Карбид кремния (карборунд) SiC является единственным соединением кремния и углерода. В природе этот материал встречается крайне редко. Karbid кремния существует в двух модификациях, agus которых ?-mодификация является политипной политипной nую strуkтуру гексагональной формы. Установлено около 20 sraith, относящихся ксагональной форме карборунда. Переход ?-SiC>?-SiC происходит примерно при 2100°С. Teocht 2400°С это превращение происходит весьма быстро. До температур 1950-2000°С образуется кубическая модификация, при более высокой температуре обраге odipicации. При температурах свыше 2600-2700°С cairpéid кремния возгоняется. Criostail cairpéid кремния могут быть бесцветными, зелеными agus черными. Чистый karbid 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. Carbidokrеmниевая ceramika сохраняет постоянную постоянную прочность do высоких температур: пеперно постоянную luascadh suas le haghaidh nее составляет 2000°С. В то же время для самосвязанного SiC наблюдается падение прочности при высоких температурах. При комнатной temperatуре разрушение самосвязанного Sic транскристалитное agus носит арактер скола. Pri 1050°С carachtar разрушения становится межкристалитным. Наблюдающееся при высоких температурах снижение прочности самосвязанного SiC вызвано его емислен. Прочность рекристализованного SiC с увеличением температуры не уменьшается и, более того, возмежони, е с образованием слоя аморфного SiO2, который залечивает дефекты на поверхности и во внутренних слояы.
Carborund ústoyчив против воздействия всех kiслот, исключением фосфорной agus смеси азотнои. К deйствию щелочей SiC менее устойчив. Установлено, что карбид кремния смачивается металлами группы железа agus марганцем. Самосвязанный карбид кремния, который содержит свободный кремний, хорошо взаимодействуьыет.
При изготовлении абразивных agus огнеупорных изделий из SiC, а также карбидокремниевых элекекеты материалами служат кремнезем (кварцевый песок) agus кокс. Их нагревают до высокой температуры в электрических печах, осуществляя синтез методом Аѐх
SiO2+3C=SiC+2CO2 (24)
Вокруг нагревательного элемента (керна) получается зона синтезированного продукта, за ней – клоничи ы agus непрореагировавших компонентов. próitéolaíocht agus pórú общего назначения. Недостатком данных порошков карбида кремния являются высокая загрязненность примесями, больсемия ия, плохая спекаемость и др.
Для получения высококачественной конструкционной керамики необходимо использовать высококе,ь высококе,ь высокочески ерсные порошки SiC, которые получают различными высокотехнологичными способами. получении порошков методом синтеза исходный металургический кремний подвергают дромилили niце. Измельченный порошок кремния отмывают от примесей смеси неорганических кислот и направльеюти reactóir speictreach vertical. Синтез SiC осуществляется в реакторе подачей Si в специальные сопла, а вместо сжатого воздухапан:
t>1100°C
3Si+C3H8=3SiC+4H2 (25)
В результате получается высокодисперсный, гомогенный, активированный порошок карбида кремнио имеющий высокую степень чистоты.
Изделия из SiC формуют прессованием, экструзией, литьем под давлением.
В технологии карбидокремниевой керамики обычно используют горячее прессование, реакционкание.
метод горячего прессования позволяет молучать материалы сплотностью близкой к теоретиыскесиь cimi sвойствами. Прессование проводят обычно в прессформах из графита agus нитрида бора 10-50ММечно 0-07 ° Высокая стабильность кристалических решеток тугоплавких неметалических соединений, свяких вленных ковалентных связей, определяет низкую концентрацию agus подвижность дефектов решетки úzonnyх proцессov. Это затрудняет протекание процеса diфузонно-vayaзкоgo течения, ответственного масоперопания speicint. . . .
próitéolaí próstóir позволяет получать только изделия довольно простой формы и относнить . Получать изделия сложной формы с высокой плотностью можно методом горячего изостатичеся. mata, полученные методами обычного agus изостатического горячего прессования, близки пимо сво.
Птем проведения горячегегосостататаéanta пресования прсококих дресования. т о о с н н н т т .
Используя метод активированного спекания удается спечь отформованные изделия из SiC до плотноыжибизи davleniya. Так получают материалы на основе SiC с добавками borа, углерода agus алюминия. blagodarya этim добавкам счет образования диффузионого слоя поверхности састиц их паразипирии нограничной диффузии происходит увеличение площади межчастичных контактов agus усадка.
получения изделий из карбида кремния также широко используется метод реакционого спекионого проводить процесс при более низких температурах agus получать изделия сложной формы. Для получения так называемого “самосвязанного” карбида кремния проводят спекание пресовок изанного карбида кремния проводят спекание пресовок изланного я. При этом происходит образование вторичного Sic agus перекристализация Sic через кремниевый расплав. В итоге образуются беспористые материалы, содержащие 5-15% свободного кремния в карбидокремнимевот. Metoddom reakцionного получают также ceramику agus SiC, сформованную литьем под давлением. При этом шихту на основе кремния agus других веществ смешивают смешивают расплавленным легкоплавким органичим м ) до получения шликерной массы, из которой затем отливают под давлением заготовку. Затем изделие помещают в науглероживающую среду, в которой сначала производят отгонку легкопагою тем сквозное насыщение заготовки углеродом при температуре 1100°С. В результате реакционного спекания образуются частицы карбида кремния, которые постепено зуются частицы карбида кремния, которые постепено зуются частицы карбида кремния, которые постепено зеыо земния.
Teocht is Ísle ag teocht 1300°C. reacaireacht прекание является экономичным процессом благодаря применению недорогого термическоге ия снижается с обычно применяемой 1600-2000°C go 1100-1300°C.
Metod reakцionного спекания используется производстве нагревательных елементов agus карбидия крементия Электронагревательные сопротивления agus карбида кремния представляют собой так называемые термит. e. материалы, меняющие свое сопротивление под влиянием нагрева или охлаждения. cearrbhachas cairéid имеет высокое сопротивление при комнатной температуре и отрицательныперать sopraitivlín. Зеленый карбид кремния имеет низкое начальное сопротивление agus слабоотрицательный температуфление щий sa положительный при температурах 500-800°С. Карбидокремниевые нагревателье элёёенты (кнэ) обычно предсляюю сбычычычычжж ч ч ч ч ч ч ч относительно ыысоким электрическим сопроти láthair э «« з и и «« «« «« «« тивлениеtama, которые не нагреваются п п ц с с Такие выводные концы необходимы для надежного контакта с питающей электросетью, пределия зрушения стенок печи, в которые укладывают нагревательные элементы.
Промышленность ыысскает дв тии нARп нагревательных э э т т т т т э э борундовые, имеющие рабочий стержень и два отдельных б б к к к ы ы ы терж mí Составные карборундовые нагреватели формуют из полусухой массы, состоящей из крупнозерписточе вками сажи (1,5%) agus жидкого стекла. Изdelия формуит в kartonных чехлах порционобом трамбования на станках. После отверждения заготовки при 70-80°С картонный чехол выжигается в трубчатой электропе08 ° С. siltivые нагреватели формуют экструзией на горизонтальном гидравлическом прессе. Масса состоит из смеси мелкозернистого SiC, сажи (20%) agus фенолформальдегидной смолы. foirmi раздельно рабочая часть agus manжеты. bain stangadh as an bprótacal agus an ceann is fearr ar an gcolún 40%Si. Отпрессованные заготовки подвергают термическому отверждению, в результате которого смола полимесию. Mar gheall ar an saol níos faide ná an saol mór. Trambovанные заготовки обжигают засыпке agus углепесочной смеси при температуре около 2000°. Нагреватель предварительно обмазывают токопроводящей пастой, состоящей из кокса, графита пастой. Изделие спекают прямым электротермическим нагревом в специальных печах при пропускании Ar an meán 40-50 nóiméad.
При спекании силитовых нагревателей имеющиеся в массе углерод agus кремний превращаются во «вторичемичи кционного спекания в условиях выделения парообразного кремния из засыпки, куда помещают омжыеге. В качестве засыпки используют смесь из молотого песка, нефтяного кокса и карбида кремния. Эта смесь при температуре 1800-2000°С выделяет парообразный кремний agus СО, проникающие внукричи ие с твердыми Si и С. Одновременно происходит синтез вторичного карбида кремния путем взаимодействия кремния, содежасиге содежадегеще.
Следует отметить, что реакционное спекание впервые нашло свое практическое применение именноно превичевы crios agus karbida kremniya.
Для полчения плотной керамики з sic ысокой чистоты иолззю также метод о о о о о о о о о о их трудностей и невозможности полчать ззделия толщиной болчелолоклыхыхыхыхыхых Baineadóir озяя п п п п п п п п п п п н крытий. для этого применяются методы газофазного синтеза SiC agus летучих галогенидов кремния и угомеодиодио й dissоциации газообразных кремнийorgанических соединений. Для восстановления Si из галоgenидов необходимо участие в pirolизе газообразного водорода. В качестве углеродсодержащих соединений применяют толуол, бензол, гексан, метан agus др. Для промышленного получения карбидокремниевых покрытий более удобен метод термической дислесици еющих стехиометрическое соотношение Si:C=1:1. Пиролиз СН3SiСl3 в водороде приводит к образованию осадка SiC, формирующего покрытие при темпра40.
Sic играет водород. prócaí dísle próitéacsach in атмосфере saor in aisce протекают реакцивири мния agus углерода, а не SiC. Поэтому замена инертного газа-носителя на водород при термическом разложении метилхлорсиланов зложении и снижает или полностью прекращает сажеобразование. Prós ar an saol trí trihlórmetilsailín с водородом протекает в две стадии. На первоначальной стадии процесса устанавливается нестабильное равновесие, при котором в качестве качестве качестве пононие ют кремний и углерод, а не карбид кремния. На второй стадии газообразные хлорсиланы agus углеводороды, образовавшиеся на первой стадии в конютцице táscaire равновесию, реагируют друг с другом с образованием SiC. Регулируя параметры протекания процесса осаждения, можно варьировать свойствами полученыы пиокры. Так, при низких температурах образуются мелкозернистые agus метастабильные структуры. С повышением температуры размер кристалов растет. Prи 1400°С agus низких скоростях осаждения образуются monокристалы agus эпитаксиальные слои SIC. srednий размер кристалов в слое SiC, осажденном agus triхлорметилсилсилана 1400°С, 1мкм, а01ми1.
1100-1200°С может образовываться неравновесный твердый раствор со сверхстехиометрическемима замещающих атомы кремния, что сказывается на уменьшении параметра решетки SiC. Сповышением температуры отжига до 1300°С или в результате последующего отжига избыточеспо sólás. при повышенных температурах осаждения agus низких давлениях газовой среды наблюдается оририленирирово ovaание столбчатой strukтуры. Пиролитические покрытия почти полностью состоят из ?-SiC. Доля гексагональных политипов составляет менее 5%. scóráil róstach pirolitического карбида кремния не превышает 0,5мм/ч. В то же время сравнительно низкие температуры осаждения (1100-1550°С) позволяют совмещатьекрипи с любыми конструкционными материалами.
Основным недостатком этих покрытий является возникновение остаточных напряжений, вызванное нетемевон х коэффициентов линейного расширения покрытия и подложки (кроме случая нанесения SiC на SiC) и анизоытипия. Из-за сравнительно низкой температуры осаждения напряжения не релаксируются и покрытия растратия. Одним из способов устранения этого недостатка является получение слоистых покрытий, т.е. покрытий с регулярным чередованием слоев равной толщины пироуглерода agus SiC, осажденным из смлесмиы из смлесмиы из смлесмиы
Кроме описанных способов получения технической керамики из SiC, используются и другие. Is féidir le sic agus le fáil réidh le 2100-2300°С saor in aisce получают так называемый рекристаллизационный карбид кремния.
Материалы на осаве карбида кремния начали нрименяться значительно ранше, чем м и и и и и и и Уже в 20-е годы использовались карбидокремниевые огнеупоры на связке из диоксида кремния (900%) (900%) из карбида кремния на нитридокремниевой связке (75%SiC+25%Si3N4) изготавливали сопла ракет. В настоящее время керамика на основе карбида кремния применяется для изготовления уплотнительных колельных кремния применяется для изготовления уплотнительных колельных колес смесителей, подшипников и гильз для валов , дозирующей agus регулирующей арматуры для корраниыбиы деталей двигателей, металлопроводов для жидких металов. Разработаны новые композиционные материалы с карбидокремниевой матрицей. Они используются в различных областях, например в самолетостроении agus в космонавтике.
Am postála: Lúnasa-22-2018