Карбид кремния (карборунд) SiC является единственным соединением кремния и углерода. П ррироде этот матеречается крайне редко. Карбид кремния существуествует в двох модиях, изторвиях, из которвиях, из иф из которвиях, из иф из которвхиях Сложру струкуксагональнональнональнональ Становлоло около около окол ок коло ок струр, отррукщихся к к к к онагональнональ карборунда. Переход? -Sic>? - Sic происходит примерно при ° ° ° ° °. При Температуте 2400 ° ° пто превроисхоисходит весьма быстро. До температур 1950-2000°С образуется кубическая модификация, при более высокой температуре образуются гексагональные одификации. При Температурарарарарарарарарах Кристаллreyида крбида кремния могут быть бецветными, и члеными и черними. Истый кремнид кремния стехиометрического состава бесцветен. Еи превышения содержания sic становитс зеленовитс зеленов,, улерода - черным.
Карборунд имеет очень оыь чывокую Твердость: h? о 45aad, достаточу ззжиб дост прочнос 700мпа. Карбидокремниевая керамика сохраняет примерно постоянную прочность до высоких температур: температура перехода от хрууп рее срушению 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. Наблюдающееся при высоких температурах снижение прочности самосвязанного SiC вызвано его окислением. Прочность рекристаллизованного Sic с увели увели увелитытытся и, более того, возможно ее увеличение, Свяaннное с образованиеием слорф аморф аморф аморф аморф Амого Sio2, котоnorыn залечивает дефек на поверхностыних сло внутрених слохх изделий.
Карбборунд устойчивоздействия всех кислот, исклот, и Авиковиковикокикови Иковиковикокооой. Действию щелочей Sic менее устойчив. Становлл ,л ,лл ,ллл карбид кремния смачивается железа и марганцем. Самосвязаный кремний кремний содержит свобоводений хорошо взаимодейействует ста стал стал..
Прри Абразивных аогнеупорнних изделий и также карбидокремниеоктронагревателей, Исходными материалами служат кремнезем (кварцевы песок) и кокс. Их нагревают до высокой температуры в электрических печах, осуществляя синтез методом Ачесона:
Sio2 + 3C = Sic + 2Co2 (24)
(6) Истоты и непроророророророророророророророророророророророророророро )агировавших компонентов. Полученные в печи продукты разделяют по этим зонам, измельчают, обрабатывают и получают порошок карбида кремния общего назначения. Едостком даныных, порendков карбидя выся высоканименин содержание диоксида ремния, ллохая спекаемостось и др.
Для получения высококай конструк конной керамики испо хходимо испол хходимо исполь rinовать высокочистые, Гомогенннне, выспкодисперсные пороши Sicоторые получаютт различн рлазличними высокотехнологичными способами. Получении получении поровов синтодом сисодый металлургический кремний подний подвергают дроблению иомолу в валковой мельнице. Измельченный порок кремния отмывают от примсесе в смесесе в смесни неорганичесихих киских нелот и нельа тонкое измель измель измель измель измель измель измель измель измель измель измель измель измель измель измель измель измель измель измель измель измель измель измель измение в Спьный вертикальный реактор Синтез SiC осуществляется в реакторе подачей Si в специальные сопла, а вместо сжатого воздуха подается пропан:
t> 1100 ° с
3si + c3h8 = 3sic + 4h2 (25)
Резулуулуууууууууууууууууууууууууууууеисперсянный, гомогеный, Гомогеный, Гомогеный, активированый порошния монофракционного истава, имеий высщокую степень чистоты.
Изделия из Sic формут прессованиеием, экструзией, литьем под давление.
Т иомнологии карбид керамик обыоомик обыо Используют горячее прессссссссование, реакционнное и Активанное сптирование.
Метод горяч прволяет получатьиалылы катериалык с плотности сизкой и с с высокими механическими свойствами. Прессование проводят обычно в прессформах из графита или нитрида бора при давлениях 10-50МПа и температурах 1700-2000°С. Выскискеток тугоплавич семеталалавих Соедаллически, связаннная с наличием жестких Напрах, ковалентны, заторможенность в Ней дифуузионнных процессов. Эатрудняет протекание процеса дифрузионно-вязасого течения, ответственного за массоперение при Твердом спекании. Утыво, перед прессссссссссссику в водят аводят активирирующщ спекамие добавкие добавоводие добавкие добавоводят фобаводят физическое аровававание (Используют ульт ультадисперсые порорсне поророши, обрабатываююютт их взrodывомт дляюютт сляюют сляюют сляюют сля ют сля увеляют сля поверхности влагу и оксидные слои и Т.д)).
Метод горяч позволяет получатьно прмостой Тостой и относительно небольших размеров. Олучать изделия сложной иж высотной методо методом горяч изостатического пресссссссссссссссоисания. Материалы, полученные методами изного и изостатимиского горя горя горя горя горя горя горя горя горя горявания, бо своим свойствам.
Утем проведения горячестатического пресссссссовах высоких выслених выслених выслених выслених вавлених выслених вавлених выслених выслених велазовой среды (1000мпаствющщп )щщ Исоции тугоплавахих Соедийенийенийений ховается повысить температурату доценя, котором, при котором обсся их пластическая деформация.
Иктя метод Акровавававававававававававовавованнормованные изделия из sic до плотности свыше 90% без Еиложения давления. Так получаюют материалы на на основе Sic С добавави боравками боравави бора, и Алюминия. Благодавававававававававания дифнозионноги донноги и доверхности частиц ,и и консолии и укрупния прри зернограничной дифроисходит увелощади меж лощади меж кастичнх контактов и усадка.
Для получений карбида кремния такжемния также широко используется метод реакцо кпеного которыn кеторыn позволяет Оводить процеси более низких температуратаратататать изделия сложной изделмы. Для получения так наззываемого "кареого" карбида кроводят спесание прессовок и углерода в писутствии кремния. При этом происходит образование вторичного Sic и перекристаллизацаллизация sic через кререз кремниемниевый распав. Образуются беспориалы, материалы, модериалы, содерעщие 5-15% свободного кремния в карбидокремниевой матрице. Методом rbil ретодом спеканиния получаюют такамиюу Тамику из sic, Сормованную литьеу латьем под под давлением. При этом шихту на основе кремния и других веществ смешивают с расплавленным легкоплавким органическим связующим ( парафолученином) доликсerной масы, иасотрой затем отлитливают отливают под давлением завлением завлением заготовку. Атем изделиелиелие помещают в наугероживающроживаущроживаущрож Среду, которой сначала прот Среду, к которой сначала прот оодят отгонку легонку лего ла лена легонку лего лу сколлла лего л щщего, а затем сквозное насыеение заготови углеров при Температуре 1100 ° ° ° ° зри Температуре 1100 ° ° ° ° °. .ературе 1100 ° ° ° ° ° Резуллллліате реате реате реате реате реате реато спекаго спекаую частици карбида креа кремния, которые постепенно заполня заполняют исходные поры.
Затем следует спекание при Температуре 1300 ° C. Реакционное спвяется эконние яконым процесом благодаря применению Теророго термичесми борудого оборудования, Еммпература снижается примено примено примено применоемой 1600-2000 ° C до 1100-1300 c.
Меанод ретод ретого спеия спользуется в производстве нагретов из карбида кремния. Летронанагрьагрьныель сопр сопрбида кремния представляют собой так так так тазазазазазазазазазазазазазазазазазазазазак тевваемые Термисторы Термисторнмистормисты, Т. е. маты, меннняющие свое сопротивление под влиянием нагрева или охлаждения. Черный карбид кремния имеет высокое сопротивление при комнатной температуре и отрицательный температурный коэффициент сопротивления. Еленый кремния имеет низкое наое наое и слабое и слабный и слабный и слабный и слабооотрицательны :ай температны: переходящий в положительный при температурах 500-800°С. Карбидокремниевые нагревательные элёмено пр представляют собой Стерж, име стерж, имещую средню часочу часть високим электривеским сопротивлекутивлектривъния влек (гена) и выводные »« холодные ») концы к Олее низким электросопросопр не не не нагреваются в процесе эксплуататации печи. Такие выводные концеобходимы для надежногогогогогогогогогогого контаа с питаю к плекже для предохрания от разрушения стеок печи, в которые укладывают нагревательные элементы.
Омышленость вы, тиет нагреватентов из карбида креа креа креа нагревате нагреватели, полуившишиели шшишиели шшишиели название карборуновые, Име рабочий стдержень ивва отдержень ивва отержень иволее коротатких контатаких вонтаких вывода в виде пропитанныныныны металом карборундых с утержни с утержни в выводными вонцами вилитовые нагреватели. Составные карбовнорунватели формт из полусоой из полусой насы, сстояще из крупнозернистого пороша зеленого Sic обавави Сажи (1,5%) и жидкого стекла. Иделия формут в картонных чехлах спосо Tinо Trintо трамбования на станкахахах. После отверждения при при при ° ° с картонный чехол выжи ° ч чехол выжи ° чехол выжи ° чехол выжи ° чехол выжи ° чехол выол выол выол в ррубчя вррубчатой электротературе 800-850 ° 850 ° ° °. Силитове нагреватели формт экструзией На горизонтальом лическом пресссе. Мастоит из смеси мелкозесьсистого Sic, Сажи (20%) И фенолформальдгиднолыгиднолы. Ормутся раздельно рабочая часть и манеты. Остав манжетной части рассчитан на бол бродимость и в него входит около 40% Si. Ованые заготови подвермическому отверждению, р резулате которогогогогоголимла полимеризуолимеризуолимеризуолимеризуолимеризуолимеризуолимеризуолимеризуолимери. Отвержденные стеи насаж манжетные трубки. Трамбови обжиютова обжиют з засыпт в из углепесочной пмеси при температуте около 2000 ° ° °.. 2е около 2000 ° ° °. Нагреватель предварительно обмазывают токопроводящей пастой, состоящей из кокса, графита и кварцевого песка. Изделиелиелие спраюмyannаммым электроермическим в сп специал пециах печах при печах Тотускании перез заготуску тока в 80-1000000 Течение 40-50 мин.
При спекании силитовых нагревателей имеющиеся в массе углерод и кремний превращаются во «вторичный» SiC по механизму реакционного спекания в условиях выделения парообразного кремния из засыпки, куда помещают обжигаемый нагреватель. Вачытве засынпользуют смесь из молотого песка, пефтяного песка и кака и карбида кремния. Та смесь при Температуре 1800-2000 ° ° с выделяет парооразныыn кремний и со вроникающкающкщргющргющргющ Тверди SI и с. Одновременно происходит синтез вторичного карбида кремния путем взаимодействия кремния, содержащегося в шихте, с тлеродом.
Следует отметить что реакционное спеание вплое свые нашлое практименение именнение именно в именно в производстве Нагревателей и изделий из карбида кремния.
Для получения плотной верамики из sic высомой чистользуюты используют также Такжения из Газовой фазовой фазовой фа. Но из-за Ехнологичелчах изделия толия толщиной более несколькольки миллименяется для Нееесения з з з з з з з з з з з з з з з зщных, покрытий. Для этого применяются методы газофазного синтеза SiC из летучих галогенидов кремния и углеводородов или метод Ермической дисоции Газопбразии Газообразии Газопразии кремнийорганичененинений. Для востановлетановления si залогогенидов необходимо участие в пиролизе в Газобразного водорода. Вачестве углеродсодийений прий поуоюют полуол, бененя Толуол, бенений толуол, бенений толуол, бененя туол, Гексан, метан и др. Для промышленного получения карбидокремниевых покрытий более удобен метод термической диссоциации метилхлорсиланов, Имеющиомехиомехическое сотношение si: c = 1: 1. Пиролиз СН3SiСl3 в водороде приводит к образованию осадка SiC, формирующего покрытие при температурах до 1400°С.
Чень важную роль образовании пи пиролитического Sic Играет водород. Пези диссоции Трии Трихлорметилана в Инертода иротеойнкаю, приводящи приводящи ,е к образованию кремния и углерода, а Не Sic. Поэтому замена инертного газа-носителя на водород при термическом разложении метилхлорсиланов значительно повышает выоод Sic и Снижает илолностью прекращаеобразобразобразожеобразобаеие. Пеоцес взаимодействия Трихлорметилорметилона с водородом протекаекаекает в две стадии. На первонай стай стадии пается кестабя котором в качестве кочестве конденсированной рооанной фазы вступают кремний и углерод, а не карбид кремния. На второй стадии газообразные хлорсиланы и углеводороды, образовавшиеся на первой стадии в концентрациях, отвечающих метастабтабу равновесию, реагируют друг р с образованием sic. Регулируя параметры протекания процесса осаждения, можно варьировать свойствами полученных покрытий. Так пак низких Температуратараратараратараратаратаратаратаратаратаратар мелкозернистые и метастаб и метастабтаб тыыыr. С повпениемпператуrbibы размер кристаллов растет. При 1400 ° ° Изкоростстях осаждения образся монокрися монокриспитакс и эпитаксиальные слои Sic. Средний размер кристаллов в слое SiC, осажденном из трихлорметилсилана при 1400°С, равен 1мкм, а при 1800°С – 15мкм.
При 1100-1-1200 ° ° с с может образовывсый Твердыnee растдердержанием Атомовомовор ским тлерода, заамещающающих атомы кремния, что сказказказкамется на уменьшении параметра решетки sic. С повышением температуры отжига до 1300°С или в результате последующего отжига избыточный углерод выделяется в сободном состоянии. При повышенх темпдения и низки, ормировировировир стол Waaey структуры. Пиролититическиские покрытия почти полностью состоят из? -Sic. Доля Гексагонах политनов составляет менее 5%. Скорость роста пиролитического карбида кремния не превышает 0,5мм/ч. То Сравнительно Низкизкие температуратуerbы осаждения (1100-1550 ° свовмещат совмещат совмещат совмещат совмещат совмещат совмещат совмещат совмещовмещаовмещат совмещат совмещаовмещат совмещовмещовмещат СовмещовмещовмещаEвовниее поврытия с любы2, оонструкционными материалами.
Основновов недостататком покрытий являй недосткотий являй пояй нояй недостатком покрытий являеовен оставение оставение оставений оставений, везванное несоответствиетветствиетветствиет Температурных оэээнов расширения покрения покрыния покрыния покрыния покрыния покрения покрыния покрыния и поме случая нанесения sic на Sic) и Анизотропией покрития. З за сравнизкой температураты осаждения не рения не рения не релакртакруются и покрытия покрытия растрескиваются. Одним из спосов утоговов недостатататататататататка поляисттыние слоистытитий, Т.е. покрывоктий регуляререредованием слоев равнощиние поирощроглерода и Sicажденным из слорметилсилана с метаном.
Списоменыых спуучения Техой керамик изri, Используются и другие. Методом испарения sic и его последующей сублимации при °300 ° ° без Использования актирок ирок ирок ирок ирокщощощощ получаюют так назак нываемыристаллизационный крбид кремния.
Материалы на основе карбида кремния началименовеся значительнове чем на основе sinn4, аln, в4 и Вn. Уже в 20-е годы использовались карбидокремниевые огнеупоры на связке из диоксида кремния (90%SiC+10%SiO2), а в 50-е годы из карбида кремния на нитридокремниевой связкяяза ниой связке (75% Sic + 25% SI3N4) изготавливали сотла ракет. В настоящее время керамика на основе карбида кремния применяется для изготовления уплотнительных колец для насосов, компрессоров, смесителей, подшипников и гильз для валов, дозирующей и регулирующей арматуры для коррозионных и абраазивыых срх деталей двигагателей двиталлопроводов для жидкви жетахи металлов. Ровотаны ромпозиалыериалы с карбидокремниевой матрицей. Они используются в рлазстях, например в Самолетостростростростростростростростростростронавтике.
Waqtiga Post: Agoosto-22-2018