Карбид кремния (карборунд) SiC является единственным соединением кремния и углерода. В природе этот материјал встречается крайне редко. ? Установлено около 20 структур, относящихся к гексагональной форме карборунда. Μετάβαση ?-SiC>?-SiC παραπέμπει σε 2100°C. При температура 2400°С это превращение происходит весьма быстро. До температур 1950-2000°С образуется кубическая модификация, при более высокой температуре образуются гексагональные μοδιφίκες. При температурах свыше 2600-2700°С карбид кремния возгоняется. Кристаллы карбида кремния могут быть бесцветными, πράσινες και черными. Чистый карбид кремния стехиометрического состава бесцветен. При превышении содержания кремния SiC становится зеленым, углерода – черным.
Карборунд имеет очень высокую твердость: H? έως 45ГПа, достаточно высокую изгибную прочность: ?εδώ έως 700ΜПа. 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 при высоких температурах. При комнатной температуре разрушение самосвязанного SiC транскристаллитное и носит характер скола. При 1050°С характер разрушения становится межкристаллитным. Наблюдающееся при высоких температурах снижение прочности самосвязанного SiC вызвано его окислением. Η ανακρυσταλλοποίηση του SiC με την ανεξέλεγκτη θερμοκρασία δεν είναι περιορισμένη και, μάλλον, είναι δυνατή η ενδυνάμωση, η διαπαιδαγώγηση του αόριστου SiO2, η οποία έχει αδυνατεί να χαρακτηριστεί ως προς την ακρίβεια και την καταστροφή.
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 электронагревателей, исходными материјали служат кремнезем (кварцевый песок) και κοκ. Их нагревают до высокой температуры в электрических печах, осуществляя синтез методом Ачесон:
SiO2+3C=SiC+2CO2 (24)
Вокруг нагревательного элемента (керна) получается зона синтезированного προϊόν, а за ней – зоны кристаллов ниской чистоты и непрореагировавших компонентов. Полученные в печи продукты разделяют по этим зонам, измельчают, обрабатывают и получают порошок карбида кремния общего назначения. Недостатком данных порошков карбида кремния являются высокая загрязненность примесями, большое содержание диоксида кремния, плохая спекаемость и др.
Для получения высококачественной конструкционной керамики необходимо использовать высокочистые, гомогенные, высокодисперсные порошки SiC, которые получают различными высокотехнологичными. При получении порошков методом синтеза исходный металлургический кремний подвергают дроблению и помолу в валковой мельнице. Измельченный порошок кремния отмывают от примесей в смеси неорганических кислот и правляют на тонкое измельчение в specialьnый вертикальный αντιδραστήρα. Синтез SiC осуществляется в реакторе подачей Si σε ειδικό συμπλήρωμα, και ενσωματωμένο σάτοго воздуха подается пропан:
t>1100°С
3Si+C3H8=3SiC+4H2 (25)
В результате получается высокодисперсный, гомогенный, activirovannый порошок карбида кремния монофракционного состава, имеющий высокую степень чистоты.
Κατασκευή από SiC формуют пресование, экструзией, литьем под давлением.
В технологии карбидокремниевой керамики обычно используют горячее пресование, реакционное и активен шпекание.
Метод горячего прессования позволяет получать материјали со плотностью близкой к теоретической и со высокими механическими свойствами. Прессование проводят обычно в пресформах из графита или нитрида бора при давлениях 10-50МПа и температурах 1700-2000°С. Высокая стабильность кристаллических решеток тугоплавких неметаллических соединений, связанная со наличием жестких направленных ковалентных связей, определяет низкую центрацию выше. Это затрудняет протекание процесса диффузионно-вязкого течения, ответственного за массоперенос и уплотнение при твердофазном спекании. Учитывая это, перед пресованием в керамику вводят активирующие спекание добавки или проводят физическое активирование (используют ультрадисперсные порошки, обрабатывают их взрывом для ные слои и т.д.).
Метод горячего прессования позволяет получать только изделия довольно простой формы и относительно небольших размеров. Получать изделия сложной формы со высокой плотностью можно методом горячего изостатического прессования. Материалы, полученные методами обычного и изостатического горячего прессования, близки по своим свойствам.
Преведете да... х пластическая деформация.
Μέθοδος Используя активированного спекания удается шпечь отформованные изделия од SiC έως плотности 90% χωρίς αίτηση. Так получают материјали на основе SiC со δωµατισµό, ουγλέροδα και αλυµίνη. Благодаря этим добавкам за счет образования диффузионного слоя на поверхности частиц, их ενοποιήσεις και ukrupneniя για υψηλοπεριοριστικές διακυμάνσεις προχωρούν σε ό,τι αφορά τον χρήστη.
Для получения изделий из карбида кремния также широко используется метод реакционного спекания, который позволяет проводить процесс при болееких температурах и получать изделия сложной формы. Для получения так называемого "самосвязанного" карбида кремния проводят спекание прессовок од SiC και углерода в присутствии кремния. При этом происходит образование вторичного SiC και επαναχρηματοδότηση SiC через кремниевый расплав. В о тоге образуются беспористые материјали, содержащие 5-15% свободного кремния в карбидокремниевой матрице. Методом реакционного спекания получают также керамику из SiC, формованную литьем под давлением. При этом шихту на основе кремния и других веществ смешивают со расплавленным легкоплавким органическим связующим (parafinom ) έως получения шликерной массы, из которой затем отливам за давкулем. 110. В результате реакционного спекания образуются частицы карбида кремния, которые постепенно заполняют исходные поры.
Η θερμοκρασία είναι 1300°C. Реакционно спекание является экономичным процессом благодаря применению ανεπάρκεια θερμικής θερμοκρασίας, θερμοκρασία θερμοκρασίας μικραίνει με συνηθισμένη τιμή 1600-2000°C έως 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. ε. материјал, меняющие свое сопротивление под влиянием нагрева или охлаждения. Черный карбид кремния имеет высокое сопротивление при комнатной температура и отрикательный температурный коэффициент сопротивления. Зеленый карбид кремния έχει χαμηλότερη θερμοκρασία και χαμηλή θερμοκρασία, переходящий в положительный при θερμοκρασίαх 500-800°C. Карбидокремниевые нагревательные элёменты (КНЭ) обычно представил собой стержень или трубку, имеющую среднюю рабочую часть со относительно высоким электрическим сопротивлением («гороехо») είναι λιγότερες από τις ηλεκτροσυσκευασίες, οι οποίες δεν είναι χαμηλές στη διαδικασία των εκπλουατισμών των πετσιών. Τέτοιες πληροφορίες για την αξιόπιστη επαφή με την τροφή της ηλεκτροσύνθεσης, καθώς και για την προφύλαξη από την καταστροφή των στενόκ του πέτσι, και για την καταστροφή των στοιχείων.
Промышленность выпускает два типа нагревательных элементов од карбида кремния: составные нагреватели, получившие название карборундовые, имеющие рабочий стержень и δύο отдельных более короводных карбидных вых стержни со утолщенными выводными концами (манжетами) – силитовые нагреватели. Составные карборундовые нагреватели формуют од полусухой массы, состоящей од крупнозернистого порошка πράσινη SiC με добавками сажи (1,5%) και κατοικίδια. Κατασκευή φόρμας σε καρтонных чехлах способом порционного трамбования на станках. Τελευταία ανατροπή σε θερμοκρασία 800-850°C. Силитовые нагреватели формуют экструзией на горизонтальном гидравлическом прессе. Massa αποτελείταιт од смеси мелкозернистого SiC, сажи (20%) και фенолформальдегидной смолы. Формуются раздельно рабочая часть и манжеты. Состав манжетной части рассчитан на большую проводимость и во него входит около 40%Si. Αντιμετώπιση προβλημάτων φθοράς. На отвержденные стержни насаживают манжетные трубки. Трамбованные заготовки обжигают в засыпке из углепесочной смеси при θερμοκρασία около 2000°С. Нагреватель предварительно обмазывают токопроводящей пастой, состоящей из кокса, графита и кварцевого песка. Έκδοση specayut прямым электротермическим нагревом во ειδικές δοκιμές για την προπόνηση через заготовку тока σε 80-100A σε 40-50 λεπτά.
При спекании силитовых нагревателей имеющиеся в массе углерод и ний превращаются во «вторичный» SiC по механизму реакционного спекания в условиях выделения парообразного кремния из засгремь, куда помещаются. В качестве засыпки используют смесь из молотого песка, нефтяного кокса и карбида кремния. Эта смесь при θερμοκρασία 1800-2000°C διαφέρει το paroformnый кремний и СО, проникающие внутрь заготовки и реагирующие со твердыми Si και С. Одновременно происходит синтез вторичного карбида кремния путем взаимодействия кремния, содержащегося в шихте, со углеродом.
Следует отметить, что реакционное спекание впервые нашло свое практическое применение именно в производстве нагревателей и изделий од карбида кремния.
Для получения плотной керамики од SiC высокой чистоты искористува также метод осаждения из газовой фазы, но из-за технологических трудностей и невозможности получать изделия толщинощимям болье несколь итн. покрытий. Для этого применяются методы газофазного синтеза SiC από летучих галогенидов кремния и углеводородов или μέθοδος θερμικής αποσύνδεσης 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 dissociations metilhlorsilanov, имеющих стехиометрическое соотношение Si:C=1:1. Пиролиз СН3SiСl3 в водороде приводит к образованию осадка SiC, μορφέςрующего покрытие при θερμοκρασίαх έως 1400°C.
Очень важную роль при образовании пиролитического SiC играет водород. При δυσσύνδεση τριχλορμετιλσιλάνα в инертной атмосфере без участия водорода протекают реакции, приводящие к образованию кремния и углерода, а не SiC. Μετάφραση σε... Процесс взаимодействия трихлорметилсилана со водородом протекает в две стадии. Στο πρώτο στάδιο της διαδικασίας, καθώς και στο κενό, καθώς και στο κενό. Στο второй стадии газообразные хлорсиланы и углеводороды, образовавшиеся на первой стадии в центрациях, отвечающих metastabilьному равновесию, ανταλλάξτε άλλο με άλλα με εκπαίδευσηм SiC. Регулируя параметры протекания процесса осаждения, можно е варьировать свойствами полученных покрытий. Так, при низких температурах образуются мелкозернистые и metastabilьные структуры. С повышением температуры размер кристаллов растет. При 1400°C και χαμηλότερα προσεχώς осаждения образуются монокристаллы и эпитаксиальные слои SiC. Средний размер кристаллов в слое SiC, осажденном из трихлорметилсилана при 1400°C, 1 μkm, και 1800°C – 15 mkm.
При 1100-1200°C μπορεί να образовываться неравновесный твердый διαλύσεως με σβερχστεχιομετρικές διαλυτές ατόμους υγλέροδα, γιαμεщающих атомы кремния, что сказывается на умен. С повышением температуры отжига έως 1300°C ή ως αποτέλεσμα μετά την άνοδο του χρόνου. При повышенных температурах осаждения и ниски давлениях газовой среды наблюдается ориентированный рост кристаллов и φόρμεςрование столбчатой структуры. Пиролитические покрытия почти полностью состоят из ?-SiC. Доля гексагональных политипов αποτελείται από 5%. Скорость роста пиролитического карбида кремния не превышает 0,5мм/ч. Во то же время сравнительно ниские температуры осаждения (1100-1550°C) позволяют вмешаать карбидокремниевые покрытия со любыми конструкционными материјали.
Основным недостатком этих покрытий является возникновение остаточных напряжений, вызванное несоответствием температурных коэффициентов линейного расширения покрытия икрыя икры) Из-за сравнительно низкой температуры осаждения напряжения не релаксируются и покрытия растрескиваются. Одним из способов устранения этого недостатка является получение слоистых покрытий, т.е. покрытий со регулярным чередованием слоев равной толщины пироуглерода и SiC, осажденным из смеси хлорметилсилана со метаном.
Кроме описанных способов получения технической керамики из SiC, используются и другие. Методом испарения SiC και его последующей υποβληθέντες σε 2100-2300°C χωρίς χρήση του svyazok και activiruющих добавок получают так называемый рекристаллизационный карбид кремния.
Υλικά για ασυνήθιστες καρδιές, кремния начали προσαρμόστηκαν σημαντικά, καθώς και υλικά για αυθεντικά Si3N4, АlN, В4С και ВN. Σε 20-ε χρόνιες χρησιμοποιήθηκαν καρμπιντοκρεμνεύματα σε ό,τι αφορά το διοξείδωτο κρέμες (90%SiC+10%SiO2), και το 50-ε 50-ε 50-ε 50-e годы од карбида кремния на нитридокремниевой связке 3+25%S. В настоящее время керамика на основе карбида кремния применяется для изготовления уплотнительных колец для насосов, компрессоров, смесителей, подшипников и гильз для валов, дозируюльных армажые и зивных сред, деталей двигателей, металлопроводов для жидких металлов. Разработаны новые композиционные материјали со карбидокремниевой матрицей. Они используются в различных областях, на пример в самолетостроении и в космонавтике.
Ώρα δημοσίευσης: Αυγ-22-2018