Карбид кремния (карборунд) SiC является единственным соединением кремния и углерода. Во природе этот مواد встречается крайне редко. Карбид кремния существует в двух модификациях , из которых ? gexagonalьnoy formы. Установлено около 20 ساختار، относящихся к гексагональной форме карборунда. Переход ?-SiC>?-SiC با دمای 2100 درجه سانتی گراد. При دما 2400°С это превращение происходит весьма быстро. До температур 1950-2000°С образуется кубическая модификация, при более высокой температуре образуются гексагональные مدیفیکاسیون. При температурах свыше 2600-2700°С карбид кремния возгоняется. Кристаллы карбида кремния може быть бесцветными، سبزыми و черными. Чистый карбид кремния стехиометрического состава бесцветен. При превышении содержания кремния SiC становится зеленым, углерода – черным.
Карборунд имеет очень высокую твердость: اچ؟ تا 45GPa، تا 700MPa. Карбидокремниевая керамика сохраняет примерно постоянную прочность до высоких температур: температура перехода от хрупкого к хрупкопластическому разрушению для нее составляет 2000°С. Во 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. Prochity Rekristallizovannogo SiC со увеличением температуры не уменьшается и, более того, можно ее увеличение, связанное с تحصیل м слоя аморфного SiO2, который залечива خطاы на поверхности и во внутренних 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 од SiC، و تاکژ کارتیدوکرمنیевых электронагревателей, исходными مواد служат кремнеزم (кварцевый песок) и кокс. Их нагревают до высокой температуры в электрических печах, осуществляя синтез методом Ачесон:
SiO2+3C=SiC+2CO2 (24)
Вокруг нагревательного элемента (керна) получается зона синтезированного продукта, а за ней – зоны кристаллов низкой чистоты и непрореагировавших componentov. 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 спекемость и др.
regя поraчения Высококачественной констракционной керамики неоххиие иппхх иلس иппоовать @ Высокодиنای порошки SiC, которые получают различными высокотехнологичными способами. При получении порошков методом синтеза исходный металлургический кремний подвергают дроблению и помолу در валковой мельнице. Измельченный порошок кремния отмывают от پرмесей в смеси неорганических кислот и направляют на тонкое измельчение в specialьnый راکتور ورتیکال. Syntez SiC осуществляется в رакторе подачей Si در specialьnыe sopa، و در جايگاه sjatogo airа подается پروپان:
دمای بالاتر از ۱۱۰۰ درجه سانتیگراد
3Si+C3H8=3SiC+4H2 (25)
В результате получается высокодисперсный, гомогенный, актированный порошок карбида кремния монофракционного состава, имеющий высокую степень чистоты.
تولید از SiC فرمуют пресованием, экструзией, литьем под давлением.
در فناوری карбидокремниевой керамики обычно используют горячее пресование, реакционное и актированное спекение.
روش горячего пресования позволяет получать материјали с плотностью близкой к теоретической и с высокими механическими свойствами. Pressovaние проводят обычно в пресформах из графита или нитрида бора при давлениях 10-50MПа и دمای 1700-2000°C. Высокая стабильность кристаллических решеток тугоплавких неметаллических соединений, связанная с наличием жестких направленных covalentnыh связей, определяет низкую концентрацию и подвижность خطاов решетки, заторможенность во ней диффузионных процессов. Это затрудняет протекание процесса диффузионно-вязкого течения سِپِکانی Учитывая это, пред پرسوانیем в کرامیку вводят актирующие спекание добавки или проводят физическое فعالسازی (используют) ультрадисперсные порошки, обрабатывают их взрывом для увеличения дефектности, удаляют с поверхности влагу и оксидные слои и т.д.).
روش горячего пресования позволяет получать только изделия довольно простой формы и относительно небольших размеров. با استفاده از روش های مختلف استفاده کنید. Материалы, полученные методами обычного и изостатического горячего прессования, близки по своим свойствам.
1000MPa тугоплавких неметаллических соединений, удается повысить температуру процесса до уровня, при котором обеспечивается их پلاستیческая деформация.
روش استفاده از روش فعال سازي 90% بدون استفاده از سيستم. تاک جمع آوری مواد برای основе SiC با تابكامی بورا، углерода و алюминия. Благодаря этим добавкам за счет образования диффузионного слоя на поверхности частиц, их консолидација и укрупнения при зернограничной диффузии происходит увеличение площади межчастичных контактов и усадка.
Для получения изделий из карбида кремния также широко используется روش реакционного спекания, который позволяет проводить процесс при более низких температурах и получать изделия сложной формы. Для получения так называемого "самосвязанного" карбида кремния проводят спецкание пресовок из SiC و углерода в присутствии кремния. При этом происходит تحصیل вторичного SiC و پرکریستالیزاسیون SiC через кремниевый расплав. در این مورد، مواد مغذی، 5-15% سوابودنیک کرمنییا در карбидокремниевой матрице. روش کارامیکو از SiC، شکل литьем под давлением. برای اینستوم шихту на основе кремния و دیگران می گوییم تا получения шликерной массы, из которой затем отливают под давлением заготовку. Затем изделие помещают в науглероживающую среду, в которой сначала تولید отгонку легкоплавкого связующего, а затем сквозное насыщение заготовки углеродом при دما 1100°С. Во результате реакционного спекания образуются частицы карбида кремния, которые постепенно заполняют исходные поры.
دمای هوا در دمای 1300 درجه سانتی گراد است. Реакционное спекание является эkonomichnым процессо спекания снижается со обычно применяемой 1600-2000 درجه سانتی گراد تا 1100-1300 درجه سانتی گراد.
روش реакционного спекания используется в производи нагревательных элементов из карбида кремния. Электронагревательные сопротивления из карбида кремния представляют собой так называемые термисторы, т. است. مواد، меняющие свое сопротивление под влиянием нагрева или охлаждения. Черный карбид кремния имеет высокое сопротивление при комнатной دما و отрицательный температурный коэффициент سوپروتیولینی Зеленый карбид кремния имеет низкое начальное сопротивление и слабоотрицательный температурный коэффициент, переходящий в положительный при температурах 500-800°С. Карбидокремниевые нагревательные элёменты (КНЭ) обычно представляют собой стержень или трубку, имеющую среднюю рабочую часть с относительно высоким электрическим сопротивлением («горячая» منطقه) و выводные («холодные») которые не нагреваются в процессе эксплуатации печи. تاکیе выводные концы необходимы за قابل اعتماد تماس با پیتاющей электросетью، و تاکجه برای پیشبردنشان از شکستن استنوک پچی، в которые укладывают нагревательные элементы.
Промышленность выпускает два типа нагревательных элементов из карбида кремния: کاربوروندوفی، نامیوشیه رابوچیй سترжень و دو отдельных повеќе стержней, и стержни с утолщенными выводными концами (манжетами) – силитовые нагреватели. Составные карборундовые нагреватели формуют из полусухой массы, состоящей из крупнозернистого порошка зеленого SiC со добавками سایت (1,5%) و жидкого стекла. تولید فرمуют в картонных чехлах способом порционного трамбования на станках. آخرین отверждения заготовки при 70-80 درجه سانتیگراد، کارتن در دمای 800-850 درجه سانتیگراد. Силитовые нагреватели формуют экструзией на горизонтальном гидравлическом прессе. Massa ترکیبی از смеси мелкозернистого SiC، سایت (20%) و fenolformalьdegidnoй смолы. Формуются раздельно рабочая часть и манжеты. 40%Si. انطباق انحراف از روش های مختلف، در результате которого смола полимеризуется. На отвержденные стержни насаживают манжетные трубки. Трамбованные заготовки обжигают в засыпке из углепесочной смеси при دمای око 2000°С. Нагреватель предварительно обмазывают токопроводящей пастой, состоящей из кокса, графита и кварцевого песка. تولید اسپیكایوت پریامыم электротермическим нагревом در تخصصي پزشك در پروپاسيوني через خوراكي در 80-100A در 40-50 مین
При спекании силитовых нагревателей имеющиеся в массе углерод и превращаются во «вторичный» SiC по механизму реакционного спекания в условиях выделения парообразного кремния из засыпки, куда помещают обжигаемый нагреватель. Во качестве засыпки используют смесь из молотого песка, нефтяного кокса и карбида кремния. Эта смесь при دما 1800-2000°C باعث ایجاد پاروобразный кремний и СО، проникающие внутрь заготовки и реагирующие со твердыми Si و S. Одновременно происходит синтез вторичного карбида кремния путем взаимодействия кремния, содержащегося в шихте, с углеродом.
Следует отметить, что реакционное спекание впервые нашло خود практическое применение именно в производстве нагревателей и изделий из карбида кремния.
Для получения плотной керамики из SiC высокой чистоты используют также روش осаждения из газовой фазы, но из-за технологических трудностей и невозможности получать изделия толщиной более нескольких миллиметров он применяется для нанесения защитных покрытий. Для этого применяются методы gazofaznogo synteza SiC از letuchih galogenitov کرمنیя و Uglevodorodov یا روش termicheskoy dissociations газообразных кремнийорганических соединений. Для восстановления Si из галогенидов необходимо участие в пиролизе газообразного водорода. В качестве углеродсодержащих соединений применяют толуол، بنزول، گکسان، متان و غیره. Для промышленного получения карбидокремниевых покрытий более удобен روش термической اختلالات متیلхлорсиланов, имеющих Stehiometrycheskoe соотношение Si:C=1:1. Пиролиз СН3SiСl3 در водороде приводит к образованию осадка SiC، فرمрующего покрытие при دمایх تا 1400°C.
Очень важную роль при образовании пиролитического SiC играет водород. При отсекување трихлорметилсилана в инертной атмосфере без участия водорода протекают реакции, приводящие к образованию кремния и углерода، а не SiC. Поэтому замена инертного газа-носителя на водород при термическом разложении метилхлорсиланов. снижает или полностью прекращает сажеобразование. Процесс взаимодействия трихлорметилсилана с водородом протекает в две стадии. در اولین مرحله از مراحل اولیه кремний и углерод, а не карбид кремния. در второй стадии газообразные хлорсиланы и углеводороды, образовавшиеся на первой стадии в концентрациях, отвечающих Metastabilьному равновесию, Reagiruют друг со دیگری со تحصیلм SiC. Регулируя параметры протекания процесса осаждения، ممکن است تغییر شکل دهد. Так, при низких температурах образуются мелкозернистые и метастабильные структуры. С повышением температуры размер кристаллов растет. با 1400 درجه سانتی گراد و پایین ترین زمان ممکن است. Средний размер кристаллов در слое SiC، با دمای 1400 درجه سانتیگراد، با دمای 1800 درجه سانتیگراد تا 15 میلی‌متر.
در دمای 1100-1200 درجه سانتی گراد می تواند حل شود با اتم های اتم و غیره. атомы кремния، что сказывается на уменьшении параметри решетки SiC. دمای هوا تا 1300 درجه سانتیگراد افزایش می یابد یا در نتیجه بعد از 1300 درجه سانتیگراد افزایش می یابد. При повышенных температурах осаждения и ниских давлениях газовой среды наблюдается ориентированный рост кристаллов и формирование столбчатой структуры. Пиролитические покрытия почти полностью состоят из ?-SiC. 5%. Скорость роста пиролитического карбида кремния не 0,5mm/ch. در این مدت زمان کمی با دمای پایین (1100-1550 درجه سانتیگراد) استفاده کنید. конструкционными материјали.
Основным недостатком этих покрытий является возникновение остаточных напряжений, вызванное несоответствием температурных коэффициентов линейного расширя покрытия и лучаки (кроме со нанесения SiC на SiC) و anizotropieй покрытия. 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 с 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. روش‌های استفاده از SiC و آن‌ها پس از آن در دمای 2100-2300 درجه سانتیگراد بدون استفاده از دستگاه‌های فعال рекристаллизационный карбид кремния.
مواد اولیه برای رنگدانه‌های کرمی ناچای افزایش یافته است، چه موادی برای ویژگی‌های Si3N4، AlN، V4S و VN. در 20-e годы استفاده از 20-e год. нитридокремниевой связке (75%SiC+25%Si3N4). در настоящее время керамика на основе карбида кремния применяется для изготовления уплотнительных رنگц для насосов، کمپرسور، смесителей, подшипников и гильз для валов, дозирующей и регулирующей арматуры для коррозионных и абразивных сред, دقیقей двигателей, металлопроводов для жидких металлов. Разработаны новые композиционные материјали с карбидокремниевой матрицей. Они используются в различных областях، به عنوان مثال در самолетостроении и в космонавтике.
زمان ارسال: ۲۲ آگوست ۲۰۱۸