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 прлядс туру гексагональной формы។ Установлено около 20 структур, относящихся к гексагональной форме карборунда. Переход ?-SiC>?-SiC происходит примерно при 2100°С។ При температуре 2400°С это превращение происходит весьма быстро. До температур 1950-2000°С образуется кубическая модификация, при более высокой температуре обра зугнетературе обра зугнетературе បាកគី។ При температурах свыше 2600-2700°С карбид кремния возгоняется។ Кристаллы карбида кремния могут быть бесцветными, зелеными и черными។ Чистый карбид 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។ Карбидокремниевая керамика сохраняет примерно постоянную прочность до высоких температур: тегрро прате хрупкопластическому разрушению для нее составляет 2000°С។ В 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. Прочность рекристаллизованного SiC с увеличением температуры не уменьшается и, более того, возможно , 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 плавиков 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 , ужат кремнезем (кварцевый песок) និង 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 книта рореагировавших компонентов ។ Полученные в печи продукты разделяют по этим зонам, измельчают, обрабатывают и получают пкаоробиник ния Недостатком данных порошков карбида кремния являются высокая загрязненность примесями, большое, большое примесями, большое сриж содер хая спекаемость и др ។
Для получения высококачественной конструкционной керамики необходимо использовать высокочистыге, гномокочистыге, гномокочистыге, порошки SiC, которые получают различными высокотехнологичными способами ។ При получении порошков методом синтеза исходный металлургический кремний подвергают дробловонию и помом подвергают дробловонию и помом лькь Измельченный порошок кремния отмывают от примесей в смеси неорганических кислот и направляют на тонкиль и អិលអិល។ Синтез SiC осуществляется в реакторе подачей Si в специальные сопла, а вместо сжатого возднуха подает
t> 1100 ° C
3Si+C3H8=3SiC+4H2 (25)
В результате получается высокодисперсный, гомогенный, активированный порошок карбида кретенный монофра й высокую степень чистоты។
Изделия из SiC формуют прессованием, экструзией, литьем под давлением.
В технологии карбидокремниевой керамики обычно используют горячее прессование, реакционное и кактивнир ованир.
Метод горячего прессования позволяет получать материалы с плотностью близкой к теоретичесхкой и си ណាមី។ Прессование проводят обычно в прессформах из графита или нитрида бора при давлениях 10-50МПа и тер70пар. Высокая стабильность кристаллических решеток тугоплавких неметаллических соединений, связанная с налединений, связанная с налезанная овалентных связей, определяет низкую концентрацию и подвижность дефектов решетки, заторможенность Это затрудняет протекание процесса диффузионно-вязкого течения, ответственного за массоперефнос и у плетреного ស៊ី។ Учитывая это, перед прессованием в керамику вводят активирующие спекание добавки или проводят финиречи т ультрадисперсные порошки, обрабатывают их взрывом для увеличения дефектности, удаляют с пклтер хно т.д.)
Метод горячего прессования позволяет получать только изделия довольно простой формы и относительно простой формы и относительно Получать изделия сложной формы с высокой плотностью можно методом горячего изостатического прячесова Материалы, полученные методами обычного и изостатического горячего прессования, близки по свойста
путемпроведениягорятичегоизосссссованичпривысокияпривысокияприазовойсреды (1000мма), препятствующихдреятихиссоциациациацисоциациацисоциациациациацихиацисоциациацихиии ទោះជាយ៉ាងណា, неметалличединий, удаетсховыситьовыситьовыссссстурупроцессссатурупроцесссссатуратурупроцесссссатуровня, прикоторомобовноромобиоромобиваетаетаетаетаетаетаетаетаетаетсяделасти ческаядеформаця។
Используя метод активированного спекания удается спечь отформованные изделия из SiC до плотности свлиниле. 9 Так получают материалы на основе SiC с добавками бора, углерода и алюминия. Благодаря этим добавкам за счет образования диффузионного слоя на поверхности частиц, их консолиния запириния чной диффузии происходит увеличение площади межчастичных контактов и усадка.
Для получения изделий из карбида кремния также широко используется метод реакционного спекания, кпорорте, есс при более низких температурах и получать изделия сложной формы. Для получения так называемого “самосвязанного” карбида кремния проводят спекание прессовом из SiC и увиля родата При этом происходит образование вторичного SiC и перекристаллизация SiC через кремниевый расплав. В итоге образуются беспористые материалы, содержащие 5-15% свободного кремния в карбидокремнитрицай. Методом реакционного спекания получают также керамику из SiC, сформованную литьем под давлением ។ При этом шихту на основе кремния и других веществ смешивают с расплавленным легкоплавким офнмпмощисяким получения шликерной массы, из которой затем отливают под давлением заготовку. Затем изделие помещают в науглероживающую среду, в которой сначала производят отгонку легкоплавкягогонку легкоплавкяго ное насыщение заготовки углеродом при температуре 1100°С។ В результате реакционного спекания образуются частицы карбида кремния, которые постепенно заполняют.
សីតុណ្ហភាព 1300 អង្សារសេ។ Реакционное спекание является экономичным процессом благодаря применению недорогого термичебскоя опермического кания снижается с обычно применяемой 1600-2000°C ទៅ 1100-1300°C ។
Метод реакционного спекания используется в производстве нагревательных элементов из карбида кремния. Электронагревательные сопротивления из карбида кремния представляют собой так называемые термисторы, т. е. материалы, меняющие свое сопротивление под влиянием нагрева или охлаждения. Черный карбид кремния имеет высокое сопротивление при комнатной температуре и отрицатель темнатель темпрератриницернат . Зеленый карбид кремния имеет низкое начальное сопротивление и слабоотрицательный температурный коэффициелть коэфойциент កំដៅ 500-800 អង្សាសេ។ карбремниевыенагревательныеыёнменты (кёнстателяноебыынопредстателяюеньстерженьилитрубьу, ирубку, оонием(опротривлением («горяротием («горяротием («горяа)ы (»оводные («холодные»)) ротивлением, которыенененагреваютсявксессссексплуатациипечи។ Такие выводные концы необходимы для надежного контакта с питающей электросетью, а также для пранией от некже для претнох печи, в которые укладывают нагревательные элементы។
Промышленность выпускает два типа нагревательных элементов из карбида кремния: составные нагревателири на поставные нагреватели на швока , имеющие рабочий стержень и два отдельных более коротких контактных вывода в виде пропитанканылх ме пропитанканылх និង стержни с утолщенными выводными концами (манжетами) – силитовые нагреватели. Составные карборундовые нагреватели формуют из полусухой массы, состоящей из крупнозернистого порлошка (1,5%) និង жидкого стекла ។ Изделия формуют в картонных чехлах способом порционного трамбования на станках. После отверждения заготовки при 70-80°С картонный чехол выжигается в трубчатой электропечи при ° Сурам 8 Силитовые нагреватели формуют экструзией на горизонтальном гидравлическом прессе. Масса состоит из смеси мелкозернистого SiC, сажи (20%) និង фенолформальдегидной смолы។ Формуются раздельно рабочая часть និង манжеты។ Состав манжетной части рассчитан на большую проводимость и в него входит около 40%Si ។ Отпрессованные заготовки подвергают термическому отверждению, в результате которого смола полимеризует. 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 квгорцер Изделие спекают прямым электротермическим нагревом в специальных печах при пропускании чере з загот в 0 0 т. 50 នាទី
При спекании силитовых нагревателей имеющиеся в массе углерод и кремний превращаются во «вторичный» SiC екания в условиях выделения парообразного кремния из засыпки, куда помещают обжигаемый нагреватель. 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 звазный кремний и СО, проникающие внутрь звагрь ស៊ី និង ស៊ី. Одновременно происходит синтез вторичного карбида кремния путем взаимодействия кремния, содержаще, содержаще, содержащегос
Следует отметить, что реакционное спекание впервые нашло свое практическое применение именно в произ вогрийте из карбида кремния ។
Для получения плотной керамики из SiC высокой чистоты используют также метод осаждения из газокой зизой, трудностей и невозможности получать изделия толщиной более нескольких миллиметров он применятя на си й. Для этого применяются методы газофазного синтеза SiC из летучих галогенидов кремния и углеводоро ди циации газообразных кремнийорганических соединений ។ 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 удобен метод термической диссоцилетии техиометрическое соотношение Si:C=1:1 ។ Пиролиз СН3SiСl3 в водороде приводит к образованию осадка SiC, формирующего покрытие при температ у 0.
Очень важную роль при образовании пиролитического SiC играет водород ។ При диссоциации трихлорметилсилана в инертной атмосфере без участия водорода протекают реакбрини, продорода протекают реакбрини, я продорода я и углерода, а не SiC ។ Поэтому замена инертного газа-носителя на водород при термическом разложении метилхлорсилохонов зльначи т жает или полностью прекращает сажеобразование. Процесс взаимодействия трихлорметилсилана с водородом протекает в две стадии. На первоначальной стадии процесса устанавливается нестабильное равновесие, при котором ов в качействе пают кремний и углерод, а не карбид кремния ។ На второй стадии газообразные хлорсиланы и углеводороды, образовавшиеся на первой стадии в коницент ильному 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 повышением температуры размер кристаллов растет. При 1400°С и низких скоростях осаждения образуются монокристаллы и эпитаксиальные слои SiC. Средний размер кристаллов в слое SiC, осажденном из трихлорметилсилана при 1400°С, равен 1мкм, 15°С
При 1100-1200°С может образовываться неравновесный твердый раствор со сверхстехиометрическим лоде сверхстехиометрическим лоде щающих атомы кремния, что сказывается на уменьшении параметра решетки SiC ។ С повышением температуры отжига до 1300°С или в результате последующего отжига избыточной углеволя вы អ៊ីស៊ី។ При повышенных температурах осаждения и низких давлениях газовой среды наблюдается ориентировановный рострост лбчатой структуры។ Пиролитические покрытия почти полностью состоят из ?-SiC ។ Доля гексагональных политипов составляет менее 5% ។ Скорость роста пиролитического карбида кремния не превышает 0,5мм/ч ។ В то же время сравнительно низкие температуры осаждения (1100-1550°С) позволяют совмещать карбидокры ним струкционными материалами។
Основным недостатком этих покрытий является возникновение остаточных напряжений, вызванное нехоответртст нтов линейного расширения покрытия и подложки (кроме случая нанесения SiC на SiC) и анизотропией 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, осажденнмм из смеси хлорнеси
Кроме описанных способов получения технической керамики из SiC, используются и другие. Методом испарения SiC និង его последующей сублимации при 2100-2300°С без исполь зования связок и активи руполь зования связох и активи называемый рекристаллизационный карбид кремния.
Материалы на основе карбида кремния начали применяться значительно раньше, чем материалы на основе Si3Nи, Аl Уже в 20-е годы использовались карбидокремниевые огнеупоры на связке из диоксида кремния (90%SiC + 10%Si а кремния на нитридокремниевой связке (75%SiC+25%Si3N4) изготавливали сопла ракет។ внастоящеерамиканаосновекасяпрбияпримнияпримнияпримнияпримняетсяднаотовленияулотнияулотнителенияулотнителецдлянасосов, компресс оов, смесителей, подшипниковनильзвалов, дозирующейрезалирующейарматурыдлямионыыразивныысред, деталей вигателей, металлопроводовдляжидихиталлов។ Разработаны новые композиционные материалы с карбидокремниевой матрицей. Они используются в различных областях, например в самолетостроении и в космонавтике.
ពេលវេលាផ្សាយ៖ ថ្ងៃទី ២២ ខែសីហា ឆ្នាំ ២០១៨