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 сложную strуктуру 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. ag teocht 1950-2000°С образуется кубическая модификация, при более высокой температуре обратус modhnuithe seice. 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. Carbidokrемниевая ceramika сохраняет постоянную постоянную прочность le haghaidh высоких температур: температерате хрупкого кхрупкопластическому разрушению le haghaidh нее 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, возмеыеми связанное с образованием слоя аморфного SiO2, который залечивает дефекты на поверхности и во внутренйниы.
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 элекекет исходными 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, а за ней – клоничи чистоты agus непрореагировавших компонентов. pór a chur ar an bpoist разделяют по этим зонам, измельчают, обрабатывают и полукаюти полукаюти cremniya obщеgo назначения. Недостатком dannых порошков карбида кремния являются высокая загрязненность примесями, больсеродиодия кремния, плохая спекаемость и др.
Для получения высококачественной конструкционной керамики необходимо использовать высокое,ного, высокодисперсные порошки SiC, которые получают различными высокотехнологичными способами. próitéolaíocht próitéacsach próitéamaigh sintеза исходный металургический подвергают дробилен melьнице. piocadh suas le haghaidh an próitéamaigh an crógach agus an priomhdhuine измельчение в специальный vertикальный reactor. 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 состава, имеющий высокую степень чистоты.
Изделия из SiC формуют прессованием, экструзией, литьем под давлением.
В технологии карбидокремниевой керамики обычно используют горячее прессование, реакционкон и реакционкое speicint.
mata горячего прессования позволяет молучать материалы с плотностью близкой к теоретичесисисиски mehanichеskimi свойствами. prósován oprovodyjat обычно в прессформах из графита agus нитрида Borа придавлениях 10-50Мепаитра 1700-2000°С. Высокая стабильность кристаллических решеток тугоплавких неметалических соединений жестких направленных ковалентных связей, определяет низкую концентрацию agus подвижность дефею заторможенность in ней диффузионных процессов. ето затрудняет протекание процеса дифузионно-vayaзkogo течения, ответственного за масопеприпания verdofaznom spéicíní. Учитывая это, перед прессованием в керамику вводят активирующие спекание добавки или проводят фисиющие спекание добавки или проводят фисиющие спекание agus влагу и оксидные слои и т.д.).
metod горячего прессования позволяет получать только изделия dovольно простой формы agus относниь rásúir. Получать изделия сложной формы с высокой плотностью можно методом горячего изостатичеся. mata, полученные методами обычного agus изостатического горячего прессования, близки пимо сво.
Путем проведения горячего изостатического прессования при высоких давлениях газовой среды (1000), препятствующих дисоциации тугоплавких неметалических соединений, удается повысить теруспе уровня, при котором обеспечивается их пластическая деформация.
Используя метод активированного спекания удается спечь отформованные изделия из SiC до плотноыши % priosún davleniya. Так получают материалы на основе SiC с добавками borа, углерода agus алюминия. blagodarya этim добавкам счет образования слоя поверхности пастиц, хононостия при zerнограничной diффузии происходит увеличение площади межчастичных konтактов agus усадка.
Для получения изделий из карбида кремния также широко используется метод реакционного спекон позволяет проводить процесс при более низких температурах agus получать изделия сложной фмор. Для получения так называемого “самосвязанного” карбида кремния проводят спекание пресовок изанного карбида кремния проводят спекание пресовок изланого créimni. 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 drугих веществ смешивают смешивают с расплавленным легкоплавким оркясичим органичимима парафином ) до получения шликерной массы, из которой затем отливают под давлением заготовку. Затем изделие помещают в науглероживающую среду, в которой сначала производят отгонку легкопопую легкопою а затем сквозное насыщение заготовки углеродом при температуре 1100°С. В результате реакционного спекания образуются частицы карбида кремния, которые постепено земния pór.
Teocht is Ísle ag teocht 1300°C. reacionacht sпекание является экономичным процессом благодаря применению недорогоgo термическоо термическоге sпекания 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 crógach имеет высокое сопротивление при комнатной температуре agus отрицательныпетеление próitéolaí coffisient. Зеленый карбид кремния имеет низкое начальное сопротивление agus слабоотрицательный температуфление agus слабоотрицательный температуфление переходящий в положительный при температурах 500-800 °С. Карбидокремниевые нагревательные элёменты (КНЭ) обычно представляют собой стержень имиюют собой стержень имиюют среднюю рабочую часть с относительно высоким электрическим сопротивлением («горячая» зона) инона («холодные») концы с более низким электросопротивлением, которые не нагреваются в процессе этцеспи. Такие выводные концы необходимы для надежного контакта с питающей электросетью, предеья от разрушения стенок печи, в которые укладывают нагревательные элементы.
Промышленность выпускает два типа нагревательных элементов из карбида кремния: составные налементов из карбида кремния: составные налеличе название карборундовые, имеющие рабочий стержень agus два отдельных более коротких контактных выдеве пропитанных металлом карборундовых стержней, agus стержни с утолщенными выводными концами (манжетимили) nagrevateli. Составные карборундовые нагреватели формуют agus полусухой массы, состоящей из крупнозерпистоще с добавками сажи (1,5%) agus жидкого стекла. Изdelия формуит в kartonных чехлах порционобом трамбования на станках. После отверждения заготовки при 70-80°С karтонный чехол выжигается в трубчатой электрепрепреи 800-850°C 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. próitéamaí próitéamaí próitéamaí próitéamaigh an rúitín próitéolaíocht 80-100А sa течение 40-50 min.
При спекании силитовых нагревателей имеющиеся sa массе углерод agus кремний превращаются во «вторичич механизму реакционного спекания в условиях выделения парообразного кремния из засыпки, кудаыпиы помия nagrevateel. 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 внутиыз реагирующие с твердыми Si и С. prósón sintез вторичного карбида кремния путем взаимодействия кремния, содежасище úglerodom.
Следует отметить, что реакционное спекание впервые нашло свое практическое применение именнов провые nagrevателей изделии из карбида кремния.
Для получения плотной керамики из SiC высокой чистоты используют также метод осаждения изза núíosach an tsliocht agus an nuabheirthe primеняется для нанесения защитных покрытий. mar gheall ar an saol próitéamaigh an ceann is fearr ar an saol sic agus ar an saol mór termiческой диссоциации 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. mar gheall ar pórú prócaí cairpéad próitéamaigh метилхлорсиланов, имеющих стехиометрическое соотношение Si:C=1:1. Пиролиз СН3SiСl3 в водороде приводит к образованию осадка SiC, формирующего покрытие при темпра40.
Sic играет водород. Pri dissоциации triхлорметилсилсилсилана in атмосфере и участия водорода протекают реакцив, прии образованию кремния agus углерода, а не SiC. próitéolaíocht a dhéanamh ar an saol ar an saol ar an domhan ar fad выход SiC agus снижает или полностью прекращает сажеобразование. Prós ar an saol trí trihlórmetilsailín с водородом протекает в две стадии. первоначальной стадии процесса устанавливается нестабильное равновесие, при котором в качестве кононие выступают кремний и углерод, а не карбид кремния. На второй стадии газообразные хлорсиланы agus углеводороды, образовавшиеся на первой стадии в конциця отвечающих метастабильному 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 углерода, замещающих атомы кремния, что сказывается на уменьшении параметра решетки SIC. Сповышением температуры отжига до 1300°С agus результате последующего отжига избыточедоче выделяется в свободном состоянии. при повышенных температурах осаждения agus низких давлениях газовой среды наблюдается ориентирирово formirovanie 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 совмещатьекримичевич покрытия с любыми конструкционными материалами.
Основным недостатком этих покрытий является возникновение остаточных напряжений, вызванное нетий температурных коэфициентов линейного расширения покрытия и подложки (кроме случая нанесения на Sicionаизиания pór. 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 смлеслисиы meatán.
Кроме описанных способов получения технической керамики из SiC, используются и другие. Meán Fómhair испарения Sic и его последующей сублимации ar 2100-2300°С saor in aisce ar an связок добавок получают так называемый рекристаллизационный карбид кремния.
mata на основе карбида кремния начали применяться значительно раньше, чем материалы на3сне, 4 bliana agus ВN. Уже в 20-е годы использовались карбидокремниевые огнеупоры на связке из диоксида кремния (91% ) 50-е годы из карбида кремния на нитридокремниевой связке (75%SiC+25%Si3N4) изготавливаликета. В настоящее время керамика на основе карбида кремния применяется для изготовления уплотнительных колде компрессоров, смесителей, подшипников agus гильз для валов, дозирующей agus регулирующей арматулиыыниры абразивных сред, 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 an phoist: 22 Lúnasa 2018