: H? До 45ghpa, достаточно высокую изгибную прочность:? изг до 700mpa. Карбидокремниевая керамика сохраняет примерно постоянную прочность до высоких температур: Температура перехода от хрупкого к хрупкопластическому разрушению для нее составляет 2000 ° С. В то же время для самосвязанного SIC Наблюдается падение прочности просоких температурах. При комнатной температуре разрушение самосвязанного sic транскристаллитное и носит характер скола. При 1050 ° С характер Разрушения Становится межкристаллитным. Наблюдающееся при высоких температурах самосвязанного sic вызвано его окислением. Прочность рекристаллизованного, sic увеличением температуры не уменьшается и, более того, возможно еевеличение, Связанное образованием слоя аморфного Sio2, который залечивает дефекты на поверхности и во внутрених слоях изделий.
Карборунд Устойчив против воздействия всех кислот, за исключением фосфорной и смеси азотной и плавиковой. К действию щелочей SIC Менее устойчив. Установлено, Что Карбид Кремния смачивается металлами группы железа и марганцем. Самосвязанный карбид кремния, который содержит свободный кремний, хорошо взаимодействует со сталью.
При изготовлении Абразивных и огнеупорных изделий из SIC, А также карбидокремниевых электронагреватей, Исходными Материалами служат Кремнезем (Кварцевый песок) və кокс. Их нагревают до высокой температуры в электрических печах, осуществляя синтез методом ачесона:
Sio2 + 3c = SIC + 2CO2 (24)
Вокруг нагревательного элемента (Керна) получается получается пона синтезированного продукта, А за ней - зоны кристаллов низкой Чистоты и непрореагировших компонентов. Полученные в печи продукты разделяют по этим зонам, измельчают, обрабатывают иполучают порошок карбида кремния Общего назначения. Недостатком данных дарошков Карбида Кремния Являются высокая загрязность примесями, большое содержание диоксида кремния, плохая спекаемость и др.
Для получения высококачественной керратруканнонной керамики необходимо исползовать сперменные, Высокодисперсные порошки SIC, которые получают различными высокотехнологичными способами. Пролучении порошков методом синтеза исходный кремний подвергают дроблению и помолу в помолу в валковой валковой мельнице. Измельченный порошок порошок кремния отмывают от примесей в смеси неорганических кислот и направляют на тонкое измельчельчение в специальный вертикальный реактор. Синтез SIC Осуществляется в реакторе подачей si в специальные сопла, А вместо сжатого воздуха подается пропан:
t> 1100 ° С
3si + C3H8 = 3SIC + 4H2 (25)
«Erekultaete yeniyetmə Состава, имеющий высокую степень чистоты.
Изделия из формуют прессованием, экструзией, литьем под давлением.
В Технологии Карбидокремниевой керамики обычно используют горячее прессование, реакционное и активированное спекание.
Метод Горячегого прессования позволяет получать материалы с плотностью близкой к теоретической и с высокими Механическими свойствами. Прессование проводят обычно в пресссформах из графита или бора бора при давлениях 10-50мпа и температурах 1700-2000 ° с. Высокая стабильность кристаллических решеток тугоплавких неметаллических соединений, связанная с наличием жестких направленных ковалентных связей, определяет низкую концентрацию и подвижность дефектов решетки, заторможенность в ней Диффузионных процессов. Это затрудняет протекание процессса вязкого течения, ответственного за масоперенос и уплотнение при Твердофазном спекании. Учитывая это, перед прессованием в керамику вводят активирущие спекание добавки или проводят физическое Активирование (Используют ультрадисперсные порошки, обрабатывают их взрабатывают для увеличения дефектности, Удаляют с Поверхности влагу и оксидные слои и Т.Д.).
Метод Горячегего прессования позволяет получать только изделия довольно простой формы и относительно небольших размеров. Получать изделия сложной формы с высокой плотностью можно методом горячегом горячего изостатического прессования. Mailelary, yeniyetmə, полученные обычногогого изостатического горячегего прессования, близки по своим свойствам.
Путем проведения горячегего изостатического прессования привлених газоких давлениях газовой среды (1000мпа), препятствующих Диссоциации тугоплавких неметаллических соединений, удается повысить температуру процесса до уровня, при котором Обеспечивается их пластическая деформация.
Используя Метод Активированного Активированного Спекания Удается спечь отформованные изделия из до плотности свыше 90% без приложения Давления. Так получают материалы на основе с с добавками бора, углерода и Алюминия. Благодаря этим добавкам за счет образования слоя на поверхности частиц, их консолидации и укрупнения При зернограничной диффузии происходит площади межчастичных контактов и усадка.
Для получения изделий из карбида кремния также широко используется метод реакционного спекания, Который позволяет Проводить процесс при более низких температурах и получать изделия слелия слелия сормы. Для получения так получения тазываемого "Самосвязанного" Карбида кремния проводят спекание прессовок из sis и углерода в Присутствии кремния. Происходит образование вторичного вторичного и перекристаллизация sic через кремниевый расплав. В Итоге образуются беспористые материалы, Содержащие 5-15% свободного кремния в карбидокремниевой матрице. Методом реакционнонного спекания получают также керамику из SIC, сформованную литьем под давлением. Bəli парафином) до получения шликерной массы, из которой затем отливают под давлением заготовку. Затем изделие помещают в науглероживаюююююю среду, в которой сначала производят отгонку легкоплавкого связующего, А затем сквозное уасыщение заготовки углеродом при температуре 1100 ° С. В Результате реакционнонного спекания образуются частицы карбида кремния, которые постепенно заполняют исходные поры.
Затем следует спекание при температуре 1300 ° C. Реакционное спекиется эвляется эвляется экономичным процессом благодаря применению недорогого термического оборудования, Температура спекания снижается с обычно применяемой 1600-2000 ° C до 1100-1300 ° C.
Метод Реакционного спекания используется в производстве нагревательных элементельных элементов из карбида кремния. Электронагревательные сопротивления из карбида кремния представляют собой так называемые термисторы, т. е. Материалы, Меняющие свое сопротивление под влиянием нагрева или охлаждения. Черный карбид кремния иметит высокое сопротивление температуре температельный котрицательный коэффициент Сопротивления. Зеленый карбид кремния имет имеет низкое начальное сопротивление температурный коэффициент, Переходящий в положительный при температурах 500-800 ° С. Карбидокремниевые нагревательные элёментые элёменты обычно представляюют собой стержень или трубку, имеющую среднюю Рабочую часть с относительно высоким электрическим сопротивлением («горячая» зона) и выводные («холодные») концы с Более низким электросопротивлением, которые нагреваются в процессе эксплуатации печи. Такие выводные концы необходимы для надежного контакта с питающей электросетью, А также для предохранения от Разрушения стенок печи, в которые укладывают нагревательные элементы.
Промышленность выпускает два типа нагревательных элементов из Карбида Кремния: Составные нагреватели, Получившие Название карборундовые, имеющие рабочий стержень и два отдельных более коротких контактных вывода в виде пропитаных Металлом Карборундовых стержней, и стержни с утолщенными выводными концами (манжетами) - силитовые нагреватели. Составные карборундовые нагреватели формуют из полусухой массы, состоящей из крупнозернистого порошка зеленого SIC с Добавками Сажи (1,5%) və жидкого стекла. Изделия формуют в картонных чехлах способом порционного трамбования на станках. После отверждения заготовки при 70-80 ° с картонный чехол выжигается в трубчатой электропечи при температуре 800-850 ° С. Силитовые нагреватели формуют экструзией на горизонтальном Гидравлическом прессе. Масса состоит из смеси мелкозернистогого Формуются раздельно рабочая часть и манжеты. Состав манжетной части рассчитан на большую проводимость и в него входит около 40% si. Отпрессованные заготовки подвергают термическому отверждению, в результате которого смола полимеризуется. На отвержденные стержни насаживают манжетные трубки. Трамбованные заготовки обжигают в засыпке из углепесочной смеси при температуре около 2000 ° с. Нагреватель предварительно обмазывают токопроводящей пастой, состоящей из кокса, графита и кварцевого песка. Изделие спекают прямым электротермическим нагревом в специальных печах при пропускании через заготовку тока в 80-100а в Течение 40-50 мин.
При спекании силитовых нагревателей имеющиеся и массе углерод и кремний превращаются во «вторичный» sic по механизму Реакционнного спекиния в условиях выделения парообразного кремния из засыпки, куда помещают обжигаемый нагреватель. В Качестве засыпки используют смесь из молотого песка, нефтяного кокса и Карбида Кремния. Эта смесь при температуре 1800-2000 ° ° свыделяет парообразный кремний и со, проникающие внутрь заготовки и реагирующие с Твердыми si и С. Одновременно сисходит синтез синтез соричного карбида кремния путем взаимодействия кремния, содержащегося в шихте, с углеродом.
Следует отметить, что реакционное спекание впервые нашло свое практическое применение именно в производстве Нагревателей и изделий из Карбида Кремния.
Для получения плотной керамики из sic высокой чистоты используют также метод осаждения из газовой фазы, но из-за Технологических трудностей и невозможности получать изделия толщиной болеее болеее боескольких миллиметров он применяется для нанесения защитных покрытий. Для этого применяются методы газофазного синтеза sic летучих галогенидов кремния и углеводородов Или метод Термической диссобиации газообразных кремнийорганических соединений. Для Восстановления Si из Галогенидов Необходимо участие в пиролизе газообразного водорода. В качестве углеродсодержащих соединений применяют толуол, Бензол, Гексан, Метан и др. Для промышленного получения карбидокремниевых покрытий более более болеен метод метод метод метод Метод Метод Теритоциации метилхлорсиланов, Имеющих стехиометрическое соотношение si: c = 1: 1. Пиролиз СН3SISL3 ВОДОРОДЕ ПРИВОДИТ К Образованию Осадка Осадка Формирующего покпературах до 1400 ° С.
Очень важную роль при при при образовании пиролитического sic играет водород. Прихлорициации трихлорметилсилана в Инертной атмосферере без участия водорода протекают реакции, приводящие к Образованию Кремния и углерода, А не не. Поэтому замена инертного инертного газа-носителя на водород при термическом разложении метилхлорсиланов значительно повышает Выход SIC и снижает или полностью прекращает сажеобразование. Прцесс взаимодействия трихлорметилсилана с водородом протекает в две стадии. На первоначальной стадии процессса устанавливается истабильное равновесие, при котором в Качестве конденсированной Фазы выступают кремний и углерод, а не карбид кремния. На второй стадии газообразные углообразные углеваныроды, образовавшиеся на первой стадии в концентрациях, отвечающих Метастабильному Равновесию, Реагируют друг с другом с образованием SIC. Регулируя параметры протекания процессса осаждения, можно варьировать свойствами полученных покрытий. Так, При низких температуратурах образуются мелкозернистые и метастабильные структуры. С повышением температуры размер кристаллов растет. При 1400 ° Си и низких скоростях осаждения образуются монокристаллы и эпитаксиальные слои SIC. Средний размер кристаллов в слое ражденном из трихлорметилсилана прихлорметилана при 1400 ° с, Равен 1Mкм, А при 1800 ° С - 15 metr.
При 1100-1200 ° ° ет образовывываться неравновесный твердый раствор со сверхстехиометрическимеским содержанием атомов Углерода, замещающих атомы кремния, Что сказывается на уменьшении параметра решетки SIC. С повышением температуры отжига джига джига джига ° с или в результате последующего отжига избыточный углерод выделяется в Свободном состоянии. При повышенных температурах осаждения и низких давлениях газовой среды наблюдается ориентированный рост кристаллов и Формирование столбчатой структуры. Пиролитические покрытия почти полностью состоят из? -Sik. Доля Гексагональных политипов составляет менее мене мене. Скорость роста пиролитического карбида кремния не превышает 0,5mm / ч. В то же время сравнительно низкие температуры осаждения (1100-1550 ° с) позволяют совмещать карбидокремниевые покрытия с Любыми конструкциоными материалами.
Основным недостатком этих покрытий возникновение остаточных напряжений, вызванное несоответствием Температурных Коэффициентов линейного расширения покрыжки подлыжки (кроме случая нанесения нанесения на на sic) Покрытия. Из-за сравнительно низкой наппературы осаждения напряжения не релаксируются и покрытия растрескиваются. Одним из способов устранения этого недостатка Является получение слоистые покрытий, Т.E. Покрытий с регулярным чередованием слов равной толщины пироуглерода и SIC, Осажденным из смеси хлорметилсилана с метаном.
Кроме Описанных способов получения технической керамики из SIC, Используются и другие. Методом Испарения SIC Его Его последующей сублимации при послимации при ис использования связок и активирующих добавок добавок добавок добавок добавок получают так называемый рекристаллизационный карбид кремния.
Материалы на основе карбида кремния кремния пременяться значительно раньше, чем материалы на основе si3n4, Алн, Алн, В4С и Вн. Уже в 20-годы использовались карбидокремниевые огнеупоры на связке из диоксида кремния (90% sic + 10% sio2), 50-годы из Карбида Кремния на нитридокремниевой связке (75% sic + 25% si3n4) изготавливали сопла ракет. В Настоящее время керамика на основе карбида кремния пременяется пря изготовления колец колец колец для насосов, компрессоров, смесителей, подшипников и гильз для валов, дозирующей арматуры для коррозионных и Абразивных сред, деталей двигателей, Металлопроводов для жидких металлов. Разработаны новые ковые композионные материалы с Карбидокремниевой матрицей. Они используются в различных областях, например в самолетостроении в космонавтике.
Time vaxt: avqust-22-2018