Карбид кремния (карборунд) SiC является единственным соединением кремния и углерода. В природе этот материал встречается крайне редко. Карбид кремния существует в двух модификациях, oder которых? ую структуру 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 образвикация ции. При температурах свыше 2600-2700°С карбид кремния возгоняется. Кристаллы карбида кремния могут быть бесцветными, зелеными a черными. Чистый карбид кремния стехиометрического состава бесцветен. При превышении содержания кремния SiC становится зеленым, углерода – черным.
Карборунд имеет очень высокую твердость: H? bis 45ГПа, достаточно высокую изгибную прочность: ?изг до 700МПа. Карбидокремниевая керамика сохраняет примерно постоянную прочность до высоких температур: темпаратур рупкопластическому разрушению для нее составляет 2000°С. В tо же время для самосвязанного SiC наблюдается падение прочности при высоких температурах. При комнатной температуре разрушение самосвязанного SiC транскристаллитное an 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, возможевес евозможевеси ованием слоя аморфного SiO2, который залечивает дефекты на поверхности an внутренних слоях изделий.
Карборунд устойчив против воздействия всех кислот, fir исключением фосфорной a смеси азотной и плавикови. К действию щелочей SiC менее устойчив. Установлено, что карбид кремния смачивается металлами группы железа a марганцем. Самосвязанный карбид кремния, который содержит свободный кремний, хорошо взаимодействует со сталью.
При изготовлении абразивных и огнеупорных изделий из SiC, а также карбидокремниевых электронагреви ми служат кремнезем (кварцевый песок) a 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 криче гировавших компонентов. Полученные в печи продукты разделяют по этим зонам, измельчают, обрабатывают a получают порошобит начения. Недостатком данных порошков карбида кремния являются высокая загрязненность примесями, большое содик лохая спекаемость и др.
Для получения высококачественной конструкционной керамики необходимо использовать высокочиственной конструкционной керамики необходимо использовать высокочистистые, шки SiC, которые получают различными высокотехнологичными способами. При получении порошков методом синтеза исходный металлургический кремний подвергают дробленимию и пед. Измельченный порошок кремния отмывают от примесей в смеси неорганических кислот и направляют на тинкон вертикальный реактор. Синтез SiC осуществляется в реакторе подачей Si в специальные сопла, а вместо сжатого воздуха подапрода:
t>1100°C
3Si+C3H8=3SiC+4H2 (25)
В результате получается высокодисперсный, гомогенный, активированный порошок карбида кремния моцоний й высокую степень чистоты.
Изделия из SiC формуют прессованием, экструзией, литьем под давлением.
В технологии карбидокремниевой керамики обычно используют горячее прессование, реакционное и апктинови.
Метод горячего прессования позволяет получать материалы с плотностью близкой к теоретической меки с вис и. Прессование проводят обычно в прессформах из графита oder нитрида бора при давлениях 10-50МПраха ту00°х те002 П002. Высысыкокя стаичьнь жненаисталаправлененааахенааха ых ковалентныхыа свя Ессово. Это затрудняет протекание процесса диффузионно-вязкого течения, ответственного массопенного процесса диффузионно-вязкого течения, ответственного массопенного массоперенос и уплодс ии. Учтитыврея это, перед пресово Мереридививививививививививививививи льзуюaт hutt datльтрисрдерсрое порокибрбрюв т д д д д д д д д динне лои и т.:).
Метод горячего прессования позволяет получать только изделия довольно простой формы an относительно небольно небольно. Получать изделия сложной формы с высокой плотностью можно методом горячего изостатического прессов. Материалы, полученные методами обычного an изостатического горячего прессования, близки по своим свой.
Пунум птстия горг зсстистисистии Туггопоплавкихх Неметаллеских, ëmkiusенений, тая потороромвомуомви товуие, deen поугusггusопоплалалакихлеметалличскиненениезетсстову тотороромвомуомви того Одуггггusопоsоалемналелеских hutt ичстаская дорма ииия.
Использshowя мутод Ативированогогогкания сооенроеноесисисисисисисист ия. Так получают материалы на основе SiC с добавками бора, углерода an алюминия. Благодного этим добавкам за счет образования диффузионного слоя на поверхности частиц, их консолипир чной диффузии происходит увеличение площади межчастичных Technik и усадка.
Для получения изделий из карбида кремния также широко используется метод реакционного спекозиви, процесс при более низких температурах a получать изделия сложной формы. Для получения так называемого "самосвязанного" карбида кремния проводят спекание прессовок из SiC и углеври. При этом происходит образование вторичного SiC a перекристаллизация SiC через кремниевый расплав. Fir d'Verbreedung vun de Materialien, ass et 5-15% fir d'Kreimlechkeete vun der Kapitaliséierung. Методом реакционного спекания получают также керамику из SiC, сформованную литьем под давлением. При этом шихту на основе кремния и других веществ смешивают с расплавленным легкоплавлавким оргкоплавским орг м) до получения шликерной массы, из которой затем отливают под давлением заготовку. Затем изделие помещают в науглероживающую среду, в которой сначала производят отгонку легкоп м сквозное насыщение заготовки углеродом при температуре 1100°С. В результате реакционного спекания образуются частицы карбида кремния, которые постепенно заполисор.
D'Temperatur ass 1300 ° C. Реакционное спекание является экономичным процессом благод примению недорогого термическомичным процессом благод примению недорогого термического обор нижается с обычно применяемой 1600-2000°C bis 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 отрицательный температуре eng. Зеленый карбид кремния имеет низкое начальное сопротивление и слабоотрицательный температурный коцип ожительный при температурах 500-800 ° С. Карббодокремниевые наревальные элёму рбээ р л л лододоче рио р лодочо р лодочо рощо р л л лодау с отнодильно «онысые ») электрическимким эективлененистим ротивленимем, Которе нареврюю cher в процццээллуаоаии пуоаи. Такие выводные концы необходимы для надежного контакта с питающей электросетью, а такходимы fir питающей электросетью ок печи, в которые укладывают нагревательные элементы.
Промыйнннносыосыпукает два Нареваевальнынизи э irоуиии э эариема рборундые, и ощщ хаочий Стерженень и дварбельныхо кенродод в в вид рдоду itiche вщщ хаочий Стержень и дварбельныхо Выых Стержнней, и тержни с тощеными выйнатаи втаенаыми выми выми выми Выыхыхыхыхых dir als neien raffent Аржи стоеными выый насыаммимининыетаи Выыхыхыхых mir als éischt тони с тощеными наыемнаиулиныхыа вых mir huet вых Составные карборундовые нагреватели формуют из полусухой массы, состоящей из крупнозернистого порошкоса жи (1,5%) a жидкого стекла. Изделия формуют в картонных чехлах способом порционного трамбования на станках. После отверждения заготовки при 70-80°С картонный чехол выжигается в трубчатой электропратечи при80°Сепри8. Силитовые нагреватели формуют экструзией на горизонтальном гидравлическом прессе. Масса состоит из смеси мелкозернистого SiC, сажи (20%) a фенолформальдегидной смолы. Формуются раздельно рабочая часть и манжеты. Состав манжетной части рассчитан на большую проводимость 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 a кварц. Изделие спекают прямым электротермическим нагревом в специальных печах при пропускании через заготов 0.0 40-50 min.
При спекании силитовых нагревателей имеющиеся в массе углерод и кремний превращаются во «воторични нного спекания в условиях выделения парообразного кремния из засыпки, куда помещают обжигаеремый. В качестве засыпки используют смесь из молотого песка, нефтяного кокса a карбида кремния. Эта смесь при температуре 1800-2000°С выделяет парообразный кремний и СО, проникающие внутре загищие внутре заго дыми Si и С. Одновременно происходит синтез вторичного карбида кремния путем взаимодействия кремния, содержахег, содержахег.
Следует отметить, что реакционное спекание впервые нашло свое практическое примение именно на превизви из карбида 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 нескольких миллиметров он применяется для нанесения защитных покрытий. Для этого применяются методы газофазного синтеза SiC из летучих галогенидов кремния и углеводидовис 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 диссоциациор, х стехиометрическое соотношение Si:C=1:1. Пиролиз СН3SiСl3 в водороде приводит к образованию осадка SiC, FORMMIрующего покрытие при темперадитос температура1х0°.
Очень важную роль при образовании пиролитического SiC играет водород. При диссоциации трихлорметилсилана в инертной атмосфере без участия водорода протекают реакцив, мния и углерода, а не SiC. Поэтому замена инертного газа-носителя на водород при термическом разложении метилхлорсиланов значительнов значительнис ает или полностью прекращает сажеобразование. Процесс взаимодействия трихлорметилсилана с водородом протекает в две стадии. На первоначальной стадии процесса устанавливается нестабильное равновесие, при котором в качестве конфанденсие й и углерод, а не карбид кремния. На второй стадии газообразные хлорсиланы и углеводороды, образовавшиеся на первой стадии в концехтация ному 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 a эпитаксиальные слои SiC. Средий рамммер кристаллов в салое Sic, тоденомлалоамве
При 1100-1200 ° С может образовываться неравновесный твердый раствор со сверхстехиометрическим содащаметани щих атомы кремния, что сказывается на уменьшении параметра решетки SiC. Сповышением температуры отжига до 1300°С или в результате последующего отжига избыточный углего остоянии. При повышенных температурах осаждения и низких давлениях газовой среды наблюдается ориентированлный бчатой структуры. Пиролитические покрытия почти полностью состоят из ?-SiC. Доля гексагональных политипов составляет менее 5%. Скорость роста пиролитического карбида кремния не превышает 0,5mm/ч. В tо же время сравнительно низкие температуры осаждения (1100-1550°С) позволяют совмещать карбидения ыми конструкционными материалами.
Основным недостатком этих покрытий является возникновение остаточных напряжений, вызванное несопетвым ициентов линейного расширения покрытия и подложки (кроме случая нанесения SiC на SiC) an анизотропией покрытия. Иза сравнительно низкой температуры осаждения напряжения не релаксируются и покрытия растрескивают. Одним из способов устранения этого недостатка является получение слоистых покрытий, т.е. покрытий с регулярным чередованием слоев равной толщины пироуглерода a SiC, осажденным из смесинахлсимети.
Кроме описанных способов получения технической керамики из SiC, используются и другие. Методом испарения SiC и его последующей сублимации при 2100-2300°С ouni использования связоки при ют так называемый рекристаллизационный карбид кремния.
Материалы на основе карбида кремния начали применяться значительно раньше, чем материалы на основе Si3N4, СlN4,ВN. Уже в 20-е годы использовались карбидокремниевые огнеупоры на связке из диоксида кремния (90%SiC+10%) рбида кремния op нитридокремниевой связке (75%SiC+25%Si3N4) изготавливали сопла ракет. В натояяяящще ремяаммика На варбденития до дооти доото дооти доотим доото дооти доотиму оров, смесителей, подшиков ил гзл дяя вовал ей двиале, мталлопровов дяяя жидких мталоа. Разработаны новые композиционные материалы с карбидокремниевой матрицей. Они используются в различных областях, например в самолетостроении a в космонавтике.
Post Zäit: Aug-22-2018