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 представляетбожатугуствует агональной 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. DO температур 1950-2000°C 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.
کاربورنډ имеет очень высокую твердость: H؟ до 45ГПа, достаточно высокую изгибную прочность: ?изг до 700МПа. Карбидокремниевая керамика сохраняет примерно постоянную прочность до высоких температур: температура перехода перехода температура перехода перехода 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. Наблюдающеся при высоких температурах снижение прочности самосвязанного SiC вызвано его окислением. Прочность рекристаллизованного SiC с увеличением температуры не уменьшается и, более того, возможно ее увеличением и увеличением 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 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 кварцевый песок) и 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 кристаллов низогированного получается понентов Полученные в печи продукты разделяют по этим зонам, измельчают, обрабатывают и получают порошок карбичмягокеда. Недостатком данных порошков карбида кремния являются высокая загрязненность примесями, большое содержание, большое содержание порошков карбида кремния ость и др.
Для получения высококачественной конструкционной керамики необходимо использовать высокочистые, гомогенные, гомогенные, гомогенные, гомогенные ые получают различными высокотехнологичными способами. При получении порошков методом синтеза исходный металлургический кремний подвергают дроблению и помолу в цельков. Измельченный порошок кремния отмывают от примесей в смеси неорганических кислот и направляют на тонкое измевцывыйный измельченный ریکتور Синтез SiC осуществляется в реакторе подачей Si в специальные сопла, а вместо сжатого воздуха подается пропан:
t>1100°С
3Si+C3H8=3SiC+4H2 (25)
В результате получается высокодисперсный, гомогенный, активированный порошок карбида кремния монофракционщионый получается высокодисперсный пень чистоты
Изделия из SiC формуют прессованием, экструзией, литьем под давлением.
В технологии карбидокремниевой керамики обычно используют горячее прессование, реакционное и активированное спекание.
Метод горячего прессования позволяет получать материалы с плотностью близкой к теоретической и с высоляет материалы и с высоляет материалы. Прессование проводят обычно в прессформах из графита или нитрида бора при давлениях 10-50МПа и температурах 1700° Высокая стабильность кристаллических решеток тугоплавких неметаллических соединений, связанная с наличием жесткинхных наличием деляет низкую концентрацию и подвижность дефектов решетки, заторможенность в ней диффузионных процессов. Это затрудняет протекание процесса диффузионно-вязкого течения, ответственного за массоперенос и уплотнение процесса. Учитывая это, перед прессованием в керамику вводят активирующие спекание добавки или проводят физичесеское активодят физическое активирующие сные порошки, обрабатывают их взрывом для увеличения дефектности, удаляют с поверхности влагу и оксидные слод).
Метод горячего прессования позволяет получать только изделия довольно простой формы и относительно небольших размельших Получать изделия сложной формы с 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) неметаллических соединений, удается повысить температуру процесса до уровня, при котором обеспечивается ичяфихампечивается их.
Используя метод активированного спекания удается спечь отформованные изделия из SiC до плотности свыше плотности свыше 90% болявязле. Так получают материалы на основе SiC с добавками бора, углерода и алюминия. Благодаря этим добавкам за счет образования диффузионного слоя на поверхности частиц, их консолидации и укрупности и консолидации и происходит увеличение площади межчастичных контактов и усадка.
Для получения изделий из карбида кремния также широко используется метод реакционного спекания, который позвоплесоплесов низких температурах и получать изделия сложной формы. Для получения так называемого "самосвязанного" карбида кремния проводят спекание прессовок из SiC и углерода в пиврисямого. При этом происходит образование вторичного SiC и перекристаллизация SiC через кремниевый расплав. В итоге образуются беспористые материалы, содержащие 5-15% свободного кремния в карбидокремниевой матрице. 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 органическим связуающим связуающим ( ной массы, из которой затем отливают под давлением заготовку. Затем изделие помещают в науглероживающую среду, в которой сначала производят отгонку легкоплавкого связуающего связуающего, готовки углеродом при температуре 1100°С. В результате реакционного спекания образуются частицы карбида кремния, которые постепенно заполняют исходные порые.
د تودوخې درجه 1300 درجې سانتي ګراد. Реакционное спекание является экономичным процессом благодаря применению недорогого термического оборудовамичения с обычно применяемой 1600-2000°C او 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. د Черный карбид кремния имеет высокое сопротивление при комнатной температуре и отрицательный температурный коэфинефления Зеленый карбид кремния имеет низкое начальное сопротивление и слабоотрицательный температурный коэфициент د 500-800 ° سی. Карбидокремниевые нагревательные элёменты (КНЭ) обычно представляют собой стержень или трубку, имеющую среднюю рабочую часть с относительно высоким электрическим сопротивлением («горячая» зона) и выводные («холодные») концы с более низким электросопротивлением, которые не нагреваются в процессе эксплуатации печи. Такие выводные концы необходимы для надежного контакта с питающей электросетью, а также для предохранения от предохранения от укладывают нагревательные элементы.
Промышленность выпускает два типа нагревательных элементов из карбида кремния: составные нагреватели, получившие название карборундовые, имеющие рабочий стержень и два отдельных более коротких контактных вывода в виде пропитанных металлом карборундовых стержней, и стержни с утолщенными выводными концами (манжетами) – силитовые нагреватели. Составные карборундовые нагреватели формуют из полусухой массы, состоящей из крупнозернистого, %5 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 температуре 800°. Силитовые нагреватели формуют экструзией на горизонтальном гидравлическом прессе. Масса состоит из смеси мелкозернистого SiC، сажи (20٪) и 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. ټرامبوواننыe заготовки обжигают в засыпке из углепесочной смеси при температуре около 2000°С. Нагреватель предварительно обмазывают токопроводящей пастой, состоящей из кокса, графита и кварцевого песка. Изделие спекают прямым электротермическим нагревом в специальных печах при пропускании через заготовку тока в 80-001-4015.
При спекании силитовых нагревателей имеющиеся в массе углерод и кремний превращаются во «вторичный» SiC по механизмовых нагревателей имеющиеся ях 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 Одновременно происходит синтез вторичного карбида кремния путем взаимодействия кремния, содержащегося в шиходействия.
Следует отметить, что реакционное спекание впервые нашло свое практическое применение именно в производействе спекание کرمنیا
Для получения плотной керамики из SiC высокой чистоты используют также метод осаждения из газовой фазы, но из газовой фазы, но и невозможности получать изделия толщиной более нескольких миллиметров он применяется для нанесения защитных. Для этого применяются методы газофазного синтеза SiC из летучих галогенидов кремния и углеводородов или мецодородов или мецодородов или мецодородов образных 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 диссоциации диссоциации метилхилощимниевых еское соотношение Si:C=1:1. Пиролиз СН3SiСl3
Очень важную роль при образовании пиролитического SiC играет водород. При диссоциации трихлорметилсилана в инертной атмосфере без участия водорода протекают реакции, приводящие приводящие а не SiC. Поэтому замена инертного газа-носителя на водород при термическом разложении метилхлорсиланов значительно повсовыха лностью прекращает сажеобразование. Процесс взаимодействия трихлорметилсилана с водородом протекает в две стадии. На первоначальной стадии процесса устанавливается нестабильное равновесие, при котором в качестве конденсированной фазуади не karbid kremnia. На второй стадии газообразные хлорсиланы и углеводороды, образовавшиеся на первой стадии в концентрациях, отубразные ию, 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°S, RAVEN 1mm, а при 1800°C – 15mm.
При 1100-1200°С может образовываться неравновесный твердый раствор со сверхстехиометрическим содержанием содержанием ы кремния, что сказывается на уменьшении параметра решетки SiC. С повышением температуры отжига до 1300°С или в результате последующего отжига избыточный углерод выдевявобоясность углерод. При повышенных температурах осаждения и низких давлениях газовой среды наблюдается ориентированный рост кристарованный рост кристарованный рост кристалованный ктуры Пиролитические покрытия почти полностью состоят из ?-SiC. Доля гексагональных политипов составляет менее 5%. Скорость роста пиролитического карбида кремния не превышает 0,5mm/ч. В то же время сравнительно низкие температуры осаждения (1100-1550°С) ныmy materialamy.
Основным недостатком этих покрытий является возникновение остаточных напряжений, вызванное несоответствием тубенком ного 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، осажденным из смеси хлорметилсилна хлорметилсим.
Кроме описанных способов получения технической керамики из SiC، используются и другие. Методом испарения SiC и его последующей сублимации при 2100-2300°С без использования связок и активирующей активирующей сублимации ый рекристаллизационный карбид кремния.
материалы на основе карбида кремния начали применяться значительно раньше, чем материалы на основе Si3N4, ALN, Ви4С. په 20-е годы использовались карбидокремниевые огнеупоры на связке из диоксида кремния (90%SiC+10%SiO2-50%)، мния на нитридокремниевой связке (75%SiC+25%Si3N4) изготавливали сопла ракет. В настоящее время керамика на основе карбида кремния применяется для изготовления уплотнительных колец для насоповсов,,,,,,,, шипников и гильз для валов, дозирующей и регулирующей арматуры для коррозионных и абразивных сред, детавлявлодем сред жидких металлов. Разработаны новые композиционные материалы с карбидокремниевой матрицей. Они используются в различных областях, например в самолетостроении и в космонавтике.
د پوسټ وخت: اګست-22-2018