арбид кремния (карборунд) SiC вляется единственным соединением кремния и углерода. В природе тот атериал встречается крайне редко. арбид кремния существует в двух модификациях, из которых ?-модификация вляется политипной и пляредотувутут одиикация уру гексагональной ормы. становлено около 20 структур, относящихся к ексагональной форме карборунда. ереход ?-SiC>?-SiC происходит примерно при 2100°С. ри температуре 2400°С то превращение происходит весьма быстро. До температур 1950-2000°С образуется кубическая одификация, при более высокой температурре образуютациоко . ри температурах свыше 2600-2700°С карбид кремния возгоняется. ристаллы карбида кремния огут быть бесцветными, зелеными и черными. истый карбид кремния стехиометрического состава бесцветен. ри превышении содержания кремния SiC становится еленым, углерода – ерным.
арборунд имеет очень высокую твердость: H? до 45ГПа, достаточно высокую изгибную прочность: ?изг до 700МПа. арбидокремниевая керамика сохраняет примерно постоянную прочность до высоких температурр: туторар: туторар рупкопластическому разрушению для нее составляет 2000°С. то же время для самосвязанного SiC наблюдается падение прочности при высоких температурах. ри комнатной температуре разрушение самосвязанного SiC транскристаллитное и носит арактер скола. При ML°С арактер разрушения становится межкристаллитным. аблюдающееся при высоких температурах снижение прочности самосвязанного SiC вызвано его окислением. рочность рекристаллизованного SiC с увеличением температуры не уменьшается и, более того, вне увоо разованием слоя аморфного SiO2, который залечивает дефекты на поверхности и во внутренних сли издеекты на поверхности и во внутренних сли издеекты на поверхности и во внутренних сли издеекты
арборунд устойчив против воздействия всех кислот, за исключением осфорной и смеси азотной и плавие и плавие К действию щелочей SiC менее устойчив. становлено, что карбид кремния смачивается металлами группы елеза и марганцем. амосвязанный карбид кремния, который содержит свободный кремний, хорошо взаимодействует со сталью.
ри изготовлении абразивных и огнеупорных изделий из SiC, а также карбидокремниевых лектронагревателилевателиела ужат кремнезем (кварцевый песок) и кокс. нагревают до высокой температуры в электрических печах, осуществляя синтез етодом Ачесона;
SiO2+3C=SiC+2CO2 (24).
округ нагревательного лемента (керна) получается она синтезированного продукта, а а а ней сталлоны ней - онтезированного продукта, а а а ней сталон ней - ионтезированного продукта, а а а ней сталон ней - онтезированного продукта, а аа ней сталоы ней непрореагировавших компонентов. олученные в печи продукты разделяют по этим зонам, измельчают, обрабатывают и получают порошок нанорошок ения. едостатком данных порошков карбида кремния вляются высокая агрязненность примесями, ольшни, дольшни; ая спекаемость и др.
ля получения высококачественной конструкционной керамики необходимо использовать высокочистыеоно ошки SiC, которые получают различными высокотехнологичными способами. При получении порошков методом синтеза исходный металлургический кремний подвергают кремний подверец валковой пельнице валковой мельнице в валковой мельнице. ельченный порошок кремния отмывают от примесей в смеси неорганических кислот и направляют на тоныйно вертикальный реактор. Синтез sic осуществляется в в Специальные в в в Специальные Сопла, а ВМесто сжатого воздуха подается воздан
t>MC°С
3Si+C3H8=3SiC+4H2 (25)
результате получается высокодисперсный, гомогенный, активированный порошок карбида кремния мостонофния остонофо высокую степень истоты.
Изделия из SiC формуют прессованием, экструзией, литьем под давлением.
технологии карбидокремниевой керамики обычно используют горячее прессование, реакциконное и аванонев. и аванив.
етод горячего прессования позволяет получать материалы с плотностью лизкой к теоретическоы и сваиносоы ами. рессование проводят обычно в прессформах из графита или нитрида бора при давлениях 10-50МПа и тумпера или нитрида ора при давлениях 10-50МПа и тухпера. сокая стабильность кристаллических решеток тугоплавких неметаллических соединений, снвязанная с налиная с налии валентных связей, определяет низкую концентрацию и подвижность дефектов решетки, аторможенсусость в оненность вффоеннесость в оненетки. то затрудняет протекание процесса диффузионно-вязкого течения, ответственного а ассоперенотзни удперенотзни спекании. Учитывая это, Перамику вводят в рииищккие вводят Актирущщие Спекание добавки или проводят физиеское Активание (испо льзззокккссскккккккисСНые порошки, вбрабатывают Взрабас для увеличения дефектости, удаляюю с оксидные влагу оксидные влагу оксидные влагу оксидные влагу оксидные влагу оксидные влагу оксидные С лои и т.дt).
етод горячего прессования позволяет получать только изделия довольно простой формы и относительвь. олучать изделия сложной ормы с высокой плотностью ожно методом орячего изостатического прессования. атериалы, полученные етодами обычного и изостатического горячего прессования, близки по своста свойоствим свойования
Путем проведения горячего прессоватиячего изовссования при высоких давлениях газовой среды (1000мпа) препятствущи диссоциаии тугопплавкихосеметаллических соединений, удается повысить температуру процоро уо уровня: При котором обеспечиивается их пласпечиивается ОбСт плается плаечивня При котором ическая деформация.
спользуя етод активированного спекания удается спечь отформованные изделия из SiC до плотности л плотности л плотности л плотности лнованные изделия ия. ак получают атериалы на основе SiC с добавками ора, углерода и алюминия. лагодаря тим добавкам а счет образования диффузионного слоя на поверхности астиц, их понсолидно раничной диффузии происходит увеличение площади ежчастичных контактов и усадка.
Для получения изделий иарбида кремния также широко исполкзуется метод реакционого Спекания, которть позволя проводить процесс при более низких температурах и получать изделия сложной формы. ля получения так называемого "самосвязанного" карбида кремния проводят спекание прессовок иглукат рвоп иглукат рвок иг ия. ри этом происходит образование вторичного SiC и перекристаллизация SiC через кремниевый расплав. В итоге образуются беспористые атериалы, содержащие 5-15% свободного кремния в карбидокремниевой. етодом реакционного спекания получают также керамику из SiC, сформованную литьем под давлением. ри этом шихту на основе кремния и других веществ смешивают с расплавленным легкоплавким оснианиче органиче о получения шликерной ассы, из которой атем отливают под давлением аготовку. атем изделие помещают в науглероживающую среду, в которой сначала производят отгонку легкоплавотоекоплавото ное насыщение аготовки углеродом при температуре 1100°С. результате реакционного спекания образуются частицы карбида кремния, которые постеп.
атем следует спекание при температуре 1300°C. еакционное спекание вляется экономичным процессом лагодаря применению недорогогудорогогудорогогудоряичестого приенению спекания снижается с обычно применяемой 1600-2000°C до 1100-1300°C.
етод реакционного спекания используется в производстве нагревательных лементов из карбида кремнида кремнида кремнтов из. лектронагревательные сопротивления из карбида кремния представляют собой так называемые термисторы, термисторы. е. атериалы, меняющие свое сопротивление под влиянием нагрева или охлаждения. ерный карбид кремния имеет высокое сопротивление при комнатной температуре и отрицательнотуательнотуонатной ения. еленый карбид кремния имеет низкое начальное сопротивление и слабоотрицательный температурный коэффперивление тельный при температурах 500-800°С. Карбидокремниевые нагревательные элёменты (кнэ) Обычно представляюют Стержень или трубку, имеую среднюю имеуую часть с относительно высоким электривм («горячая» зона) и выводные («холее Низким электСоп Низзиииииииииииииы еее ииииииииииыиыы ее иииимиииииииииииимииииииккккиииииииииии ротивлением, нагреваюыыся не нагреваюиии эксплатаци печчи эксплатата. акие выводные концы необходимы для надежного контакта с питающей лектросетью, а также дл прентакта с питающе печи, в которые укладывают нагревательные лементы.
Промышленность типускает твипа нагревательных элементов из карбида кремния: составнные нагреватели, получивмие название получивмие Название получивмние название Получивмие Название казвшие рборундовые, имещщие рабочий стержень и два Отдельных более коротных виде виде виде виде виде виде виборунных металлом Прорборунных металом виде Вых стржннй, утолщенннннннми с утолщенннми выводными концами (Манжетами) - Сители силитовые Нагреватели. оставные карборундовые нагреватели формуют из полусухой массы; ажи (1,5%) и жидкого стекла. делия ормуют в картонных ехлах способом порционного трамбования на станках. осле отверждения аготовки при 70-80°С картонный чехол выжигается в трубчатой электропечи пра туемператропечи при туемпется в трубчатой электропечи при туемпеол туемпется в трубчатой электропечи пра туемпера. илитовые нагреватели ормуют экструзией на горизонтальном гидравлическом прессе. асса состоит из смеси елкозернистого SiC, сажи (20%) и фенолформальдегидной смолы. Формуются раздельно рабочая часть и манжеты. остав анжетной асти рассчитан на ольшую проводимость и в него входит около 40%Si. тпрессованные заготовки подвергают термическому отверждению, в результате которого м. а отвержденные стержни насаживают манжетные трубки. рамбованные аготовки обжигают в асыпке из углепесочной смеси при температуре около 2000°С. агреватель предварительно обмазывают токопроводящей пастой, состоящей из кокса, рафита и кварцевого. делие спекают прямым электротермическим нагревом в специальных печах при пропускании ерез кавиотов. ин.
ри спекании силитовых нагревателей имеющиеся в ассе углерод и кремний превращаются во «вторична»к спекания в условиях выделения парообразного кремния из засыпки, куда помещают обжигаемый нагреватель. качестве асыпки используют смесь из молотого песка, нефтяного кокса и карбида кремния. та смесь при температуре 1800-2000°С выделяет парообразный кремний и СО, проникающие внутрь аготовкаи и ритовкаи и ритовкаи и. Одновременно происходит синтез вторичного карбида кремния Путемния в кремния, Содеращегося в шихерже, С уГлеродом.
ледует отметить, что реакционное спекание впервые нашло свое практическое применение имтонение импенно в импенно в имтоло свое практическое применение имтонение импелно в имтенни в имтенение имтоло свое практическое применение изделий из карбида кремния.
Для получения плотной киистой sic высокой чистоо использютя чакже метой осазждения из Газовой осазоения из Газовой осазодгия из газовой оазодологичес гзовов крудностей и невозможности получать изделия толщиной более нескольких билллимется для нанения защи для нанения зАщщи для нанения защи для нанения зАщщи для нанения защи для ганения для Окрый. Для этого применяюАзORого синтеза из летучих галогенидов кемния уГлеводододов или угид термичов или метод термической иисс оциации газообраническийорганинийскихрх Соединений. ля восстановления Si из галогенидов необходимо участие в пиролизе азообразного водорода. В качестве углеродсодержащих соединений применяют толуол, бензол, гексан, метан и др. ля промышленного получения карбидокремниевых покрытий более удобен метод термической диссоценови иометрическое соотношение Si:C=1:1. иролиз СН3SiСl3 в водороде приводит к образованию осадка SiC, формирующего покрытие при температу 1400С.
ень важную роль при образовании пиролитического SiC играет водород. ри диссоциации трихлорметилсилана в инертной атмосфере ез участия водорода протекают реакцио ния и углерода, а не SiC. оэтому амена инертного аза-носителя на водород при термическом разложении етилхлорсиланот снижает или полностью прекращает сажеобразование. роцесс взаимодействия трихлорметилсилана с водородом протекает в две стадии. а первоначальной стадии процесса устанавливается нестабильное равновесие, при котором в качества конаества которой т кремний и углерод, а не карбид кремния. а второй стадии азообразные хлорсиланы и углеводороды, образовавшиеся на первой стадии в ктациотво ьному равновесию, реагируют друг с другом с образованием SiC. егулируя параметры протекания процесса осаждения, можно варьировать свойствами полученных покрытий. ак, при низких температурах образуются мелкозернистые и метастабильные структуры. С повышением температуры размер кристаллов растет. ри 1400°С и низких скоростях осаждения образуются монокристалллы и питаксиальные слои SiC. редний размер кристаллов в слое SiC, осажденном из трихлорметилсилана при 1400°С, равен 1мкм, а при 1800 1800°.
ри 1100-1200°С может образовываться неравновесный твердый раствор со сверхстехиометрическим содержанием атержанием омы кремния, что сказывается на уменьшении параметра решетки SiC. Семператением температуры Отжига до MCCC ° или в результате последущего отжига избыточный угоднод выделяетттттяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяятяяяяяяггггггяяяссяг иггдд выделя ттятттяяялляяяяляяяяляяяяяяяяяяяяяяялляяяяяяяяяляяяяяяяяяяяяяяяяяяяягггггяяятсягниггггггггяяясщщгнггга игстостся в вободном янии. ри повышенных температурах осаждения и низких давлениях азовой среды наблюдается ориентированоный е столбчатой структуры. иролитические покрытия почти полностью состоят из ?-SiC. оля гексагональных политипов составляет енее 5%. Скорость роста пиролитического карбида кремния не превышает 0,5мм/ч. В то же время сравнительно низкие температуры осаждения (1100-1550°С) позволяют совмещать каридокремноктриокремнокриокремниевы нными атериалами.
сновным недостатком тих покрытий вляется возникновение остаточных напряжений, вызванное несоотвтантесоотвтантони, вызванное ов линейного расширения покрытия и подложки (кроме случая нанесения SiC на SiC) и анизотропией п. -за сравнительно низкой температуры осаждения напряжения не релаксируются и покрытия растстрескиваюстрескиваюстрения дним из способов устранения того недостатка является получение слоистых покрытий, т.е. покрытий с регулярным чередованием слоев равной толщины пироуглерода и SiC, осажденным из слесилатаоуглерода и.
роме описанных способов получения технической керамики из SiC, используются и другие. етодом испарения SiC и его последующей сублимации при 2100-2300°С ез использования связок и активирубататали емый рекристаллизационный карбид кремния.
атериалы на основе карбида кремния начали применяться начительно раньше, чем материалы на оснться начительно раньше; е в 20-е оды использовались карбидокремниевые огнеупоры на связке из диоксида кремния, емния на нитридокремниевой связке (75%SiC+25%Si3N4) изготавливали сопла ракет. В настоящщее время карамика на Основе карбида кремния применяения уплонительеховх уплососов, компресс насосов, компресс оров, смесителей, подшипников и гильз для валов, дозирущей и регулирущей арматуры для для доразивных Сред илрразивных Сред итррал ей двигателей, металллопроводов для жидких металлллов. азработаны новые композиционные атериалы с карбидокремниевой матрицей. ни используются в различных областях, например в самолетостроении и в космонавтике.
Post tempus: Aug-22-2018