Карбид кремния (карборунд) SiC является единственным соединением кремния и углерода. В природе этот материјал встречается крайне редко. Карбид кремния существует в двух модификациях, из которых? Установлено около 20 структур, относящихся к гексагональной форме карборунда. Переход ?-SiC>?-SiC გამოითვლება მაგალითად 2100°С. При температура 2400°С это превращение происходит весьма быстро. До температур 1950-2000°С образуется кубическая модификация, при более высокой температура образуются гексагональные მოდიფიკაცია. При температурах свыше 2600-2700°С карбид кремния возгоняется. Кристаллы карбида кремния може быть бесцветными, მწვანეыми და черными. Чистый карбид кремния стехиометрического состава бесцветен. При превышении содержания кремния SiC становится зеленым, углерода – черным.
Карборунд имеет очень высокую твердость: ჰ? მდე 45ГПа, достаточно высокую изгибную прочность: ?изг до 700МПа. 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 за самосвязанного SiC наблюдается падение прочности при высоких ტემპერატურაх. При комнатной температура разрушение самосвязанного SiC транскристаллитное и ატარებს характер скола. При 1050°С характер разрушения становится межкристаллитным. Наблюдающееся при высоких ტემპერატურაх снижение прочности самосвязанного SiC вызвано его окислением. მაღალი ხარისხის SiC ტემპერატურული ტემპერატურული ტემპერატურით არ არის შემცირებული და, უფრო მეტიც, ეს შეიძლება იყოს უცვლელი, შეუძლებელი იყოს განათლების სიტყვის აორფნოგო SiO2, რომელიც არღვევს დეფექტებს ზემოქმედების გამო.
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) და კოქსი. 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 ниской чистоты и непрореагировавших კომპონენტები. Полученные в печи продукты разделяют по этим зонам, измельчают, обрабатывают и пулчают 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, колкые получают различными высокотехнологичными спотови. 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 специјальный вертикальный реактор. Синтез SiC осуществляется в реакторе подачей Si სპეციალიზებული სოპლა, და ჩართულია ჰაერი, რომელიც მხარს უჭერს პროპანს:
t>1100°С
3Si+C3H8=3SiC+4H2 (25)
В результате получается высокодисперсный, гомогенный, активен, активен порошок карбида кремния монофракционного состава, имеющий высокую ხარისხიь чистоты.
Изделия из SiC формуют прессованием, экструзией, литьем под давлением.
В технологии карбидокремниевой керамики обычно используют горячее прессование, 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 ტემპერატურაх 1700-2000°С. Высокая стабильность кристаллических решеток тугоплавких неметаллических соединений, связанная со наличием жестких направленных ковалентных не связей, определяет низкую концентрацию все. ეს არის პროცესის პროტეკა დიფფუზიონო-вязкого течения, ответственного за массоперенос и уплотнение при твердофазном спекании. Учитывая это, перед пресованием в керамику вводят активна спекание добавки или проводят физическое активирование ные слои и т.д.).
Метод горячего прессования позволяет получать только изделия довольно простой формы и относительно небольших размеров. გამოაქვეყნეთ слободная формы со высокой плотностью можно методом горячего изостатического прессования. Материалы, полученные методами обычного и изостатического горячего прессования, близки по своим свойствам.
Путем проведения горячего изостатического прессования при высоких давлениях газовой среды (1000МПа), х пластическая деформация.
ამოღებული მეთოდი ააქტიურებს სპეციფიურ მეთოდს. Так получают материјали на основе SiC со добавками бора, углерода и алюминия. ცალსახა ფორმულირებადი დიფფუზიური სიტყვის დადასტურება, და კონსოლიდაცია და უკუმიმართულება ზემო საზღვრებს შორის დიფფუზიების გამო.
Для получения изделий из карбида кремния также широко используется метод реакционного спекания, который позволяет проводить процесс при болееких ტემპერატურაх и получать изделия сложной формы. Для получения так называемого „самосвязанного“ карбида кремния проводят спекание прессовок из SiC და углерода в присутствии кремния. При этом происходит განათლება вторичного SiC და პრეკრისტალიზაციის SiC через кремниевый расплав. В итоге образуются беспористые материјали, содержащие 5-15% свободного кремния карбидокремниевой матрице. Методом реакционного спекания получают также керамику из SiC, сформованную литьем под давлением. თუ ეს ყველაფერი ცალსახა კრემშია და სხვათა შორის, ჩვენ ვცვლით მართლზომიერებებს. Затем изделие помещают в науглероживающую среду, в которой сначала отгонку легкоплавкого связующего, а затем сквозное насыщение заготовки углеродом при температура 110. В результате реакционного спекания образуются частицы карбида кремния, которые постепенно заполняют исходные поры.
ტემპერატურა 1300°C-ზე დაბალია. Реакционное спекание является экономичным процессом благодаря применению недорогого термического оборудования, ტემპერატურული სპეციფიკა დაბალია 1600-2000°C-დან 1100-1300°C-მდე.
Метод реакционного спекания используется в პროდუქცია нагревательных элементов из карбида кремния. Электронагревательные сопротивления из карбида кремния представляют собой так называемые термисторы, т. ე. მასალა, меняющие свое сопротивление под влиянием нагрева или охлаждения. Черный карбид кремния имеет высокое сопротивление при комнатной температура и отрицательный температурный коэффициент сопротивления. Зеленый карбид кремния имеет ниское начальное сопротивление и слабоотрицательный температурный коэффициент, переходящий в положительный при ტემპერატურაх 500-800°С. Карбидокремниевые нагревательные элёменты (КНЭ) обычно представи собой стержень или трубку, имеющую среднюю рабочую часть со относительно высоким электрическим сопротивлением («въехоя») არის მცირე ელექტროსოპროტიულემი, რომელიც არ არის შერეული პეჩის ექსპლუატაციის პროცესში. ეს არ არის საჭირო საიმედო კონტაქტის ელექტროენერგიის მიწოდებისთვის, რომელიც მიზნად ისახავს სტენოკის დაშლას, რომელიც არღვევს სტიმულს.
Промышленность выпускает два типа нагревательных элементов из карбида кремния: стержни со утолщенными выводными концами (манжетами) – силитовые нагреватели. Sonic Carborundovыe nagrevatel formuyut из полусухой массы, состоящей из крупнозернистого порошка зеленого SiC со добавками сажи (1,5%) და жидкого стекла. Изделия формуют в картонных чехлах способом порционного трамбования на станках. ბოლო отверждения заготовки при 70-80°С картонный чехол выжигается в трубчатой электропечи და ტემპერატურა 800-850°С. Силитовые нагреватели формуют экструзией на горизонтальном гидравлическом прессе. Massa შედგება од смеси мелкозернистого SiC, საжи (20%) და фенолформальдегидной смолы. Формуются раздельно рабочая часть и манжеты. 40%Si. შეკუმშვა თერმიესკოუ отверждению, в результате которого смола полимеризуется. На отвержденные стержни насаживают манжетные трубки. Трамбованные заготовки обжигают в засыпке из углепесочной смеси при температура около 2000°С. Нагреватель предварительно обмазывают токопроводящей пастой, состоящей из кокса, графита и кварцевого песка. გამოშვება სპეკაют прямым электротермическим нагревом в специјалциях печах при пропускании через заготовку тока 80-100А течение 40-50 წთ.
При спекании силитовых нагревателей имеющиеся в массе углерод и ный превращаются во «вторичный» SiC по механизму реакционного спекания в условиях выделения парообразного кремния из засгрем, куда помещаются. В качестве засыпки используют смесь из молотого песка, нефтяного кокса и карбида кремния. Эта смесь при температура 1800-2000°С განსაზღვრავს парообразный кремний и СО, проникающие внутрь заготовки и реагирующие со твердыми Si და 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 Производство нагревателей и изделий из карбида кремния.
Для получения плотной керамики из SiC высокой чистоты несеользуют также метод осаждения из газовой фазы, но из-за технологических трудностей и შეუძლებელია получать изделия толщиной болех залее итн. покрытий. მეთოდის გაზების სინთეზა SiC-დან ლაქების კრემებით და გლევოდოროდებით ან მეთოდით თერმული დისსოციაციის გაზების ფორმულით კრემიანი ორგანოებით. 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 вообичаен მეთოდი термической დისსოციაციების მეთილჰლორსილანოვი, დასახელება სტეჰიომეტრიული სინქრონიზაცია Si:C=1:1. Пиролиз СН3SiСl3 в водороде приводит к образованию осадка SiC, ფორმებიрующего покрытие при ტემპერატურაх 1400°С-მდე.
Очень важную роль при образовании пиролитического SiC играет водород. Припадия трихлорметилсилана в инертной атмосфере без участия водорода протекают реакции, приводящие к образованию кремния и углерода, а не SiC. იმის გამო, რომ დაზოგავს ინერტული გაზის გაზს და თერმულ განთავსებას მეთილხლორსილანოვი, რაც მნიშვნელოვნად უწყობს ხელს SiC-ს შემოსვლას და ანელებს ან ძლიერდება. Процесс взаимодействия трихлорметилсилана с водородом протекает в две стадии. პირველი სტადიის პროცესზე, რომელიც არ არის სტაბილიზირებული, რადგან ის არ არის კარბიდ კრემი. მეორე სტადიის გაზზე და უგლევოდოროდში, სწავლება პირველ სტადიებზე კონცენტრაციებში, ზეწოლა მეტასტაბილინომუ რავნოვესიю, სხვათა სხვასთან ერთად განათლებამ SiC. Регулируя параметры протекания процесса осаждения, შესაძლებელია განსხვავდებოდეს საკუთარი შესაძლებლობები. Так, при низких температурах образуются мелкозернистые и metastabilьные структуры. С повышением температуры размер кристаллов растет. При 1400°С და დაბალი, უახლოესი, ფორმულირებადი მონოკრისტალური და эпитаксиальные слои SiC. Средний размер кристаллов в слое SiC, осажденном из трихлорметилсилана 1400°С, 1მკმ, და 1800°С – 15მკმ.
При 1100-1200°С შეიძლება образовываться неравновесный твердый раствори сверхстехиометрическим содержанием атомов углерода, замещающих атомы кремния, что сказывается на умень. С температуры отжига 1300°С-მდე ან შედეგია ბოლო ჟამის გაცემის შედეგად. При повышенных температурах осаждения и ниских давлениях газовой среды наблюдается ориентированный рост кристаллов и ფორმებიрование столбчатой структуры. Пиролитические покрытия почти полностью состоят из ?-SiC. Доля гексагональных политипов შეადგენს 5%. Скорость роста пиролитического карбида кремния не превышает 0,5мм/ч. ამ შემთხვევაში, დაბალი ტემპერატურაა (1100-1550°С)
Основниным недостатком этих покрытий является возникновение остаточных напряжений, вызванное несоответствием температурных коэффициентов линейного расширения покрытия икрые искрияки) 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 хлорметилана со метаном.
Кроме описанных способов получения технической керамики из SiC, используются и другие. Методом испарения SiC და მას შემდეგ სუბლიმაციები 2100-2300°С-ის გარეშე.
მასალები онове карбида кремния начали применяться значајно раньше, чем материјали основе Si3N4, АlN, В4С и ВН. 20-ე წლის განმავლობაში გამოიყენებოდა 20-ე წლის განმავლობაში, შეტევა სვязке од диоксида кремния (90%SiC+10%SiO2), და 50-e 50-ე წლის განმავლობაში, 50-ე წლის განმავლობაში, 50-ე წლის განმავლობაში, нитридокремниевой связке (74%S) В настоящее время керамика на основе карбида кремния применяется для изготовления уплотнительных колец для насосов, компресоров, смесителей, подшипников и гильз для валов, дозирюльный армасовей и зивных сред, деталей двигателей, металлопроводов для жидких металлов. Разработаны новые композиционные материјали со карбидокремниевой матрицей. Они используются в различных областях, მაგალითად, в самолетостроении и в космонавтике.
გამოქვეყნების დრო: Aug-22-2018