Карбид кремния (карборунд) Sic является единственннным иГленением кремния и уГлерода. В природе этот материал Встречается крайне редко. Карбид кремния в ввух Модик.comкиях, из которыхс? -Модикация являетстося полипной иедставляет собой сложную гексагональной гормы. Установлено около XX структур, Относящихся гексагональной форме карборуна. Переход? -Sic>? - Sic Происходит Примерно при MMC ° п. При температуре MMCD ° с превращение происхродит весьма быстро. До температур 1950-2000 ° С Образуется кубическая Модикация, пбллее высокой темпеатуре Образуются гексагональные Модиккации. При температурах Свыше 2600-2700 ° С карбид кремния Возгоняется. Кристаллллллллллллллллда кремния могут быть бесцВеНыными, зелеными иерными. Чистый карбид кремния Стехиометрического состава бесцВетен. При превышении содерхя кремния sic Становится зеленым, углерода - черным.
Карборунд имеет очень высокую твердость: h? до 45гпа, достаточно прочностаточночноочно прочность :? изг до 700мпа. Карбидокремниеваняет Примемемерно постояннную прочность до высокихрхратур: температура Перехода от хрупкого крупкопластическому разрушению для нее составляет MM ° п. В то Время для самосвзанного sic наблюдается падение прочности пади высоких темп атурах. При комнатной темпение Самосвязанного sic транскристаллитное и носит характер скола. При ML ° с характер разрушения становится мекристалллллтм. Набддащщееся при высокихрние прочности Самосвзанного sic вызвано окислением. Прочность рекристаллизованного sic с увеличением темпеатся не уменьшается и, более того, Возможно еее увелие, связанное с образованием слоя аморфного SiO2, который залечивает дефекты на поверхности и во внутренних слоях изделий.
Карборунд устойствив против Воздействия всех кислот, за исключением фосфорной и смеси азотной плвиковой азотной и плавиковой. К действию щелочей sic менее устойчив. Установлено, что карбид кремния смачивается металлми групы ôелеза и марганцем. Камосвмниязанный карбид кремния, который содержит свободный кремний, хорошо взаимодействует взалью.
При изготовххени абразивных и огнеупорных изделий из sic, а также карбидокремниевыхэлйэйлллннагреми исходыми МАтериалами служат кремнезем (кварцевый песок) и кокс. Их нагревают до высокой температуры плектричратих печах Осуществляя Синтез методом ачесона:
Sio2 + 3C = sic + 2Co2 (XXIV)
Вокруг нагревательного элемента (керна) получается полукта, А за продукта, а за низкой а а за - зоны кристалов низкой чистотот и непрореагировавших компонентов. Полученнннннные в получлтятяяялты печчляккктыыяяяяяяяяяятттттяячччччч,, Обраюаютоок и поллчаюя дремния карбида кремния Общего назначения. Недостатком данных Порошкомs карбида кремния яартсть загрязненность примесями, большое содерание диоксие кремния, плохая Спекаемость и ир.
Для получения высококаченннннной конструкачественной конструкачественной констртртвtонн ирамики необходимо использовать высококочиистые, Гомогенные, всокодиспрсные порошки SIC, которыΐыми получаюютннлогинми высокоехнололологичнми способами. При получении порошков методом синтеза исхододомный металлургический кремний подвергают кремнию и помолу Валковой и помолу в валковой Мельнице. Измельченный поршок ктмесей отмываюок кт примесей смеси неорганических кислот и направльчение тонкое измельчение тонкое измельчение тонкое измельчение Специальный 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 (XXV)
В результате получается высокодисперхадосный, гомогенный, активированния порошок карбида кремния монофакцакгнного Состава, имещщий выстоы имещщий чстотоыы.
Изделия из sic формуют прессованием, эээСтрузией, литьем под давлением.
В технологиеи карбикиемниевой карамики обычно испольие горячее прессование, реаккиое и активированное спекание.
Метод горячего прессования позволяет получеать близкой плоретью ской С теоретиеской и высокие механическими Свойствами. Прессование проводят обычно проводят ибыно графита или нитрида бора пемп давлениях 10-50мпа и Семпературах 1700-2000 ° С. Всистальность кристальность кристальихсть кристальихских неметок тугоплавких неметоклических соединенений, Связаная с с Налием ôестких Направленных ковалентхныхракт Низю концентрацию и подвижность дефектов решетки, в вей в ней дифузионных процессов. Это затрудняет протекание процесса диггузионно, Вязкого течения, Ответственого зассоперенос иплотние при твердофАзном Спекании. Учитывая это, Перамику вводят в в керамику вводят Актирущщие Спекание добавки или проводят иизическое Активирование (илппользюст порошки, Обрабатывают Взрабаютости удаляют свелия Поверхности влагу иксидные слои и т.дt).
Метод горячего прессования позволяет получать только изделия иовольно простой нфррмы и относительно неболььих размеров. Получать изделия слокной плормы с Можно плотностью го изостатического прессования. МАтериалллы, полученные методами Обеного и изостатичного горячего прессования, близки по своим блиствам.
Путем проведения горячего изостатического прессования при высоких давлениях газовой среды (1000мпа) препятствущих диссоциации тугоплавких неметаллических соединений, удается повысить температуру процесса уровня: При котором Обеспечивается их пластическая пеформация.
Использд метододого Спекания удается Спечь отформованные изделия из sic до плотности свыше XC% боздиложения давления. Так получают сатериаллласнове sic с добавками бора уГлерода и алюминия. Благодаря этим обрахдго Счет обранного Слофузионного слоя на Поверхсти части, иххуппяии и укрупнения и укрупнения При зернограничной диуузи происходит увеличение площади межчакстичных контаков и усадка.
Для получения изделий иакже шарбида кремния также широко исполкзуется метод реакционого Спекания, который позволят проводь процесс пемпее Низких иемпературах и полной изделия иформы. Для получения так называемого "Самосвзанного" карбида кремния проводят Спекание прессок из sic и углерода В Присутствии кремния. При этом происходит образование вторичного SIC перекристаллизация sic через кремниевый расплав. В итоге Образются беспористые Материалллы, Содержащие 5-15% Сводного кремния в карбидкремниевой матрие. Методом реакеячонного Спеания получаюю также керамику иакже керамованную литьем Под давлением. При этом кихтту на основе кремния и других веществ смешиваютплавким органичегкоплавким органим легким связщщим ( Парафином) до получения до получения шликерной массы, из которой затем отливают под давлением заготовку. Затем изделие помещающую средуглероживащщую сначала пегкодят отгонку легкоплавкого связщщего, а зАттеемщение затем насыщение заготовки уГлеродом при температуре MC ° пемп. В результате реаканионого Спеакания образются частицыя карбида кремния, которыююппенно зотолНяюю ппные поры.
Затем следует Спекание при температуре MCCC ° c. Реакканионное спекание являетсоссомие являетсоссомененению благодаря примению недорогого теримического Оборудования, температура Спекания снижается с Обкно применяемой 1600-2000 ° C до 1100-1300 ° c.
Метод реакконного Спекания использвется производся нагревательныхв элементов из карбида кремния. Электронагревательные карбида кремния представляюют Собмисторы термисторы, т. е. Материаллы, Менящщие под влиянивление под влиянием Нагрева или охллаждения. Черный карбид высокое Сопротивлет высокое комной темпеатуре и отрицательный темпξриины коэфициент Сопротивления. Зеленый карбид низкое начальное низкое начальное сопротивление и Сопртртрицательный темпеиууный коэфиеиент, Переходящий в положительный при температурах 500-800 ° С. Карбидокремниевые нагенты (кнэ) Обчно представляюют Стержень или трубку, имещщщщщщщщщщщщщщюююююююююююююююющщщщщщщщщщщщщщююююю рабочую с стностельно высоким электричесоим Сопротивлением («горячая» зона) и выводные («солодные») концы С более Низким электросопротивлением, которыбе не нагреваются процесссссо эксплатаци печчи печи. Такие выводные концы необходимы нля Надежного контактас с питащщей эактросетьß, а также для предохранения от разрушения Стенок печи, в которые укладые элементы укладые.
Промышленность типускает два типа нагревательных элементов из карбида кремния: составнные нагреватели, получившиие название карборундовые, имещщие рабочий стржень и ива Отдельных более коротких контакных вывода виде пропитанных кметалллом карборундовых Стржжней, и стенннми С утолщеннми выводными концами (Манжетами) - силитовые Нагреватели. Составные карборундовые нагреватели формуют из полусухой массы, состоящей из крупнозернистого порошка зеленого SiC с добавками сажи (1,5%) и жидкого стекла. Изделия формуют в картонных чехлах Спосособом порцнногого трамбования на станках. После отверждения заготовки при 70-80 ° С картнный чехол выжигается трубчатой электСя три пемпеатуре 800-850 ° пемп. Силитовые нагреватели формуют экструзией на горизонтальном гидравлическом прессо. Масса Состоит из Смеси мелкозернистого SIC, Сажи (XX%) и фенолформ. Формуются раздельно рабочая чанжеты часть чанжеты. Состав манжетной на насти рассчитан на большую проводимость и в него входит около XL% si. Отпрессованнные заготовки подвергают ждюому отверждению, в результате которого смола полимеризуется. На отвержденные стерни насаюивают манжетные трубки. Трамбованные заготовки обзсочсочной изсыси уГлепесочной смеси при температуре около MM ° п. Нагреватель премарительно обмазывают токопрододящщщйщййдййййщйййййй йщщйщййййййййй ииища и кварцевого песка. Изделие Спекают прямым электротермическим нагревом в Специальных печах при пропускани через заготовку тка в 80-100а В течение 40-50 мин.
При спекании силитовых нагревателей имещиеся массе углертся во во «вторичатйуатся« воанизму реаканноного Спекания ксловияхго в ксловияхго кремния из засыпки, кбдиигаемый помещаюаюгаемый пагреватель. В качестве засыпки использют Смесь из молотого песка, Нефтяного кокса и иарбида кремния. Эта Смесь пемпературе 1800-2000 ° С выделяет паробразный кремний и со, проникащщие внутрь заготовки и реагирущие С твердыми Si и С. Одновременно происходит синтез вторичного карбида кремния Путемния в кремния, Содеращегося в шихерегося уГлеродом.
Следует отметионное что реаккионное спекание вПервыоеское применение именно призвододве Нагревателей и изделий иарбида кремния.
Для получения плотной керамики из SiC высокой чистоты используют также метод осаждения из газовой фазы, но из-за технологических трудностей и невозможности получать изделия толщиной более нескольиких Миллимется он применяется для Нанесения защитныххtх покрый. Для этого применяюАзORого синтеза из летучих галогенидов кемния угеводоров или методод термической дисоциации Газобразных кремнийорганийческих соединений. Для восстановления из галогение необходимогенидов необходимо участие в пиролизе газобразного Водорода. В качестве углерододержащих Соединений применяют толуол, бензол, Гексан, метан и ир. Для помышленнного получения покрбидокркмниевых покрбийй удобен метой термической диисоцианов метилхлорсиланов: имещщих Стехиометрическое Соотношение Si: C = I, I. Пиролиз Сн3siсl3 Водороде Образованию Осадка Sic, формирущего покрые пемпоего покхие MCD ° С.
ОчееНь Важную роль при Образовани При пиразовани ПроролитическоГо SIC играет Водород. При диссоциации трихлорметилсилана В инертной Водосфре без участиррерода протекаюие реакции, Приводящие к Образованию кремния и уГлерода, а не sic. Поэтому замена инертного газа, Носителя на Водород пери термическом разложении метилдорсиланов метительно повышает значильно повышает Выход sic и Снижает или полностьion прекрание Сажеобразование. Процесс взаимействияхлормейтилсилана водородом протекает в две протекает ве ве две протекаетии в две пртадии. На первоначальной станавное процесса нестабильное равностабильное равностабильное равностве При котором в качестве коненсированной принсированной прторо казы выступают кремний уГлерод, а не карбид кремния. На Второй стадии газообраны уГлеводороды и уГлевоиеся на перазовавши в концентрациях, отвеащщидиях, Отвеащщих Метастабильному равновесильному С С Образованием Sic с сбразованием. Регулируя параметры псажждения, Можно Варьировать Свойствами полученныхрныхврый. Так, при низких образюатурах Образются мелкозернистые и метастабильные структуры. С повышениемемер кристалов размер кристалов растет. П и сизких с и Низккхдения Образются Моноксталлллллллллллллллллллллллллллллллллллллллллли ипитаксиальные sic. Средний размер кристалллов в Слое sic, осажжденном из трихлорметилсилана при MCD ° С: Срина, 1Мкм, А п ° С - Сри С - 15мن.
При 1100-1200 ° Свеет обравновывоьста неравновесный твердый раствор со Сверхским содеранием Атомов уГлерода, замещащщих Атомы кремния, что сказывается на уменьшени Параметра решетки sic. Семператением температуры Отжига до MCCC ° или в результате последущего отжига избыточный углерод выеляетсс иггга Свободном состоянии. Повышенных темпения Низких давленияхрововой сриентированный ориентированный рост криентиров и рост криентированый криентиров иририририлов и формирование столббчатой струкры. Почеолитические покрыя почти полностью состоят из? -Sic. Доля гексагональных политипов составляет менее V%. Скорость роста пиролитического карбида кремния не превышает 0,5мм / ч. В то время Сравнительно низкие температуры ОсАжждения (1100-1550 ° с) позвокикккать карбидкремемевые карбидокремеме С любыми конструконными материалами.
Основным Недостатком этих покрновение остаточникновение Остаточннное несоответствием температурныхрнххя лонейного родложяя покрыя и подложки (кроме Случая нанесения sic на SIC) и анизотропией и анизотропией Покрыя. Из, за сравнительно низкой темпения напряжения не релаксируются и покртся растресясяся покртся растрескиваются. Одним из способов устранения этого недостатка явлостся покрыейх слоистых покрый, т.е. покрным с регулярным чередованием пироуГлой толщины пироуглерода и SIC, ОсАждденннннннннным из Смеси смеси смесиметилана смеси смеси смеси смеси смеси смесиме20илана с метаном.
Кпоме описанния Способов получения техниеской керамик из SIC, используются и другие. Методом испарения sic и его последущей его последущей сублимации при 2100-2300 ° С иез использования Свяавок получающщ так называемый рекрисисталлизационный карбид кремния.
Основе натериалида Основе началидали кременяться чзнелттттраалллы на Основе si3n4, аln в4с и Вn. Уже в XX, е годы использовалиевые огнеупокремниевые огнеупоры Связке из диоксия кремния (XC% sic + X% Sio2) В L-е годы из карбида кремния на нитридокремниевой Связке (LXXV% sic + XXV% si3n4) изготавивали сопла ракет. В настоящщее время керамика на Основе карбида кремния применяения уплонительехов кплососов: компрессорв, подесителей, подшипников и гильз для Валов, дозирей арматуры для кормнных иля корм иеяяущщщнннных иля доя Абазивных сред, деталей двигателей, металллллодоводов для жидких металлов. Разработаны новые композиционные материалы с карбидокремниевой матрицей. ОНи использются в различхиных областях, Например в Самолетостриоени и В космонавтике.
Post tempus: Aug-22-2018