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 и представляет собой сложную структуру гексагональной формы。 Установлено около 20 структур、относящихся к гексагональной форме карборунда. ?-SiC>?-SiC は 2100°С に達します。 2400°С это превращение происходит весьма быстро. 1950-2000°С образуется кубическая модификация, при более высокой температуре образуются гексагональные модификации。最高気温 2600-2700°С карбид кремния возгоняется。 Кристаллы карбида кремния могут быть бесцветными, зелеными и черными. Чистый карбид кремния стехиометрического состава бесцветен. При превылода – черным、SiC を確認してください。
Карборунд имеет очень высокую твердость: H? 45ГПа、достаточно высокую изгибную прочность: ?изг до 700МПа. Карбидокремниевая керамика сохраняет примерно постоянную прочность до высоких температур: температура перехода от хрупкого к хрупкопластическому разрузению для нее составляет 2000°С。 В то же время для самосвязанного SiC наблюдается падение прочности при высоких температурах. При комнатной температуре самосвязанного SiC транскристаллитное и носит характер скола. При 1050°С характер разруbolитния становится межкристаллитным. Наблюдающееся при высоких температурах снижение прочности самосвязанного SiC вызвано его окислением. Прочность рекристаллизованного SiC с увеличением температуры не уменьзается и, более того, возможно ее увеличение, связанное с образованием слоя аморфного SiO2, который залечивает дефекты 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、хорозо взаимодействует со сталью。
При изготовлении абразивных и огнеупорных изделий из SiC, а также карбидокремниевых электронагревателей, исходными материалами служат кремнезем (кварцевый песок) и 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 – зоны кристаллов низкой чистоты и непрореагировавзих компонентов。 Полученные в печи продукты разделяют по этим зонам, измельчают, обрабатывают и получают порозок карбида кремния общего назначения。 Недостатком данных порозков карбида кремния являются высокая загрязненность примесями, бользое содержание最も近いところにあるのは、
Солучения высококачественной конструкционной керамики необходимо использовать высокочистые, гомогенные, SiC を使用して、SiC を使用する必要があります。 При получении порозков методом синтеза исходный металлургический кремний подвергают дроблению и помолу в Салковой мельнице。 Измельченный порозок кремния отмывают от примесей в смеси неорганических кислот и направляют на тонкое最高のサービスを提供します。 Синтез SiC осуществляется в реакторе подачей Si в специальные сопла, а вместо сжатого воздуха подается пропан:
t>1100°С
3Si+C3H8=3SiC+4H2 (25)
В результате получается высокодисперсный, гомогенный, активированный порозок карбида кремния монофракционного состава、имеющий высокую степень чистоты。
Изделия из SiC формуют прессованием, экструзией, литьем под давлением.
В технологии карбидокремниевой керамики обычно используют горячее прессование, реакционное и активированное最低。
Метод горячего прессования позволяет получать материалы с плотностью близкой к теоретической и с высокими механическими свойствами。 Прессование проводят обычно в прессформах из графита или нитрида бора при давлениях 10-50МПа и температурах 1700-2000°С。 Высокая стабильность кристаллических регоплавких неметаллических соединений, связанная с наличием жестких направленных ковалентных связей, определяет низкую концентрацию и подвижность дефектов резетки, женность в ней диффузионных процессов。 Это затрудняет протекание процесса диффузионно-вязкого течения, ответственного за массоперенос и уплотнение при Свердофазном спекании。 Учитывая это, перед прессованием в керамику вводят активирующие спекание добавки или проводят физическое активирование (используют ультрадисперсные порозки, обрабатывают их взрывом для увеличения дефектности, удаляют最高ですвлагу и оксидные слои и т.д.)。
Метод горячего прессования позволяет получать только изделия довольно простой формы и относительно небользихうーん。 Получать изделия сложной формы с высокой плотностью можно методом горячего изостатического прессования. Материалы、полученные методами обычного изостатического горячего прессования、близки по своим свойствам。
Путем проведения горячего изостатического прессования при высоких давлениях газовой среды (1000МПа), Срепятствующих диссоциации тугоплавких неметаллических соединений, удается повысить температуру процесса до Совня, при котором обеспечивается их пластическая деформация.
SiC は 90% を獲得します。 приложения давления。 Так получают материалы на основе SiC с добавками бора, углерода и алюминия. Благодаря этим добавкам за счет образования диффузионного слоя на поверхности частиц, их консолидации и укрупнения при зернограничной диффузии происходит увеличение площади межчастичных контактов и усадка.
Для получения изделий из карбида кремния также øироко используется метод реакционного спекания, который позволяет最高のパフォーマンスを発揮します。 Для получения так называемого “самосвязанного” карбида кремния проводят спекание прессовок из SiC и углерода в присутствии кремния。 При этом происходит образование вторичного SiC と перекристаллизация SiC через кремниевый расплав. 5-15% の利益が得られます。 Методом реакционного спекания получают также керамику из SiC, сформованную литьем под давлением. При этом сихту на основе кремния и других веществ смезивают с расплавленным легкоплавким органическим связующим (парафином ) до получения зликерной массы, из которой затем отливают под давлением заготовку. Затем изделие помещают в науглероживающую среду, в которой сначала производят отгонку легкоплавкого緯度 1100 度、最高気温 1100 度です。 В результате реакционного спекания образуются частицы карбида кремния, которые постепенно заполняют исходные 。
最高温度は 1300 °C です。 Реакционное спекание является экономичным процессом благодаря применению недорогого термического 1600 ～ 2000 ℃、1100 ～ 1300 ℃ の温度で使用できます。
Метод реакционного спекания используется в производстве нагревательных элементов из карбида кремния. Электронагревательные сопротивления из карбида кремния представляют собой так называемые термисторы, т.え。 Материалы、меняющие свое сопротивление под влиянием нагрева или охлаждения。 Черный карбид кремния имет высокое сопротивление при комнатной температуре и отрицательный температурный коэффициент сопротивления。 Зеленый карбид кремния имет низкое начальное сопротивление и слабоотрицательный температурный коэффициент,緯度 500 ～ 800 度С に位置します。 Карбидокремниевые нагревательные элёменты (КНЭ) обычно представляют собой стержень или трубку, имеющую среднюю рабочую часть с относительно высоким электрическим сопротивлением («горячая» зона) и выводные («холодные») концы с Солее низким электросопротивлением、которые не нагреваются в процессе эксплуатации печи. Такие выводные концы необходимы для надежного контакта с питающей электросетью, а также для предохраненияあなたのことは、あなたが知っていることです。
Промыленность выпускает два типа нагревательных элементов из карбида кремния: составные нагреватели, получивbolие название карборундовые, имеющие рабочий стержень и два отдельных более коротких контактных вывода в виде और देखें металлом карборундовых стержней, и стержни с утолщенными выводными концами (манжетами) – силитовые нагреватели. Составные карборундовые нагреватели формуют из полусухой массы, состоящей из крупнозернистого порозка зеленого SiC は (1.5%) および жидкого стекла です。 Изделия формуют в картонных чехлах способом порционного трамбования на станках. После отверждения заготовки при 70-80°С картонный чехол выжигается в трубчатой электропечи при температуре 800-850°С。 Силитовые нагреватели формуют экструзией на горизонтальном гидравлическом прессе. Масса состоит из смеси мелкозернистого SiC、сажи (20%) и фенолформальдегидной смолы。 Формуются раздельно рабочая часть и манжеты. Состав манжетной части рассчитан на больбодимость 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 кварцевого песка。 Изделие спекают прямым электротермическим нагревом в специальных печах при пропускании через заготовку тока 80～100℃、40～50分。
При спекании силитовых нагревателей имеющиеся в массе углерод и кремний превращаются во «вторичный» SiC по механизму реакционного спекания в условиях выделения парообразного кремния из засыпки, куда помещают обжигаемыйね。 В качестве засыпки используют смесь из молотого песка, нефтяного кокса и карбида кремния. Эта смесь при температуре 1800-2000°С выделяет парообразный кремний и СО, проникающие внутрь заготовки и реагирующие с твердыми Si и С. Одновременно происходит синтез вторичного карбида кремния путем взаимодействия кремния, содержащегося в зихте,ああ、そうです。
Следует отметить, что реакционное спекание впервые нало свое практическое применение именно в производстве нагревателей изделий из карбида кремния。
SiC を使用することで、SiC を使用することができます。 технологических трудностей и невозможности получать изделия толщиной более нескольких миллиметров он日が経ちます。 нанесения защитных покрытий。 Для этого применяются методы газофазного синтеза SiC из летучих галогенидов кремния и углеводородов или метод термической диссоциации газообразных кремнийорганических соединений。ロシアは、シ из галогенидов необходимо участие в пиролизе газообразного водорода. В качестве углеродсодержащих соединений применяют толуол, бензол, гексан, метан и др. Для промыленного получения карбидокремниевых покрытий более удобен метод термической диссоциации метилхлорсиланов, имеющих стехиометрическое соотноbolание Si:C=1:1。 Пиролиз СН3SiСl3 в водороде приводит к образованию осадка SiC, формирующего покрытие при температурах до 1400°С。
Очень важную роль при образовании пиролитического SiC играет водород. Приссоциации 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 значительно SiC と снижает или полностью прекращает сажеобразование. Процесс взаимодействия трихлорметилсилана с водородом протекает в две стадии. На первоначальной стадии процесса устанавливается нестабильное равновесие, при котором в качестве конденсированной фазы выступают кремний и углерод、а не карбид кремния。 На второй стадии газообразные хлорсиланы и углеводороды, образовавДиеся на первой стадии в концентрациях, отвечающих метастабильному 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 повыгением температуры размер кристаллов растет. 1400°С и низких скоростях осаждения образуются монокристаллы и эпитаксиальные слои SiC. SiC の最高気温 1400 度、最高 1800 度 – 15分。
При 1100-1200°С может образовываться неравновесный твердый раствор со сверхстехиометрическим содержанием атомов углерода, замещающих атомы кремния, что сказывается на уменьгении параметра резетки SiC. С повыbolением температуры отжига до 1300°С или в результате последующего отжига избыточный углерод выделяется Свободном состоянии. При повыbolюдается осаждения и низких давлениях газовой среды наблюдается ориентированный рост Аристаллов и формирование столбчатой структуры。 ?-SiC を使用してください。 5% を達成します。 Скорость роста пиролитического карбида кремния не превылитического карбида кремния не превылитичет 0,5мм/ч. В то же время сравнительно низкие температуры осаждения (1100-1550°С) позволяют совмещать карбидокремниевые Сокрытия слюбыми конструкционными материалами.
Основным недостатком этих покрытий является возникновение остаточных напряжений, вызванное несоответствием температурных коэффициентов линейного раслучая покрытия и подложки (кроме случая нанесения SiC на SiC) иそうです。 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 сどうも。
SiC は、SiC と同じように動作します。 Методом испарения SiC и его последующей сублимации при 2100-2300°С без использования связок и активирующих добавок получают так называемый рекристаллизационный карбид кремния。
Материалы на основе карбида кремния начали применяться значительно раньзе, чем материалы на основе Si3N4, АlN, В4СとВN。 Уже в 20-е годы использовались карбидокремниевые огнеупоры на связке из диоксида кремния (90%SiC+10%SiO2), ав 50-е (75%SiC+25%Si3N4) の品質を保証します。 В настоящее время керамика на основе карбида кремния применяется для изготовления уплотнительных колец для насосов、компрессоров、смесителей、подДипников и гильз для валов、дозирующей и регулирующей арматуры для коррозионных и абразивных сред、деталей двигателей、металлопроводов для жидких металлов。 Разработаны новые композиционные материалы с карбидокремниевой матрицей。 Они используются в различных областях, например в самолетостроении и в космонавтике.
投稿日時: 2018年8月22日