Карбид кремниа (карборунд) Сиц Авлаетса единственним соединением кремниа и углерода. В природи етот материал встречаетса крајне редко. Карбид кремниа сусествует в двух модификације, из когдех? -Мидификациа авлаетса политикна и представла собој сложуу структуру гексагональној форми. Установлено около 20 структур, относасихса к Гексагоналној форме карборунда. Переход? -Сиц>? - Сиц Происходит примерно при 2100 ° с. При Температуре 2400 ° с ето преврасение происходит весьма брзо. До температур 1950-2000 ° с обрачуетса кубическаа модификациа, при больше високој температури образуутса гексагональние модификации. При Температурах Свјери 2600-2700 ° с карбид кремниа возгонаетса. Кристалли Карбида Кремниа можно бить бесцветними, зеленими и черними. Чистиј карбид Кремниа стехиометрического состава бесцветен. При преживение содержаниа Кремниа Сиц Становитса зелени, углерода - черним.
Карборунд има очень високуу твердость: Х? До 45гПа, достаточно високог изгарних прочности :? Изг до 700мпа. Карбидокремнијваа керамика сохранает примерно постојаное прожности до високих температура: температура перехода от хрупкого к хрупкопластически разрушение дла нее составлает 2000 ° с. В то же време за самосвазанного сиц наблудаетса падение прочности при високих температурах. При комнатној температура разрушение дамперского сиц Транскристаличное и носит карактер скола. При 1050 ° С карактеристикама разрушениа становитса межкристаллитним. Наблудаусеса при високих температурама снижение прочности самосвазанного сиц визвано его окислением. Прочность рекристализованого сиц с увеличением температури не уменьсаетса и более того, мозможно је увеличение, свазанное с образанием слоа аморфного сио2, коториј залечивает дефекти на Поверхности и во внутренних слоах изделиј.
Карборунд устојчив против воздејствиа всех кислот, за исклучением фосфорној и смеси азотној и плавиковој. К дејствиу селочеј сиц Менее устојчив. Установлено, что карбид кремниа смачиваетса металами группи железа и марганцем. Самосвазанниј карбид кремниа, коториј садржат Свободниј кремниј, хорошо взаимодејствует со стальу.
Пригодовлении абразивних и огнепорних изделиј из СИЦ, а также карбидокремниевих Електронагревателеј, исходними материалами Служат кремнезем (кварцевиј песок) и кокс. Их нагреваут до високој температуре у електрическим печах, осовинским ачесим методом Ачесона:
СиО2 + 3Ц = СИЦ + 2Ц02 (24)
Полупшительного елемента (КЕРНА) получаетса зона синтезированного продукта, а за неј - зони кристаллов низкој чистоти и непрорегироватьхом компонентов. Полученние в печи продукти разделаут по етим зонаму, измельчаут, обративать и получаут порошок карбида кремниа обсего назначениа. Недостатког данних порошков Карбида Кремниа авлаутса високаа загразненность примесами, большее содержание диоксида кремниа, плохаа спекаемость и др.
За получениа висококачественној конструкцијској керамики необходимо использовать високочистие, гомогенние, високодисперсние порошки сиц, когда получаут различики високотелолологичними Способами. При получении Порошков Методом Синтеза исходниј металуллургическиј кремниј подвергаут Дробление и помоло в Валковој мельнице. Измельченниј порошок кремниа отмиваут от примесеј в смеси неорганическиј кислот и направлаут на тоное измельние в специальниј вертикальниј реакор. Синтез Сиц Осусестлаетса в реаконое поддиг Подачеј си в специальние сопла, а вместо сжатого воздуха подаетса пропан:
Т> 1100 ° С
3Си + Ц3Х8 = 3СИЦ + 4Х2 (25)
В результати получиетса високодиспосничниј, гомогенниј, активированиј порошок карбида кремниа монофракционного состава, имеусиј високу степень чистоти.
Изделиа из СИЦ формуут пресованием, екструзиеј, литьем под давлением.
В Технологии Карбидокремниевој керамики Обично использовать горачее презове, реакционное и активированное спекание.
Метод горачего пресованиа Позволать получить материали с плотностьу близкој к теоретическој и с високимим механическим својству. Пресение проводат обирно в прессах из графита или нитрида Бора при датлениах 10-50мпа и температурах 1700-2000 ° с. Високаа стабильность кристаллических ресеток тугоплавких неметаллических соединениј, свазаннаа с наличием жестких направленних ковалентних свазеј, определат низкуу концентрации и Подвижность дефектов решетки, заторможность в неј диффузионних процесов. Ето затруднает протекание процеса диффузионно-вазкого течениа, ответственного за масоперенос и уплотнение при твердофазном спекании. Учитиваа ето, перед презованием в керамику вводат активируусие спекание Добавки или проводат физические активирање (использоваут ултрадисперсние порошки, обрававать их взривом За увечене дефектности, удалаут с поверхности влагу и оксидние слои и т.д.).
Метод горачего прессованиа Позвуе получить только изделиа довольно простој форми и относельно небольших размеров. Получать Изделиа сложној форми с високој плокнастьу можно методом горачего изостатического пресованиа. Материали, полученние методами Обичного и изостатического горачего презове, близки по своим својства.
Путем проверио горачего изостатического пресованиа при високих давлениах газовој средди (1000мпа), препатствуусих диспоации тугоплавких неметаллических соединениј, удаетса Подизить температуру процеса до нивоа, при котором обеспечиваетса их пластическаа деформација.
Используа метод активированого Спеканиа Удаетса Спечь отформованние изделиа из СИЦ до плоности Свише 90% без приложениа давлениа. Так получаут материали на основе СИЦ с добавками Бора, угледи и алуминиа. Благодара етим Добавкам за счет образованиа Диффузионного слоа на поверхности частиц, их консолидации и укрупнениа при зернограничној диффузии происходит Увеличение плосади Межчастичних контаката и усадка.
За получениа Изделиј из кардида Кремниа также широко користиетса метод реакционного спеканиа, коториј предозводни проводить процесс при больше низких температура и получить изделиа сложној форми. Дла получениа так назваемого "дамперсказанного" Карбиј Кремниа проводат спекание пресовок из сиц и углерода в присутствии кремниа. При етом происходит образование вторичного сиц и перекристализациа сиц через кремниевиј расплав. В Итоге образуутса беспористие материали, содержасие 5-15% Свободного кремниа в карбидокремниеј матрице. Методом реакционного Спеканиа Получаут также керамику из Сиц, сформовеннуу литьем под давлением. При етом шихту на основе кремне и другој весеств смешиваут с расплавленним легкоплавким органическим свазуусим (парафином) до получениа шликерној масси, из которој затим отливаут под Давлением заготовку. Затем изделие помесаут в наулороживаусуу среду, в которој сначала Производьт отгонку легкоплавкого свазуусего, а за за законское сквозного насисение заготовки угледом при температуре 1100 ° с. В результати реакционного спеканиа образуутса частици Карбида Кремниа, когда постепенно заполнаут исходние пори.
Затим следует спекание при температуре 1300 ° Ц. Реакционное спекание авлаетса економичне процесе благодара примене недорогого термического оборудованиа, температура спеканиа снижаетса с ободаетса с обицно применаемој 1600-2000 ° Ц до 1100-1300 ° Ц.
Метод реакцијского спеканса Употријебить в произвођач нагревательних елементов из Карбида Кремнија. Електронагревательние сопротивлениа из Карбида Кремниа представлаут собој так назваемие Термистори, т. е. Материали, менаусие свое сопротивление под вријемством нагрева или охлаждениа. Черниј карбид кремниа имеет високое сопротивление при комнатној температура и отрицательниј температурниј коеффицинт сопротивлениа. Зелениј карбид Кремниа имеет низкое начелное сопротивление и слабоотрицательниј температурниј коефицитет, переходасиј в положительниј при температурах 500-800 ° с. Карбидокремниевие нагревательние елементи (кне) Обично представљать собој стержень или трубку, имесуу среднуу рабочуу часть с относительно високим електрическим сопротивлением («Горачаа» Зона) и виводние («Холодние») Конци с более низким Електросопротивлением, когда не нагреваутса в процеси експлоатации печи. Такие виводние конци необходими дла надежного контаката с питаусеј електросеть, а также за предохранение от разрушениа стенок печи, в когда Угладивать нагревательние елементи.
Промишленность випускает два типа нагревательних елементов из кардиа Кремниа: составние нагреватели, получившие название карборундовие, имеусие рабочиј стержень и два отдельних более коротки Контактне вивода в видеи пропитанних металлом карборундових стержнеј, и стержние с утолсенними виводними концами (манжетами) - силитовие нагреватели. Составние карборундовие нагреватели формуут из полусухој масси, состоасеј из крупнозернистого порока зеленого сиц с добавками сажи (1,5%) и жидкого стекла. Изделиа формуут в картонних чехлах способом порционного трамбованиа на станках. После отверждениа Заготовки при 70-80 ° с картонниј чехол вижигаетса в трубчатој електропечи при температуре 800-850 ° с. Силитовие нагреватели формуут ектузиеј на горизонталној гидравлическом пресусу. Масса состоит из смеши мелкозернистого сиц, сажи (20%) и фенолформальдегидној Смоли. Формуутса раздельно рабочаа часть и манжети. СОСТАВ МАНЖОТНОЈ ЧЕСТИ РАССЧИТАН НА БОЉСУУ Проводим и в него входит око 40% си. Отпрессованние заготовки подвергаут термически отверждение, в результате которого смола полимиризуетса. На отвержденние стержни насаживаут манжетние трубки. Трамбованние заготовки обжигаут в засипке из углепесочној смеси при температури около 2000 ° с. Нагреватель представительно обмазивать токопроводасеј пастој, состоасеј из кокса, графита и кварцевого песка. Изделие спекаут прамим електротермическим нагревом в специальним печах при пропускании через заготовку тока в 80-100а в течение 40-50 мин.
При Спекании силитових нагревателеј имеусие у массе угледу и кремниј прерасаутса во «вторичниј» сиц по механизму реакционного спеканиа в условиах виделениа парообразно кремне из Засипки, куда помесаут обжигаемиј нагреватель. В качестве засипки использовать смесь из молотого песка, нефтаного кокса и карбида кремнија. Ета смешь при темперутури 1800-2000 ° с виделает парообразниј кремниј и со, проникаусие внутрь заготовки и реагируусие с твердими си и с. Одновременно происходит синтез вторичного карбида кремниа путем взаимодејствиа кремниа, содержасегоса в шихте, с угледом.
Следећа отметить, что реакционное спекание впервие нашло свое практичное примене именовање и изделиј из Карбида Кремнија.
Дла получениа плотној керамики из сиц високо чистоте использовать также метод осаждениа из газовој фази, но из-за технологических трудности и невозможности получить изделиа толсиној Более нескольких милиметров он применаетса дла нанесениа заситних покријь. За етого применаутса методи гасофного синтеза сиц из летучих галогенидов кремниа и углеводоров или метод термическој диспоации газообразних кремнијорганических Соединениј. За восстановлениа СИ из галогенидов необходимо участь в пиролизе газообразного водорода. В качестве угледсодержасих соединениј применаут толуол, бензин, гексан, метан и др. За промишленного получениа карбидокремниевих покрити болье удобен метод термическој диспоации метилхлорсиланов, имеусих стеХиметрическое соодношение си: ц = 1: 1. Пиролиз СН3СиСЛ3 в водороде приводите на образваниу осадка СИЦ, Формируусего покритие при температурах до 1400 ° с.
Очень важнуу роль прибразовании пиролитического сиц играет водород. При диспоации трихлорметилана в инерној атмосфере без участиа водорода протекаут реакции, приводасие к образваниу кремниа и углерода, а не сиц. Поетому замена инерного газа-носитела на водород при термическом разложении метилхлорсиланов Значительно повишает виход сиц и снижает или полностьу прекрасает сажеобразование. Процес взаимодејствиа трихлорметилсилана с водородом протекает в две стандии. На первоналној стадии процеса устанавливает нестабильное равновесие, при котором в качестве конденсированној фази виступаут кремниј и углед, а не карбид кремнија. На второј стадии газообразние хлорсилани и углеводороди, образовшиеса на первој стадии в концентрации, отвечаусих метастабильному равновесиу, реагируут друг с другов с образованием Сиц. Регулируа Параметри Протеканиа процеса Осаждениа, можно варьировать својства полученних покритиј. Так, при низких температура Образуутса мелкозернисти и метастальние структури. С Поверсением температури Размер кристаллов растет. При 1400 ° С и низких скоростах Осаждениа образуутса монокристалли и епитаксиальние слои Сиц. Средњи размер кристаллов в слое сиц, осажденном из трихлорметилсилана при 1400 ° с, равен 1мкм, а при 1800 ° с - 15мкм.
При 1100-1200 ° с може бити образовиватьса неравновесниј твердиј раствор соверхстехиметрическим содержанием Атомов Углерода, Замесаусих Атоми кремниа, что сказеваетса на уменьшении Параметра решетки Сиц. С Поверсением Температури Отжига до 1300 ° С или у резултатима последичного отжига избиточниј углед виделаетса в слободно состоании. При повишенних температурах Осаждениа и низких давлениах газовој средди наблудаетса ориентированниј раст кристаллов и формирование столбчатој структури. Пиролитические покривает почти полностьу состоат из? -Сиц. Дола ГЕКСАГАНььНИХ ПОЛИТИПОВ СОСТАВЛАЈЕ МЈЕНЕ 5%. Скорость роста Пиролитического карбида Кремниа не превитсает 0,5мм / ч. В ТО ЖЕ ВРЕМА СРАДНИТЕЛНО НИСКИЕ ТЕМПЕРАТУРИ Осаждениа (1100-1550 ° с) Позволаут совмесать карбидокремниевие покритиа с лубими конструкционними материалами.
Основни недоставки етих покритиј свеетса возникновение остаточне напражениј, визванное несответствием температурних коферијсков линеного расширениа покритии и подложки (Кроме случаја нанесениа сиц на сиц) и анизотропиеј покритиа. Из-за сравнительно низкој температура осаждениа напражениа не релаксируутса и покритиа растрескиваутса. Одним из способов устранениа етого недостатка авлаетса получение слоистих покритиј, т.е. Покритие с регуларним чередованием слоев равној толсини пироглерода и сиц, осажденним из смеси хлорметилсилана с метаном.
Кроме описане способов получениа техническое керамики из сиц, использоватьса и других. Методом Испарениа Сиц и его последсуеј субликеции при 2100-2300 ° С без користи Свакок и активируусих добавок получаут так назваемиј рекристализационниј карбид кремниа.
Материали на основе Карбида Кремниа начали применатьса знательно раньше, чем материали на основе Си3Н4, АЛН, В4С и ВН. Уже в 20-е годи Использовались карбидокремниевие огнеупори на свазке из диоксида кремниа (90% сиц + 10% сио2), а в 50-е годи из карбида кремниа на нитридокремниевој свазке (75% СИЦ + 25% СИ3Н4) Изготавливали сопла ракет. В настоасее врема керамика на основе карбида кремниа применаетса дла изготовлениа уплотнительних колец дла насосов, компрессоров, смештела, подшипников и гильз за валов, дозируусеј и Регулируусеј арматури дла коррозионних и абразивних средњих средњих дела, деталеј двигателеј, металлопроводов дла жидких металлов. Разработани новие композиционние материали с карбидокремниевој матрицеј. Они используутса в различних области, например в самолетороении и в космонавтике.
Вријеме поште: август-22-2018