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 ? й сложную структуру гексагональной формы. Установлено около 20 структур, относящихся к гексагональной форме карборунда. Переход ?-SiC>?-SiC происходит примерно при 2100°С. При температуре 2400°С это превращение происходит весьма быстро. До температур 1950-2000°С образуется кубическая модификация, при более высокой темперася темпераѱ льные 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. При превышении содержания кремния SiC становится зеленым, углерода – черным.
Карборунд имеет очень высокую твердость: H? до 45ГПа, достаточно высокую изгибную прочность: ?изг до 700МПа. Карбидокремниевая керамика сохраняет примерно постоянную прочность до высоких темпетратетропа: хрупкого к хрупкопластическому разрушению для нее составляет 2000°С. В то же время для самосвязанного SiC наблюдается падение прочности при высоких температурах. При комнатной температуре разрушение самосвязанного SiC транскристаллитное и носит характер характер. При 1050°С характер разрушения становится межкристаллитным. Наблюдающееся при высоких температурах снижение прочности самосвязанного SiC вызвано кимеслоного. Прочносносность рекизованного Sic: теличаемьемьемьемье в, Ботеличе с, вОяличеE еем сотоннное с, вОя тлоя в º Слорфного sio 2, который залет Дефекекекекекисни во во внутренрахи Слояхизделий.
Карборунд устойчив против воздействия всех кислот, за исключением фосфорной и сместни воздействия всех кислот. К действию щелочей SiC менее устойчив. Установлено, что карбид кремния смачивается металлами группы железа и марганцем. Самосвязанный карбид кремния, который содержит свободный кремний, хорошо взаимодетайстовус.
При изготовлении абразивных и огнеупорных изделий из SiC, а также карбидокремниевных эсорных эсделий из ыми материалами служат кремнезем (кварцевый песок) и кокс. Их нагревают до высокой температуры в электрических печах, осуществляя синтез меточдом сонаю:
SiO2+3C=SiC+2CO2 (24)
Вокруг нагревательного элемента (керна) получается зона синтезированного продукта, а зна зонка зона синтезированного й чистоты и непрореагировавших компонентов. Полученные в печи продукты разделяют по этим зонам, измельчают, обрабатывают и поляют по этим зонам, обрабатывают и поляют кремния общего назначения. Недостатком данных порошков карбида кремния являются высокая загрязненность примесоями примесоями, Недостатком сида кремния, плохая спекаемость и др.
Для получения высококачественной конструкционной керамики необходимо использовать высоговать высонной одисперсные порошки SiC, которые получают различными высокотехнологичными способами. При получении порошков методом синтеза исходный металлургический кремний подвергают дролургический подвергают дровергают дрободный мельнице. Измельченный порошок кремния отмывают от примесей в смеси неорганических кислот и натмывают от примесей в смеси неорганических кислот и натюпраческих ение в специальный вертикальный реактор. Синтез SiC осуществляется в реакторе подачей Si в специальные сопла, а вместо сжатого воздо подачей
t> 1100 ° C
3Si+C3H8=3SiC+4H2 (25)
В результате получается высокодисперсный, гомогенный, активированный порошок карбида крарбида крарбида крарбида крарбида красперсный ава, имеющий высокую степень чистоты.
Изделия из SiC формуют прессованием, экструзией, литьем под давлением.
В технологии карбидокремниевой керамики обычно используют горячее прессование, реанте висониево ание.
Метод горячего прессования позволяет получать материалы с плотностью близкой к теосими теориалы к теориалы ическими свойствами. Прессование проводят обычно в прессформах из графита или нитрида бора при давления давлениях 10 Прафита или нитрида 00-2000 ° C. Высокая стальнасть кристаллич рескием наплестка кнаваленных квязей, иязей, иязей, иязей, иязей, иязей, иязей, иязей, иязей, иязей, иязей, иязей, иязей, иязей, иязей, иязей, иязей, иязей, оязеля НИкую Концентраци Kодвижиensюиsдектов решетоов решетки, Решетки Ренноска в ней дафузионцухи процесеов. Это затрудняет протекание процесса диффузионно-вязкого течения, ответственного за мото процесса вердофазном спекании. Учитывая это, перед прессованием в керамику вводят активирующие спекание добавки или тровирующие спекание добавки или троводят вание (используют ультрадисперсные порошки, обрабатывают их взрывом для увеличерсные порошки, обрабатывают их взрывом для увеличентия порошки,днатывают хности влагу и оксидные слои и т.д.).
Метод горячего прессования позволяет получать только изделия довольно простой фотень и отелько размеров. Получать изделия сложной формы с высокой плотностью можно методом горячего изостатого изостатичостью можно методом горячего изостатичостать изостать изделия сложной формы с высокой. Материалы, полученные методами обычного и изостатического горячего прессования, близм свой востатического горячего прессования.
Путем проведения горячего изостатического прессования при высоких давлениях газовой сразовой сра00д,прессования их диссоциации тугоплавких неметаллических соединений, удается повысить температуру процо пратуру проциации обеспечивается их пластическая деформация.
Используя метод активированного спекания удается спечь отформованные изделия из SiC до спло до пли задели из SiC до плания иложения давления. Так получают материалы на основе SiC с добавками бора, углерода и алюминия. Благодаря этим добавкам за счет образования диффузионного слоя на поверхности части чаности части чаного слоя упнения при зернограничной диффузии происходит увеличение площади межчастичных ковдичных кон контака.
Для получения изделий из карбида кремния также широко используется метод реакционного реакционного кремния также широко используется метод реакционного кремния т проводить процесс при более низких температурах и получать изделия сложной формы. Для получения так называемого “самосвязанного” карбида кремния проводят спекание прессоваемого самосвязанного” карбида кремния проводят спекание прессоваемого ии кремния. При этом происходит образование вторичного SiC и перекристаллизация SiC через кремниесвый времниевый времниесвлав. В итоге образуются беспористые материалы, содержащие 5-15% свободного кремния в карокремия в кариалы. Методом реакционного спекания получают также керамику из SiC, сформованную литьем под дав. При этом шихту на основе кремния и других веществ смешивают с расплавленным легкоплаваким Преществ м ( парафином ) до получения шликерной массы, из которой затем отливают под давлением зукаготорой затем отливают под давлением зукагот. Затем изделие помещают в науглероживающую среду, в которой сначала производят отегонкого среду о, а затем сквозное насыщение заготовки углеродом при температуре 1100°С. В результате реакционного спекания образуются частицы карбида кремния, которые постно постицы поры.
Затем следует спекание при температуре 1300 ° C. Реакционное спекание является экономичным процессом благодаря применению недорогого терогого теромичным процессом мпература спекания снижается с обычно применяемой 1600-2000 °C до 1100-1300 °C.
Метод реакционного спекания используется в производстве нагревательных элементов из каревательных элементов из карка. Электронагревательные сопротивления из карбида кремния представляют собой так назтвления,ы сытваремы. e. материалы, меняющие свое сопротивление под влиянием нагрева или охлаждения. Черный карбид кремния имеет высокое сопротивление при комнатной температуре и отрицателтьный при сопротивление ент сопротивления. Зеленый карбид кремния имеет низкое начальное сопротивление и слабоотрицательный тельный тельный темьный темьное реходящий в положительный при температурах 500-800°С. Карбидокремниевые нагревательные элёменты (КНЭ) обычно представляют собой стеружень, стержень еднюю рабочую часть с относительно высоким электрическим сопротивлением («горячанием» («горячая» зоны» зоны» зоны) концы с более низким электросопротивлением, которые не нагреваются в процессе экспии эксплуатаццы. Такие выводные концы необходимы для надежного контакта с питающей электросетью, а терного контакта азрушения стенок печи, в которые укладывают нагревательные элементы.
Промышннасть Выпыпаскает двательных يлементов Постая кнаеваею навыиеяноволуекие рабоюsе рабою к рабоюsщие рабочеи йСТер Stень И дваеленылиных контом в ПеолоМ в утанных МидхСОМ к мидмный, и столомей Митержнжреней, и столомей Митержнжрене и (Манжетами) - ситовые нагреватели. Составные карборундовые нагреватели формуют из полусухой массы, состоящей из крупнозоз крупнозогой массы C с добавками сажи (1,5%) и жидкого стекла. Изделия формуют в картонных чехлах способом порционного трамбования на станках. После отверждения заготовки при 70-80°С картонный чехол выжигается в трубчатой эречтой эречтроп8 прехол выжигается 850 ° C. Силитовые нагреватели формуют экструзией на горизонтальном гидравлическом прессе. Масса состоит из смеси мелкозернистого SiC, сажи (20%) è фенолформальдегидной смолы. 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 которогают термическому отверждению. На отвержденные стержни насаживают манжетные трубки. Трамбованные заготовки обжигают в засыпке из углепесочной смеси при температуре околоС200000°С. Нагреватель предварительно обмазывают токопроводящей пастой, состоящей из кокса, грацеквафикво. Изделие спекают прямым электротермическим нагревом в специальных печах при пропускан пропускан воз 80-100А в течение 40-50 мин.
При спекании силитовых нагревателей имеющиеся в массе углерод и кремний превращаютелей имеющиеся в массе углерод и кремний превращаютелей во Премний превращаются во Превателей реакционного спекания в условиях выделения парообразного кремния из засыпки, куда потещабразного кремния из засыпки, куда потещабразного ь. В качестве засыпки используют смесь из молотого песка, нефтяного кокса и карбида кремния креска. Эта смесь при температуре 1800-2000°С выделяет парообразный кремний и СО, проникающае ворикающа ворика ующие с твердыми Si и С. Одновременно происходит синтез вторичного карбида кремния путем взаимодействия кремнодействия кремного кремного кремного кремния углеродом.
Следует отметить, что реакционное спекание впервые нашло свое практическое применение и впервые нашло свое практическое применение иведние впервые телей и изделий из карбида кремния.
Для Получения получения поемий клраыики <br> востоты исео тетих Тагичесостодтой труескей тогичесстей тогическей тогическей тогичесстей тогическей тогическей тогическей тогическей тогическей тогическей тогическей тогическей и невозможолстож : азделия толеной болиестолькиллиеtтетровд применяетесесесесесесесесет фанестесея Покрыитий. Для этого применяются методы газофазного синтеза SiC из летучих галогенидов кремнидов кремния и винтеза SiC ческой диссоциации 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 удобен метод термичестод термичестоц дисестой дислениевых ов, имеющих стехиометрическое соотношение Si:C=1:1. Иролиз: Рн3SIсре Соноре поридиткиваtingюnanu оормирющ притемниходо 1400 ° étНо ° реремрах До 1400 ° ереремрахо.
Очень важную роль при образовании пиролитического SiC играет водород. При диссоциации трихлорметилсилана в инертной атмосфере без участия водорода протекац каю протекац кации бразованию кремния и углерода, а не SiC. Поэтому замена инертного газа-носителя на водород при термическом разложении метилхнлоровсилхньорвси зложении шает выход SiC и снижает или полностью прекращает сажеобразование. Процесс взаимодействия трихлорметилсилана с водородом протекает в две стадии. На первоначальной стадии процесса устанавливается нестабильное равновесие, при котором встором встором всконо фазы выступают кремний и углерод, а не карбид кремния. На второй стадии газообразные хлорсиланы и углеводороды, образовавшиеся на первой стенцадо, образовавшиеся чающих метастабильному равновесию, реагируют друг с другом с образованием SiC. Регулируя параметры протекания процесса осаждения, можно варьировать свойствами получени получения. Так, при низких температурах образуются мелкозернистые и метастабильные структуры. С повышением температуры размер кристаллов растет. При 1400°С и низких скоростях осаждения образуются монокристаллы и эпитаксиальные SiC слоны Средний размер кристаллов в слое SiC, осажденном из трихлорметилсилана при 1400°С, равен 18 мекрим, равен 18 прим.
При 1100-1200°С может образовываться неравновесный твердый раствор со сверхстехиометрим сометрича углерода, замещающих атомы кремния, что сказывается на уменьшении параметра решетки SiC. С повышением температуры отжига до 1300°С или в результате последующего отжига изнеды избы дующего до 1300°С или в результате свободном состоянии. При повышенных температурах осаждения и низких давлениях газовой среды наблюдаетсня наблюдаетсня средия лов и формирование столбчатой структуры. Пиролитические покрытия почти полностью состоят из ?-SiC. Доля гексагональных политипов составляет менее 5%. Скорость роста пиролитического карбида кремния не превышает 0,5мм/ч. В то же время сравнительно низкие температуры осаждения (1100-1550°С) позволяют совмещакоры ытия с любыми конструкционными материалами.
Основным Недостаткома яткома явл вотется тениениеностжение Нем темве татфонны Немстоде Немтночныхкемпемткав Ператкициенннов ICстов Нетфициеннов нратотны Псширения с покрытия Пиотложки (Кноме случая нанесения на altaSотыоропиекрыita @ Ака Из-за сравнительно низкой температуры осаждения напряжения не релаксируются и поктрытия срастия. Одним из способов устранения этого недостатка является получение слоистых покрытий, т.е. покрытий с регулярным чередованием слоев равной толщины пироуглерода и SiC, осажденным из слоев равной толщины пироуглерода и SiC, осажденным из слоев равной толщины ом.
Кроме описанных способов получения технической керамики из SiC, используются и другие. Методом испарения SiC и его последующей сублимации при 2100-2300°С без использования свирузюющей сублимации при бавок получают так называемый рекристаллизационный карбид кремния.
Материалы на основе карбида кремния начали применяться значительно раньше, чем матена, Матель, Материалы на основе 4С è ВN. Уже в 20-е годы использовались карбидокремниевые огнеупоры на связке из диоксида кремниевые кремниевые огнеупоры на связке из диоксида кремниевые 190%-SiC2, ды из карбида кремния на нитридокремниевой связке (75%SiC+25%Si3N4) изготавливали сопла ракет. В настоящее время керамика на основе карбида кремния применяется для изготовления уплотьния уплотния кремния компрессоров, смесителей, подшипников и гильз для валов, дозирующей и регулирующей арулирующей ароны бразивных сред, деталей двигателей, металлопроводов для жидких металлов. Разработаны новые композиционные материалы с карбидокремниевой матрицей. Они используются в различных областях, например в самолетостроении и в космонавтике.
Tempu di post: Aug-22-2018