ڪيراميڪا آن اوسنووي سي سي - ٽيڪنيڪل ڪيراميڪا

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 ?-موڊفيڪاسيا является политипной и представляет и представляет существует структуру гексагональной формы. Установлено около 20 структур, относящихся к гексагональной форме карборунда. اڳيون؟-SiC>?-SiC 2100°С. При температуре 2400° С это превращение происходит весьма быстро. DO температур 1950-2000°С образуется кубическая модификация, при более высокой температуре 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.

ڪاربرونڊ имеет очень высокую твердость: H؟ до 45GP, достаточно высокую изгибную прочность: ?изг до 700МПа. Карбидокремниевая керамика сохраняет примерно постоянную прочность до высоких температур: температура перехода опогода хрупкопластическому 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. PRI 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 температуры и, более того, возможно ее увеличением температуры, слоя 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، исходнымиламилами кремнезем (кварцевый песок) ۽ ڪوڪس. Их нагревают до высокой температуры в электрических печах, осуществляя синтез методом Ачесона:

سي او 2 + 3 سي = سي سي + 2 سي او 2 (24)

Вокруг нагревательного элемента (керна) получается зона синтезированного продукта, а за ней - зоны кристаллов низкойста непрореагировавших компонентов. Полученные в печи продукты разделяют по этим зонам, измельчают, обрабатывают и получают порошок карбичают порошок карбичают. Недостатком данных порошков карбида кремния являются высокая загрязненность примесями, большое содержание, большое содержание диомание спекаемость и др.

Для получения высококачественной конструкционной керамики необходимо использовать высокочистые, гомогенные, всыпода, سي سي، которые получают различными высокотехнологичными способами. При получении порошков методом синтеза исходный металлургический кремний подвергают дроблению и помолу в цвельков. Измельченный порошок кремния отмывают от примесей в смеси неорганических кислот и направляют на тонкое измельчейный ويرٽيڪل ريڪٽر. Синтез SiC осуществляется в реакторе подачей Si в специальные сопла, а вместо сжатого воздуха подается пропан:

t> 1100 ° سي

3 ايس آءِ + سي 3 ايڇ 8 = 3 ايس آءِ سي + 4 ايڇ 2 (25)

В результате получается высокодисперсный, гомогенный, активированный порошок карбида кремния монофракционногованный ويجهڙائيءَ واري جاءِ.

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 высокимическими. Прессование проводят обычно в прессформах из графита или нитрида бора при давлениях 10-50MPA и температурах 17002-С. Высокая стабильность кристаллических решеток тугоплавких неметаллических соединений, связанная с наличием жесткинх наличность связей, определяет низкую концентрацию и подвижность дефектов решетки، заторможенность в ней дифузионных подвижность дефектов. Это затрудняет протекание процесса дифузионно-вязкого течения, ответственного за массоперенос и уплотнение процесса спекании. Учитывая это, перед прессованием в керамику вводят активирующие спекание добавки или проводят физическое активирующие ультрадисперсные порошки، обрабатывают их взрывом для увеличения дефектности، удаляют с поверхности влагу иодин).

Метод горячего прессования позволяет получать только изделия довольно простой формы и относительно небольших размольших. 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), препящатического тугоплавких неметаллических соединений, удается повысить температуру процесса до уровня, при котором обеспехивачеческий ڊيفورماسي.

Используя метод активированного спекания удается спечь отформованные изделия из SiC до плотности свыше 90%. Так получают материалы на основе SiC с добавками бора, углерода и алюминия. بلاگوڊاريا ايٽيم ڊوباڪام زا счет образования диффузионного слоя на поверхности частиц, их консолидации и укрупногения дифузии происходит увеличение площади межчастичных контактов и усадка.

Для получения изделий из карбида кремния также широко используется метод реакционного спекания, который позволовесть более низких температурах и получать изделия сложной формы. Для получения так называемого “самосвязанного” карбида кремния проводят спекание прессовок из SiC и углерода в пиврися. 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) шликерной массы, из которой затем отливают под давлением заготовку. Затем изделие помещают в науглероживающую среду, в которой сначала производят отгонку легкоплавкого связуающего связуающего, насыщение заготовки углеродом при температуре 1100°С. В результате реакционного спекания образуются частицы карбида кремния, которые постепенно заполняют исходные порые.

گرمي پد 1300 ° سي. ريٽائرمينٽ спекание является экономичным процессом благодаря применению недорогого термического оборудовамичным, снижается с обычно применяемой 1600-2000°C کان 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 температурный коэфил. Зеленый карбид кремния имеет низкое начальное сопротивление и слабоотрицательный температурный коэфициент 500-800° س. Карбидокремниевые нагревательные элёменты (КНЭ) обычно представляют собой стержень или трубку, имеющую средночьюсю относительно высоким электрическим сопротивлением («горячая» зона) и выводные («холодные») концы с более низким, электрическим сопротивлением نه нагреваются в процессе эксплуатации печи. Такие выводные концы необходимы для надежного контакта с питающей электросетью, а также для предохранения от, предохранения от которые укладывают нагревательные элементы.

پيشڪش имеющие рабочий стержень и два отдельных более коротких контактных вывода вывода в виде пропитанных металлом карборжаных металлом стержни с утолщенными выводными концами (манжетами) - силитовые нагреватели. Составные карборундовые нагреватели формуют из полусухой массы, состоящей из крупнозернистого порошка зелевкадогина (1,5٪) и жидкого стекла. IZDELIA FORMуют в картонных чехлах способом порционного трамбования на станках. После отверждения заготовки при 70-80°С картонный чехол выжигается в трубчатой ​​электропечи при температуре 8000. 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. ٽرامبووانن زاگوتووڪي обжигают в засыпке из углепесочной смеси при температуре около 2000°С. Нагреватель предварительно обмазывают токопроводящей пастой, состоящей из кокса, графита и кварцевого песка. ISDELIE спекают прямым электротермическим нагревом в специальных печах при пропускании через заготовку тока в 8001-4015 منٽ

При спекании силитовых нагревателей имеющиеся в массе углерод и кремний превращаются во «вторичный» SiC по механизмовых нагревателей условиях 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, проникающие внутрь заготовки и реагивиры س. Одновременно происходит синтез вторичного карбида кремния путем взаимодействия кремния, содержащегося в шиходит содержащегося.

Следует отметить, что реакционное спекание впервые нашло свое практическое применение именно в производействе спекание ڪاربيڊا ڪرمنيا.

Для получения плотной керамики из SiC высокой чистоты используют также метод осаждения из газовой фазы, но из газовой фазы, но трудностей и невозможности получать изделия толщиной более нескольких миллиметров он применяется для нанесения зыхиности. Для этого применяются методы газофазного синтеза SiC из летучих галогенидов кремния и углеводородов или методов диссоциации 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 диссоциации метилхоциации سيٽيڪيوميٽرڪيڪل سي: سي = 1: 1. Пиролиз СН3SiСl3 водороде приводит к образованию осадка SiC، فارميرويوشينڪ سي سي، فارميٽ 14000

Очень важную roll при образовании пиролитического SiC играет водород. При диссоциации трихлорметилсилана в инертной атмосфере без участия водорода протекают реакции, приводящие приводящие углерода, а не SiC. Поэтому замена инертного газа-носителя на водород при термическом разложении метилхлорсиланов или полностью прекращает сажеобразование. Процесс взаимодействия трихлорметилсилана с водородом протекает в две стадии. На первоначальной стадии процесса устанавливается нестабильное равновесие, при котором в качестве конденсированной фазина углерод, а не карбид кремния. На второй стадии газообразные хлорсиланы и углеводороды, образовавшиеся на первой стадии в концентрациях, отубразные хлорсиланы 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 и эпитаксиальные слои SiC. Средний размер кристаллов в слое SiC، осажденном из трихлорметилсилана при 1400°S, 1mkm, 1mkm, а при 1800°C - 15mkm.

پري 1100-1200 ° سي ميٽرڪ образовываться неравновесный твердый раствор со сверхстехиометрическим содержанием, содержанием замещающих атомы кремния، что сказывается на уменьшении параметра решетки SiC. С повышением температуры отжига до 1300°С или в результате последующего отжига избыточный углерод выделовявесном состоянии. При повышенных температурах осаждения и низких давлениях газовой среды наблюдается ориентированный рост кристаловерный سٽون سٽون. Пиролитические покрытия почти полностью состоят из ?-SiC. ڊوليا geksagonalnыh POLITIPOV составляет менее 5٪. Скорость роста пиролитического карбида кремния не превышает 0,5mm/ч. В то же время сравнительно низкие температуры осаждения (1100-1550° С) позволяют совмещать карбидокремниевые позволяют CONSTRUкционными материалами.

Основным недостатком этих покрытий является возникновение остаточных напряжений, вызванное несоответствием турытий коэффициентов линейного 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 хлорметилсилманов.

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 сублимации и активирующей называемый рекристаллизационый карбид кремния.

Материалы на основе карбида кремния начали применяться значительно раньше, чем материалы на основе карбида кремния начали 20-е годы использовались карбидокремниевые огнеупоры на связке из диоксида кремния (90%SiC+10%SiO2)، карбида кремния на нитридокремниевой связке (75%SiC+25%Si3N4) изготавливали сопла ракет. В настоящее время керамика на основе карбида кремния применяется для изготовления уплотнительных колец для насомове, смесителей, подшипников и гильз для валов, дозирующей и регулирующей арматуры для коррозионных и абразин, ڊوي، ميٽاللوپروفودون جِيڊڪيهه ميٽالوف. Разработаны новые композиционные материалы с карбидокремниевой матрицей. Они используются в различных областях, например в самолетостроении и космонавтике.