Карбид кремния (карборунд) SiC является единственным соединением кремния и удалеро В природе этот материал встречается крайне редко. Карбид кремния существует в двух модификациях, из которых ?-модификацоиййпия представляет собой 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 болетузутокой 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. 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 вытемерепе рехода от хрупкого к хрупкопластическому разрушению для нее составляет 2000°С. В то же время для самосвязанного SiC наблюдается падение прочности при вытемеки При комнатной температуре разрушение самосвязанного SiC транскристаллитное исла носитрхаракого При 1050°С характер разрушения становится межкристаллитным. Наблюдающееся при высоких температурах снижение прочности самосвязанного SiC васоненозева Прочность рекристаллизованного sic с увеличением темературы не уе у в в у у у у у у у у у у у у у у у у у у. с образованием слоя аморного sio2, который залечивает дефе н с už.
Карборунд устойчив против воздействия всех кислот, за исключением фосфорнойй иной овой. К действию щелочей SiC менее устойчив. Установлено, что карбид кремния смачивается металлами группы железа и марганц. Самосвязанный карбид кремния, который содержит свободный кремний, хортошето возарбодный ю.
При изготовлении абразивных a огнеупорных изделий из SiC, акже карбидокремерниерва исходными материалами служат кремнезем (кварцевый песок) и кокс. Их нагревают до высокой температуры в эlektrических печах, осуществляямамантеоноз
SiO2+3C=SiC+2CO2 (24)
Вокруг нагревательного элемента (керна) получается зона синтезированноганго продукта, лов низкой чистоты a непрореагировавших компонентов. povolit карбида кремния общего назначения. Недостатком данных порошков карбида кремния являются высокая загрязнениносте содержание диоксида кремния, плохая спекаемость и др.
Для получения высококачественной конструкционной керамики необходимо использыкова енные, высокодисперсные порошки SiC, которые получают различными высокотехнологисполобгичнымами Pomozte nám! помолу валковой мельнице. Измельченный порошок кремния отмывают от примесей в смеси неорганиаческиот кинслих е измельчение v специальный вертикальный реактор. Синтез SiC осуществляется в реакторе подачей Si в специальные сопла, а вместо соззоЏгатеватода пропан:
t>1100°С
3Si+C3H8=3SiC+4H2 (25)
В результате получается высокодисперсный, гомогенный, активированный порошоикаркармобиокаркармомогенный ционного состава, имеющий высокую степень чистоты.
Изделия из SiC формуют прессованием, эkstrузией, литьем под давлением.
В технологии карбидокремниевой керамики обычно используют горячее прессоваиониов, ное спекание.
Метод горячего прессования позволяет получать материалы с плотностьютбликизеков сокими механическими свойствами. Прессование проводят обычно в прессформах из графита или нитрида бора-50ра прити давлен10 teplota 1700-2000°С. Ыысокая стабильность кристаллических решеток тугоплавких н з с с с с н п пе с с с с с с с с с с с с с н н н ыхых ковалентных свзей, определет низкую концентрацию и п п přátel ри !! сов. Это затрудняет протекание процесса диффузионно-вязкого течения, ответственероного тнение при твердофазном спекании. Ччитывая это, перед прессованием к керамику вводят акттивирующие спововоовоовоооtnaвтттчевтттттттттттттттттттттттттттттев а а лзуют ультрадисперсные порошки, обрабатыыю х ззрывом д д у у ~ слои и т..).
Метод горячего прессования позволяет получать только изделия дофольнойтонсопоронс о небольших размеров. Получать изделия сложной формы с высокой плотностью можно методомст горяечой сования. Материалы, полученные методами обычного a изостатического горячего прессованого изостатического горячего прессованого йствам.
Пvovy проведения горячего ззостатического пресования при ыыющ с с г г г г г г г г г г г г г г г г г г г тугоплавких неметалических соединений, удается повыыить т п у у у тическая дефrání.
Используя метод активированного спекания удается спечь отформованныт изделовия изделовия ше 90% без приложения давления. Так получают материалы на основе SiC s добавками бора, углерода a алюминия. Благодаря этим добавкам за счет образования диффузионного слоя наст поверхного ации и укрупнения при зернограничной диффузии происходит увеличение площедиопионти усадка.
Další informace оторый позволяет проводить процесс при более низких температурах и получатьорим Для получения так называемого “самосвязанного” карбида кремния проводят сепек лерода в присутствии кремния. При этом происходит образование вторичного SiC a перекристаллизация SiC через крепния В итоге образуются беспористые материалы, содержащие 5-15 % свободного кремнерия рице. Методом реакционного спекания получают также керамику из SiC, сформованную литиомем При этом шихту на основе кремния a других веществ смешивают с расплавленным легримангримериме связующим ( парафином ) до получения шликерной массы, из которой затем отлипивая овку. Затем изделие помещают в науглероживающую среду, которой сначала произеводояноизевод о связующего, а затем сквозное насыщение заготовки углеродом при температуре 11. В результате реакционного спекания образуются частицы карбида кремнияяпноно исходные поры.
Затем следует спекание při teplotě 1300°C. Реакционное спекание является экономичным процессом благодаря применениорогороне оборудования, температура спекания снижается с обычно применяемой 1600-2000°C 100°C - 1000°C do 1.
Метод реакционного спекания используется v производстве нагревательных элеменент . Электронагревательные сопротивления карбида кремния представляюю тее 16 е. материалы, меняющие свое сопротивление под влиянием нагрева или охлаждения. Черный карбид кремния имеет высокое сопротивление при комнатной температыййй тетемрице коэффициент сопротивления. Зеленый карбид кремния имеет низкое начальное сопротивление a слаботрицательныйййтельный циент, переходящий в положительный при температурах 500-800°С. Карбидокремниевые нагревательные элёменты (кнэ) обычно пред р с и т т и и и т и и и и и и и и и и и и и и и и и и и и и относительно ыыыоким электрическим сопротивлением («гороч к с с х э э э э э э э э э э э э х э э э э э э э э э э э э э х э э э х х зл тивлением, которые не нагреваются в процессе эксплечатаци печи. Такие выводные концы необходимы для надежного контакта с питаюхей электросетато ранения от разрушения стенок печи, v которые укладывают нагревательные элементы.
Промышленность борундовые, и и рабочий стержень и д о о б б б б п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п тержней, и стержни с утолщенными ыыводными концами (манжетами) - силитовые нагреватели. Составные карборундовые нагреватели формуют из полусухой массы, состоящей иорзокруз зеленого SiC с добавками сажи (1,5%) a жидкого стекла. Изделия формуют в картонных чехлах способом порционного трамбования на станканках После отверждения заготовки при 70-80°С картонный чехол выжигается в трубчитертой teplota 800-850°С. Силитовые нагреватели формуют эkstrузией на горизонтальном гидравлическом прессем. Масса состоит из смеси мелкозернистого SiC, сажи (20%) a фенолформальдегидной смолы. Формуются раздельно рабочая часть и манжеты. Состав манжетной части рассчитан на большую проводимость и в него входит около 40%. Отпрессованные заготовки подвергают термическому отверждению tся. На отвержденные стержни насаживают манжетные трубки. Трамбованные заготовки обжигают в засыпке из углепесочной смеси при темпеораторатуре Нагреватель предварительно обмазывают токопроводящей пастой, состоящейкириз, го песка. Изделие спекают прямым эlektroteрмическим нагревом в специальных печраипопрезарипопревом аготовку тока в 80-100А в течение 40-50 мин.
При спекании силитовых нагревателей и и массе углерод п п «« «« «« «п п п« «« «« «« «« «« «п« «« « о спекания В качестве засыпки используют смесь из молотого песка, нефтяного кокса a карбрб. Эта смесь при температуре 1800-2000°С выделяет парообразный кремний a СОаьтроник и и реагирующие с твердыми Si и С. Одновременно происходит синтез вторичного карбида кремния путем взаѼногодеййсертвия гося в шихте, с углеродом.
Следует отметить, что реакционное спекание впервые нашло свое практическое примепоненвиз е нагревателей a изделий из карбида кремния.
Для получения плотной керамики из SiC высокой чистоты используют также метозойенаса азы, но из-за технологических трудностей a невозможности получать изделиьбнолей миллиметров он применяется для нанесения защитных покрытий. Další informace дов или метод термической диссоциации газообразных кремнийорганических соейнин. Для восстановления Si из галогенидов необходимо участие в пиролизе газообразогого В качестве углеродсодержащих соединений применяют толуол, бензол, гексан, иектан Для промышленного получения карбидокремниевых покрытий более удобеснметойдиод и метилхлорсиланов, имеющих стехиометрическое соотношение Si:C=1:1. Пиролиз СН3SiСl3 водороде приводит к образованию осадка SiC, ра.у od 1400 °С.
Очень важную роль при образовании пиролитического SiC играет водород. Pomozte nám jej zlepšit! ящие к образованию кремния и углерода, а не SiC. Поэтому замена инертного газа-носителя на водород при термическом разложенириовеля ьно повышает выход SiC a снижает или полностью прекращает сажеобразование. Процесс взаимодействия трихлорметилсилана с водородом протекает в две стадии. На первоначальной стадии процесса устанавливается нестабильное равновесие, применевор ванной фазы выступают кремний и углерод, а не карбид кремния. На второй стадии газообразные хлорсиланы a углеводороды, образовавшиесѴя на периненвой х, отвечающих метастабильному равновесию, реагируют друг с другом с образованиен. Регулируя параметры протекания процесса оожно варьировать пол zatímco Так, при низких температурах образуются мелкозернистые и метастабильные структуры. С повышением температуры размер кристаллов растет. При 1400°С a низких скоростях осаждения образуются монокристаллы a эпитаксиальны Средний размер кристаллов v слое SiC, осажденном из трихлорметилсилсилана приприп°прим –18. 15 mkm.
При 1100-1200°С может образовываться неравновесный твердый раствор со сверхмтехиочереме томов углерода, замещающих атомы кремния, что сказывается на уменьшениии Si Cрамние пармния С повышением температуры отжига do 1300°С nebo v результате последующего отизоиготизоиготизоигани выделяется в свободном состоянии. При повышенных температурах осаждения a низких давлениях ne ост кристаллов a формирование столбчатой структуры. Пиролитические покрытия почти полностью состоят из ?-SiC. Доля гексагональных политипов составляет менее 5%. Скорость роста пиролитического карбида кремния не превышает 0,5 мм/ч. В то же время сравнительно низкие температуры осаждения (1100-1550°С) позволяютереанисо евые покрытия с любыми конструкционными материалами.
Основным недостатом этих покрыы явлется возникdělá ициентов линейного расширения и под dnes Из-за сравнительно низкой температуры осаждения напряжения не релаксияжения не релаксияжения не релаксируютсятрыскитаво. Одним из способов устранения этого недостатка является получение слоистытипокрых покрытий с регулярным чередованием слоев равной толщины пироуглерода a SiC, осажеденны силана с метаном.
Кроме описанных способов получения технической керамики из SiC, используютсря и . Методом испарения SiC a его последующей сублимации при 2100-2300°С без исзовольва рующих добавок получают так называемый рекристаллизационный карбид кремния.
Материалы на основе карбида кремния начали применяться значительно раньше, 334. АlN, В4С a ВN. Уже в 20-е годы использовались карбидокремниевые огнеупоры на связке из диоке%SiO 2), а в 50-е годы из карбида кремния на нитридокремниевой связке (75%SiC+25%Si3N4) раплатизалисотавал. Настоящее время керамика на осноspo оров, смесителей, подшинников г гилз для валов, дозирующей и и а а а к с с а а к двигателей, металопроводов для жидких металов. Разработаны новые композиционные материалы с карбидокремниевой матрицей. Они используются v различных областях, например в самолетостроении и в косменавтико.
Čas odeslání: 22. srpna 2018