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 ую структуру гексагональной формы. Установлено около 20 структур, относящихся к гексагональной форме карборунда. Переход ?-SiC>?-SiC происходит примерно при 2100°С. Temperaturen er 2400°С. До температур 1950-2000°С. ции. 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? til 45ГПа, достаточно высокую изгибную leverandør: ?изг до 700МПа. Карбидокремниевая керамика сохраняет примерно постоянную прочность до высоких температур: температур: темпаратухр рупкопластическому 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 og носит характер скола. При 1050°С характер разрушения становится межкристаллитным. Наблюдающееся при высоких температурах снижение прочности самосвязанного SiC вызвано его окислением. Прочность рекристаллизованного SiC с увеличением температуры не уменьшается и, более того, возможенно езможенно ес ованием слоя аморфного SiO2, который залечивает дефекты на поверхности и во внутренних слоях изделий.
Карборунд устойчив против воздействия всех кислот, за исключением фосфорной смеси азотной и плавикови. 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 огнеупорных изделий из SiC, а также карбидокремниевых электорных изделий из SiC ми служат кремнезем (кварцевый песок) og кокс. Их нагревают до высокой температуры в электрических печах, осуществляя синтез методом Ачесона:
SiO2+3C=SiC+2CO2 (24)
Вокруг нагревательного элемента (керна) получается зона синтезированного продукта, а за ней – зоныкриче гировавших компонентов. Полученные в печи продукты разделяют по этим зонам, измельчают, обрабатывают и получают порошоби начения. Недостатком данных порошков карбида кремния являются высокая загрязненность примесями, большое содки лохая спекаемость и др.
Для получения высококачественной конструкционной керамики необходимо использовать высокочистичистые, гогосные шки SiC, которые получают различными высокотехнологичными способами. При получении порошков методом синтеза исходный металлургический кремний подвергают дробленим и получений Измельченный порошок кремния отмывают от примесей в смеси неорганических кислот и направляют на тинкон вертикальный реактор. Синтез SiC осуществляется в реакторе подачей Si в специальные сопла, а вместо сжатого воздуха подапрода:
t>1100°С
3Si+C3H8=3SiC+4H2 (25)
В результате получается высокодисперсный, гомогенный, активированный порошок карбида кремния моцония й высокую степень чистоты.
Изделия из SiC FORMуют прессованием, экструзией, литьем под давлением.
В технологии карбидокремниевой керамики обычно используют горячее прессование, реакционнонное и апктинкови.
Метод горячего прессования позволяет получать материалы с плотностью близкой к теоретической меки сивис и. Прессование проводят обычно в прессформах из графита eller нитрида бора при давлениях 10-50МПраха ту00°ха те00°ха те00°х. Выокаside стабилность кристаличесих реш egen ыхых ковалентных свebзей, о оiel ссов. Это затрудняет протекание процесса диффузионно-вязкого течения, ответственного массоперенос и уплопр ии. I читываside это, перед пресованием верамик Вводт актиåbe лзт ydre сои и т.д.).
Метод горячего прессования позволяет получать только изделия довольно простой формы и относительно небольно небольно. Получать изделия сложной формы с высокой плотностью можно методом горячего изостатического прессссов. Материалы, полученные методами обычного og изостатического горячего прессования, близки по своим свойв.
Птем провенstå Det er тичесаele §формация.
Исолз метод ативирykke ниside. Так получают материалы на основе SiC с добавками бора, углерода и алюминия. Благодэтим добавкам за счет образования диффузионного слоя на поверхности частиц, их консолипацин чной диффузии происходит увеличение площади межчастичныхteknologi и усадка.
Для получения изделий из карбида кремния также широко используется метод реакционного спекозиви, процесс при более низких температурах и получать изделия сложной формы. Для получения так называемого "самосвязанного" карбида кремния проводят спекание прессовок из SiC и угвер. При этом происходит образование вторичного SiC og перекристаллизация SiC через кремниевый расплав. For at give et gratis materiale, der er 5-15 % øget vækst i det økonomiske samfund. Методом реакционного спекания получают также керамику из SiC, сформованную литьем под давлением. При этом шихту на основе кремния и других веществ смешивают с расплавленным легкоплавленним легкоплавким орговиск м ) до получения шликерной массы, из которой затем отливают под давлением заготовку. Затем изделие помещают в науглероживающую среду, в которой сначала производят отгонку легкогоз м сквозное насыщение заготовки углеродом при температуре 1100°С. В результате реакционного спекания образуются частицы карбида кремния, которые постепенно заполисор.
Temperaturtemperatur 1300°C. Реакционное спекание является экономичным процессом благод применению недорогого термического обор, нижается с обычно применяемой 1600-2000°C til 1100-1300°C.
Метод реакционного спекания используется в производстве нагревательных 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 имеет высокое сопротивление при комнатной температуре и отрицательный температуре ения. Зеленый карбид кремния имеет низкое начальное сопротивление и слабоотрицательный температурный,фихотурный коц ожительный при температурах 500-800°С. Карбид 8 относително выоким эектричесим сопротивлением («г »own» з и и и и и и и и и и и и и и и и и и и и и и и и и и и и и и и и и и ротивлением, которые не нагреваютсpå вроцесе эаатации печи. Такие выводные концы необходимы для надежного контакта с питающей электросетью, а также для питающей электросетью ок печи, в которые укладывают нагревательные элементы.
Проышенedel Ok тержней, и стержни с утощенныи выводныи концами (манжетами) - силитовые нагреватели. Составные карборундовые нагреватели формуют из полусухой массы, состоящей из крупнозернистого порошкоса жи (1,5%) og жидкого стекла. Изделия формуют в картонных чехлах способом порционного трамбования на станках. После отверждения заготовки при 70-80°С. Силитовые нагреватели формуют экструзией на горизонтальном гидравлическом прессе. Масса состоит из смеси мелкозернистого SiC, сажи (20%) og 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 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 кварц. Изделие спекают прямым электротермическим нагревом в специальных печах при пропускании через через заготов 0-1 заготов 40-50 min.
При спекании силитовых нагревателей имеющиеся в массе углерод и кремний превращаются во «во «вторични нного спекания в условиях выделения парообразного кремния из засыпки, куда помещают обжигаеваремый. В качестве засыпки используют смесь из молотого песка, нефтяного кокса og карбида кремния. Эта смесь при температуре 1800-2000°С выделяет парообразный кремний и СО, проникающие внутре загищ дыми Si и С. Одновременно происходит синтез вторичного карбида кремния путем взаимодействия кремния, содержахег.
Следует отметить, что реакционное спекание впервые нашло свое практическое применение именно на превизвий из карбида кремния.
П полеående х крытий. Для этого применяются методы газофазного синтеза SiC из летучих галогенидов кремния и углеводидовис циации 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 термической диссоциациов х стехиометрическое соотношение Si:C=1:1. Пиролиз СН3SiСl3 в водороде приводит к образованию осадка SiC.
Очень важную роль при образовании пиролитического SiC играет водород. При диссоциации трихлорметилсилана в инертной атмосфере без участия водорода протекают реакцив, мния и углерода, а не SiC. Поэтому замена инертного газа-носителя на водород при термическом разложении метилхлорсиланов значительнов Поэтому замена ает или полностью прекращает сажеобразование. Процесс взаимодействия трихлорметилсилана с водородом протекает в две стадии. На первоначальной стадии процесса устанавливается нестабильное равновесие, при котором в качестве конфансиве й и углерод, а не карбид кремния. На второй стадии газообразные хлорсиланы и углеводороды, образовавшиеся на первой стадии в концетращация ному равновесию, реагируют друг с другом с образованием SiC. Регулируя параметры протекания процесса осаждения, можно варьировать свойствами полученных покрытий. 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 слои SiC. Средний размер кристаллов в слое SiC, осажденном из трихлорметилсилана при 1400°С, равен 1мкм, а при 1800°С – 15мкм.
При 1100-1200°С может образовываться неравновесный твердый раствор со сверхстехиометрическим содащаметани щих атомы кремния, что сказывается на уменьшении параметра решетки SiC. Сповышением температуры отжига до 1300°С или в результате последующего отжига избытосдный углего остоянии. При повышенных температурах осаждения и низких давлениях газовой среды наблюдается ориентированлниов бчатой 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) позволяют совмещать карбидения ыми конструкционными материалами.
Основным недостатком этих покрытий является возникновение остаточных напряжений, вызванное несопетвы ициентов линейного расширения покрытия и подложки (кроме случая нанесения SiC на SiC) og анизотропией покрытия. Из-за сравнительно низкой температуры осаждения напряжения не релаксируются и покрытия растрескивают. Одним из способов устранения этого недостатка является получение слоистых покрытий, т.е. покрытий с регулярным чередованием слоев равной толщины пироуглерода og SiC, осажденным из смесинахлсормет.
Кроме описанных способов получения технической керамики из SiC, используются и другие. Методом испарения SiC и его последующей сублимации при 2100-2300°С uden использования связоки при ют так называемый рекристаллизационный карбид кремния.
Материалы на основе карбида кремния начали применяться значительно раньше, чем материалы на основе Si3Nи4,ВСlN4,ВN. Уже в 20-е годы использовались карбидокремниевые огнеупоры на связке из диоксида кремния (90%SiC+10%),- рбида кремния на нитридокремниевой связке (75%SiC+25%Si3N4) изготавливали сопла ракет. Настоvendeще Врем керамика на онове карбида кремниindes применеykke о сесителей, пошипников и гилз д jun двигателей, металопроводов д ж Al Разработаны новые композиционные материалы с карбидокремниевой матрицей. Они используются в различных областях, например в самолетостроении и в космонавтике.
Indlægstid: 22. august 2018