Карбид кремния (карборунд) SiC является единственным соединением кремния и углерода. В природе этот материал встречается крайне редко. Карбид кремния существует katika двух модификациях, na kwa которых ? ы. 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. До температур 1950-2000°С образуется кубическая модификация, при более высокой температуре образуются гексаегоильные модификация. 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.
Карборунд имеет очень высокую твердость: H? до 45ГПа, достаточно высокую изгибную прочность: ?изг до 700МПа. Карбидокремниевая керамика сохраняет примерно постоянную прочность до высоких температур: температура перехрашода от пруперашиго для нее составляет 2000 ° С. В то же время для самосвязанного SiC наблюдается 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 увеличением температуры не уменьшается и, более того, возможно ее увеличением температуры не уменьшается и, более того, возможно ее увеличением температуры уменьшается и, более того, возможно ее увеличением температуры, более того, возможно ее увеличением температуры лечивает дефекты на поверхности na во внутренних слоях изделий.
Карборунд устойчив против воздействия всех кислот, за исключением фосфорной na 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 na огнеупорных изделий из SiC, а также карбидокремниевых электронагревателей, исходными материалазеватрый песни na кокс. Их нагревают до высокой температуры kwenye электрических печах, осуществляя синтез методом Ачесона:
SiO2+3C=SiC+2CO2 (24)
Вокруг нагревательного элемента (керна) получается зона синтезированного продукта, а за ней – зоны кристаллов низкой чистопрованного продукта. Полученные в печи продукты разделяют по этим зонам, измельчают, обрабатывают na получают порошок карбида кремния общения . Недостатком данных порошков карбида кремния являются высокая загрязненность примесями, большое содержание диоксида премния, песни.
Для получения высококачественной конструкционной керамики необходимо использовать высококачественной конструкционной керамики необходимо использовать высокочистые, высокодисперсные, высокодисперсные, высокодисперсные ыми высокотехнологичными способами. При получении порошков методом синтеза исходный металлургический кремний подвергают дроблению и помолу в валковой мельнице. Измельченный порошок кремния отмывают от примесей в смеси неорганических кислот и направляют на тонкое измельчение в спейльчение в спейльчение в спейльчение в спейльчение в спейльчение в спейльчение в спейльчение. Синтез SiC осуществляется katika реакторе подачей Si katika специальные сопла, а вместо сжатого воздуха подается пропан:
t>1100 ° С
3Si+C3H8=3SiC+4H2 (25)
В результате получается высокодисперсный, гомогенный, активированный активированный порошок карбида кремния монофракционного состава, юмеючинный песни.
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 высокими механическими свойствами. Прессование проводят обычно в прессформах из графита или нитрида бора при давлениях 10-50МПа и температурах 1700-2000°С. Высокая стабильность кристаллических решеток тугоплавких неметаллических соединений, связанная с наличием жестких направленных ковантых концентрацию na подвижность дефектов решетки, заторможенность в ней диффузионных процессов. Это затрудняет протекание процесса диффузионно-вязкого течения, ответственного за массоперенос na уплотнение при твердофазином. Uchambuzi wa это, перед прессованием katika керамику вводят активирующие спекание добавки или проводят физическое активирующие спекание добавки или проводят физическое активирующие обрабатывают их взрывом для увеличения дефектности, удаляют с поверхности влагу na оксидные слои и т.д.).
Метод горячего прессования позволяет получать только изделия довольно простой формы na относительно небольших размеров. 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), препятствулузихипихихихихихихихихихихихихихихихихихихихихихихихихихихихихихихихихих диссованих диссованих диссованиях газовой среды (1000МПа). й, удается повысить температуру процесса до уровня, при котором обеспечивается их пластическая деформация.
Используя метод активированного спекания удается спечь отформованные изделия из SiC kwa плотности 90% bila malipo. Так получают материалы на основе SiC с добавками бора, углерода na алюминия. Благодаря этим добавкам за счет образования диффузионного на поверхности частиц, na укрупнения при зерузионного площади межчастичных контактов na усадка.
Для получения изделий из карбида кремния также широко используется метод реакционного спекания, который позволяет проволяет проволяет проволяет проволяет проволяет проволяет используется реакционного пекания лучать изделия сложной формы. Для получения так называемого “самосвязанного” карбида кремния проводят спекание прессовок из SiC na углерода katika присутствии кремния. При этом происходит образование вторичного SiC na 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 na других веществ смешивают с расплавленным легкоплавким органическим связующий связуюс, порганическим связующий смешивают торой затем отливают под давлением заготовку. Затем изделие помещают katika науглероживающую среду, katika которой сначала производят отгонку легкоплавкого связующего, а затемки сквозение производят отгонку легкоплавкого связующего, а затемки сквозение пературе 1100 ° С. В результате реакционного спекания образуются частицы карбида кремния, которые постепенно заполняют исходные поры.
Udhibiti wa joto wa 1300°C. Реакционное спекание является эkonomychnыm процессом благодаря применению недорогого термического оборудования, температудования спение 1600-2000°C hadi 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 kwa njia ya комнатной температуре na отрицательный температурный коэффициент скачать. Зеленый карбид кремния имеет низкое начальное сопротивление na слаботрицательный температурный коэффициент, переходяжий 5 00-800 ° С. 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 разрушения стекения, гревательные элементы.
Промышленость " тержней, na стержни у утолщенными ыыоодными концами (манжетами) - Составные карборундовые нагреватели формуют из полусухой массы, состоящей из крупнозернистого порошка зеленого SiC na 5% ya mapato (5%). Изделия формуют katika картонных чехлах способом порционного трамбования на станках. После отверждения заготовки при 70-80°С картонный чехол выжигается в трубчатой электропечи при температуре 800-850°С. Силитовые нагреватели формуют экструзией на горизонтальном гидравлическом прессе. Масса состоит из смеси мелкозернистого SiC, сажи (20%) na фенолформальдегидной смолы. Формуются раздельно рабочая часть na манжеты. Состав манжетной части рассчитан на большую проводимость na katika него входит около 40%Si. Отпрессованные заготовки подвергают термическому отверждению, в результате которого смола полимеризуется. На отвержденные стержни насаживают манжетные трубки. Трамбованные заготовки обжигают в засыпке из углепесочной смеси при температуре около 2000°С. Нагреватель предварительно обмазывают токопроводящей пастой, состоящей из кокса, графита na кварцевого песка. Изделие спекают прямым электротермическим нагревом в специальных печах пропускании через заготовку тока katika 80-100А katika 4000.
При спекании силитовых нагревателей имеющиеся kwenye массе углерод na кремний превращаются во «вторичный» SiC по механизму реакционния реакционноя песни зного 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 реагирующие своей. Одновременно происходит синтез вторичного карбида кремния путем взаимодействия кремния, содержащегося в шихте, с углеродом.
Следует отметить, что реакционное спекание впервые нашло свое применение именно в производстве нагревателей изделим изделияиз.
Для получения плотной керамики kutoka kwa SiC высокой чистоты используют также метод осаждения из газовой фазы, ноз-за технологизе текихнологизе текихнологической ть изделия толщиной более нескольких миллиметров он применяется для нанесения защитных покрытий. Для этого применяются методы газофазного синтеза SiC na летучих галогенидов кремния и углеводородов или метод термической термической дисикеской дисородов нических соединений. Для восстановления Si из галогенидов необходимо участие в пиролизе газообразного водорода. В качестве углеродсодержащих соединений применяют толуол, бензол, гексан, метан na др. Для промышленного получения карбидокремниевых покрытий более удобен метод термической диссоциации метилхлорсиланов, имеющих стехиометрическое соотношение Si:C=1:1. Пиролиз СН3SiСl3 katika водороде приводит к образованию осадка SiC, формирующего покрытие при температурах hadi 1400°С.
Очень важную роль при образовании пиролитического SiC играет водород. При диссоциации трихлорметилсилана в инертной атмосфере bila участия водорода протекают реакции, приводящие к образования, кразования, криводящие к образования, кразования. Поэтому замена инертного газа-носителя на водород при термическом разложении метилхлорсиланов значительно повышает выхород при термическом разложении метилхлорсиланов значительно повышает выхород примическом разложении метилхлорсиланов значительно повышает выхород снижает снижение ни. Процесс взаимодействия трихлорметилсилана с водородом протекает в две стадии. На первоначальной стадии процесса устанавливается нестабильное равновесие, при котором katika качестве конденсированной фазлей выступания выступания выступания ремния. На второй стадии газообразные хлорсиланы na углеводороды, образовавшиеся на первой стадии в концентрациях, отвечающихира, отвечаюбира, отвечаюбиравшиеся 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. 1400°С na низких скоростях осаждения образуются монокристаллы na эпитаксиальные слои SiC. Средний размер кристаллов katika слое SiC, осажденном из трихлорметилсилана 1400°С, равен 1мкм, а при 1800°С - 15мкм.
При 1100-1200°С может образовываться неравновесный твердый раствор сверхстехиометрическим содержанием атомовываться углеаронимы, зактомы, зактомы тся на уменьшении параметра решетки SiC. С повышением температуры отжига до 1300°С au в результате последующего отжига избыточный углерод выделяется в сводого. При повышенных температурах осаждения na низких давлениях газовой среды наблюдается ориентированный рост кристалловлов и форстрованный рост кристалловлов и формиртования. Пиролитические покрытия почти полностью состоят из ?-SiC. Доля гексагональных политипов составляет менее 5%. Скорость роста пиролитического карбида кремния не превышает 0,5мм/ч. В то же время сравнительно низкие температуры осаждения (1100-1550°С) позволяют совмещать карбидокремниевые покрытия слюбные песни.
Основным недостатком этих является возникновение остаточных напряжений, вызванное несоответствием температурнтовых температурнтовых рытия na подложки (кроме случая нанесения SiC kwenye SiC) na 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 хлорметилсилана с метаном.
Кроме описанных способов получения технической керамики из SiC, используются и другие. Методом испарения SiC na его последующей сублимации при 2100-2300° С bila ya kuathiriwa na upotezaji wa data ный карбид кремния.
Материалы на основе карбида кремния начали применяться значительно раньше, чем материалы на основе Si3N4, АlN, В4С na EN. Уже katika 20-е годы использовались карбидокремниевые огнеупоры katika suala la диоксида кремния (90%SiC+10%SiO2), kwa bei ya chini ya 50 ремниевой связке (75%SiC+25%Si3N4) изготавливали сопла ракет. В настоящее время керамика на основе карбида кремния применяется для изготовления уплотнительных основе карбида кремния применяется для изготовления уплотнительных плотнительных для насосососок, компис, компания, компания, компания, компания, компания, компания, компания, компания, компление, комплес, комписа, компания, компис, комплес для валов, дозирующей na регулирующей арматуры для коррозионных na абразивных сред, деталей двигателей, металлопроводомедодов. Разработаны новые композиционные материалы с карбидокремниевой матрицей. Они используются в различных областях, например в самолетостроении и в космонавтике.
Muda wa kutuma: Aug-22-2018