Карбид кремния (карборг k) SiC является единственным соединением кремния и углерода. В природе этот бар встречается крайне редко. Карбид кремния существует в двух модийх, из котных? Установлено около 20 дан, относящихся к гексагональной матме карборунда. Переход? -SiC>? - SiC происходит примерно при 2100 ° С. При бее 2400 ° С это превращение происходит весма быстро. До дан 1950-2000 ° С обруется кубическая модич, при более высокой мане обуйтся гексагональные модификации. При беахах свыше 2600-2700 ° С карбид кремния возгоняется. Кристаллы карбида кремния могут быть бесцветными, зелеными и черными. Чистый карбид кремния стехиометрического состава бесцветен. При превшении содержания кремния SiC становится зеленым, углерода - черным.
Карорт до 45ГПа, достаточно высокую изгибную прочность :? изг до 700МПа. Карбидокремниевая намамика сохраняет примерно постоянную прочность до всоких мин: маа перехода от хрупкого к хрупкопластическому разрушению для нее совеляет 2000 ° С. В то же время для самосвяазного SiC наблюдается падение прочности при высоких хахах. При комнатной мае разрушение самосвязанного SiC କାନскрист мититное и носит бар скола. При 1050 ° С сер разрушения становится межкристальитным. Наблюдающееся при высоких киах снижение прочности самосвяазного SiC в фатвано его осклением. Прочность Рекрист Кизизан изделий.
Карборун у уив против против позиявия всех ки барной и плавиковой. К действию щелочей SiC мене устойчив. Установлено, что карбид кремния смачивается металлами группы железа и марганцем. Самосвяазный карбид кремния, который содержит свободный кремний, хорошо вазимодействует со сталью.
При изготовлении аб сививных и огнеу kных изделий из SiC, а также карбидокремниевых чаграгреаее, исходными мамами служат кремнезем (кварцевый песок) и кдек. Их нагревают до высокой маны в оттрических пачах, осуществляя синтезомом Аче гона:
SiO2 + 3C = SiC + 2CO2 (24)
Вокруг нагревельельного женента (нна) получается зона синтезированногоукукта, а за на - зоны кристалов низкой маоты и непрореагировавших чинов. Полученные в пачиукукты разделяют по этим гамам, измельчают, обра зывают и получают порошок карбида кремния общего назначения. Недостатком Канных порошков карбида кремния являются высокая загрязненность примесями, большое содержание диоксида кремния, плохая спекаемость и др.
Для получения высококачественной ма нисорной ги мати необходимо использовать высокочистые, чингнынее, всокоди адсные порошки SiC, кот чее получают различными всокотехногичкий способи. При получении порошков ном синтеза исходный кюргический кремний подвергают дроблению и помолу в валковой мельнице. Измельченный порошок кремния отмивают от примесей в смеси неорганических и и направляют на Синтез SiC осуществляется в утортор подачей Si в спе киные сопла, а вместо сжатого воздуха подается пропан:
t> 1100 ° С.
3Si + C3H8 = 3SiC + 4H2 (25)
В рульультате получается высокоди ассный, зонгный, активированный порошок карбида кремния моно нисонного состава, имеющий высокую степень ооты.
Изделия из SiC формуют п କାନованием, экструзией, литьем под daвлением.
В технологии карбидокремниевой କାନи о о обноно используют горячее п повование, матониное һәм аировированное спекание.
Метод горячего п повования позволяет получать баш с с плотносту зизкой к тететической и с высок матианищск свойствами. П. Высокая стабильность кристаллических решеток тугоплавких неметаллических соединений, свяазная с наличием жестких направленных ко коентентных связей, определяет низкую ватрацю вәм ди дифуз kных процессов. Это затрудняет Канкание минса дифуз читно-вязкого течения, ответственного за ооперенос и уп матнение при твердофазном спекании. Учитывая это, перед п повованием в କାନуу вяят активирующие спекание добавки или про проят матическое активирование (используют ультради дарсные порошки, обра адывают у взрывом вля уя поверхности влагу һәм осидные слои и т.д.).
Метод горячего п повования позволяет получать только изделия довольно простой матми и относительно небольших размеров. Получать изделия сложной матми с высокой плотностью можно гором горячего изостатического п повования. Матери г, полученные методами обикного и изостатического горячего п матования, зизки по своим свойствам.
Путем проведения горячего изостатического п повования при высоких daвлениях чововой среды (1000МПа), п пластическая дескранция.
Используя адированного спекания удается спечь отформованные изделия из SiC до плотности свише 90% пр приложения daвления. Так получают бар на основе SiC с добавками бора, углерода и алюминия. Благодаря этим добавкам за удерования диффуз କାନного слоя на поверхности частиц, нанололциции и крупнения при зернограничной дифузии происходит увеличение плащща межчастиччхч кчов.
Для получения изделий из карбида кремния также широко используется гидонного спеканя, который позволяет про проитит про про более низких чахах и получать изделия сложной вим. Для получения так называемого “самосвяазного” карбида кремния про проят спекание п пановок из SiC и углерода в присутствии кремния. При этом происходит обование вторичного SiC и перекристаль бар SiC через кремниевый расплав. В ногоге обруются беспористые а бар, содержащие 5-15% свободного кремния в карбидокремниевой матрице. Методом କାନсионного спекания получают также на ау из SiC, сммованную литьем под daвлением. При этом шихту на основе кремния и других веществ смешивают с расплавленным легкоплавким матическим связующим (парафином) до получения шл имной массы, из которой затем отливют з? Затем изделие помещают в науглероживающую среду, в которой сначала про проят отгонку легкоплавкого связующего, а затем секвозное насщение заготовки углеродом при. В результатате оцонного спекания обруйтся частицы карбида кремния, кот посте постепенно офицолняют исходные п п.
Затем следует спекание при при 1300 ° C. Реакционное спекание является экономичным процессом благодаря применению недорогого Темического оборудования, ча спекания снижается с обохнно применяемой 1600-2000 ° C до 1100-1300 ° C.
Метод данисного спекания используется в прогстве нагревельных аминов из карбида кремния. Электронагевателателателателателателателателателателателателателателателылыления из карбиданя премния Премния премния рак назыевы е. һәр Черный карбид кремния имеет высокое сопроитление при комнатной зее һәм отрицательный гонный коэффентент сопроитления. Зеленый карбид кремния имеет низкое картальное сопротивление и слабоотрицательный зный коэффентент, переходящий в положительный при барах 500-800 ° С. Карбидокремниевые нагревельныные элём план (КНЭ) оббноно предвляют собой стержень или трубку, имеющую среднюю рабочую часть с относительно всоким втокрическим сопроеченя . Такие вы Кныные концы необходимы для надежного контакта с питающей бар просетюю, а также для предохранения от разрушения аокок пччи, в котее чиввают нагреветельее ку.
Про кәрленность выпускает два типа нагревельных аминов из карбида кремния: сованиве нагреватели, получившие название карбор куровые, имеющие рабочий стержень и два отдельных болье вотч стержней, и стержни с утолщенными вы Канными концами (манжями) - силитовые нагревели. Составные карбор новре нагреватели формуют из полусухой массы, состоящей из крупнозернистого порошка зеленого SiC с добавками сажи (1,5%) и жидкого стекла. Изделия формуют в картонных чехлах способом порционного трамбования на станках. После отверждения заготовки при 70-80 ° С картонный чехол вжигается в трубчатой зтропечи при мае 800-850 ° С. Силитовые нагре квели формуют экструзией на горизональном гидравлическом прессе. М ما состоит из смеси мелкозернистого SiC, сажи (20%) и фенол чиддегидной смолы. Формуются раздельно рабочая часть и манж ман. Состав манжетной части рассчитан на большую проводимость и в него входит около 40% Si. Отп данованные заготовки подвергают Темическому отверждению, в результате которого смола полимизуется. Н отвержденные стержни насаживают манжетные трубки. Трамбованные заготовки обжигают в засыпке из уг телесочной смеси при а ооло 2000 ° С. Нагре квель предварительно обмазывают адопро манящей пастой, состоящей из кокса, матита и кварцевого песка. Изделие спекают прямым Ктертермическим нагревом в спе киных пачах при проканкии через заготовку тока в 80-100А в течение 40-50 мин.
При спекании силитовых нагревее имеющиеся в массе углерод и кремний превращаются во «вторичный» SiC по механизму медиснного спекания в условиях выделения Парооб сного кг нагреветель. В kaчечестве зяпки используют смесь из молотого песка, نىتيانого кокса и карбида кремния. Эта смесь при билгее 1800-2000 ° С выделяет Парооб Канный кремний и СО, проникающие внутрь заготовки и реагирующие с твердыми Si и С. Одновременно происходит синтез вторичного карбида кремния путем вазимодействия кремния, содержащегося в шихте, с углеродом.
Следует отметить, что офисонное спекание впервые нашло свое шәһәртическое применение именно в про простве нагревате а и изделий из карбида кремния.
Для получения плотной на зи из SiC высокойныоты используют также у осаждения изоовой фазы, но из-за технологических трудностей и невозможности получать изделия толщиной блее нанесения защитных покрытий. Для этого применяются методы kutофазного синтеза SiC из летучих କାନидидов кремния и угле матородов или тел тмической ди дисации гидобобныных кремнийорганических соединений. Для восстановления Си из киидидов необходимо участи в пиролизе гооб Канного водорода. В kaчестве углеродсодержащих соединений применяют толуол, бензол, геекан, метан и др. Для про данленного получения карбидокремниевых покрытий более удобен тел тмической ди районии метилх матсиланов, имеющих стехиометрическое соотношение Si: C = 1: 1. Пиролиз СН3SiСl3 водороде при митит к оброванию осадка SiC, формирующего покрытие при маах до 1400 ° С.
Очень важную мат при ововании пиролитического SiC играет водород. При ди даназии трих нетметилси М в в инцертной ат афере стерастия водорода накаютциции, при матящие к оборованию кремния и углерода, а не SiC. Пээому замена инцертного киа-носителя на водород при Тмимиском разложении метилхсисиланов значительно повшает выход SiC и снижает или полностю прекращает сажеоб кование. Процесс вазимодействия трих амеметилси с с водородом какает в дведидии. На первоначальной кондидии мса устанавливается нес abтабильное равновесие, при котором в kaчестве гиден гованной фазы выступают кремний и углерод, а не карбид кремния. На второйдидии гооб Канные х усиллана и угле матороды, оборовавшиеся на первойдидии в чырах, отвечающих метас абилному равновесию, реагируют друг с другом с шовованием SiC. Регулируя Кы Канкания Масса осаждения, можно варьировать свойствами полученных покрытий. Так, при низких барах обруются мелкозернистые һәм метастабильные зы. С повышением зы размер кристалов расет. При 1400 ° С и низких скоростях осаждения обруюця монокристаллы и эпитаксиальные слои SiC. Средний размер кристалов в слое SiC, осажденном из трих нетметилси при при 1400 ° С, равен 1мкм, а при 1800 ° С - 15мкм.
При 1100-1200 ° С. С. При повышенных киахах осаждения и низких daвлениях хезмәтовой среды наблюдается ориентированный рост кристалов и формирование столбчатой мары. Пиролитические покрытия поти полностью состоят из? -SiC. Доля гексагональных политипов соверляет менее 5%. Скорость роста пиролитического карбида кремния не превшает 0,5мм / ч. В то же время сравнительно низкие мины осаждения (1100-1550 ° С) позволяют совмещать карбидокремниевые покрытия с любыми чинсинными чамами.
Основным недостатком этих покрытий является возникновение остаточных напр менений, в انىванное покрытия. Из-за сравнительно низкой киы осаждения напр କାନения не релак ауются и покрытия растрескиваются. Одним из способов устранения этого недостатка является получение слоистых покрытий, т.е. покрытий с Канным чередованием слоев равной толщины пироуглерода и SiC, осажденным из смеси х хетметилси с метаном.
Кроме описанных способов получения технической мани и из SiC, используются и другие. Методом испарения SiC и его последующей за матаси при при 2100-2300 ° С ис использования связок и адирующих добавок получают так называемый фристриствальсарный карбид кремния.
Матери г на основе карбида кремния Кадали применяся значительно раньше, чем мат на основе Si3N4, АЛН, В4С и ВН. Уже в 20-е годы использовались карбидокремниевые огнеуп ма на связке из диоксида кремния (90% SiC + 10% SiO2), а в 50-е годы из карбида кремния на нитридокремниевой связки; сопла раке. В настоящее время Намамика на основе карбида кремния применяется для изготовления уп мннительных колец для насосов, мат гороров, смесителе, подшипников һәм гильз для валов, д рег рег рег корроз конных и аб сививных сред, де маей мани залы, нопопро манов для жидких баров. Разработаны новые Козозиционные бар с с карбидокремниевой матрицей. Они используются в различных областях, например в сам матостроении и вомонавтике.
Igihe cyo kohereza: Kanama-22-2018