Карбид кремния В природе этот зан встречается крайне редко. Карбид кремния существует в двух модидих, из кот чхх? Установлено около 20 баш, относящихся к гексагональной омме карборунда. Переход? -SiC>? - SiC происходит примерно при 2100 ° С. При зане 2400 ° С это превращение происходит весма быстро. До зан 1950-2000 ° С обруется кубическая модич, при более высокой обе обуются гексагональные модификации. При чахах свыше 2600-2700 ° С карбид кремния возгоняется. Кристаллы карбида кремния могут быть бесцветными, зелеными һәм черными. Чистый карбид кремния стехиометрического состава бесцветен. При превышении содержания кремния SiC становится зеленым, углерода - черным.
Карборм ку имеет очень высокую твердость: H? до 45ГПа, достаточно высокую изгибную прочность :? изг до 700МПа. Карбидокремниевая замика сохраняет примерно постоянную прочность до визоких ад: бана перехода от хрупкого к хрупкопластическому разрушению для нее соверляет 2000 ° С. В то же время для самосвяазного SiC наблюдается падение прочности при высоких гахах. При комнатной зее разрушение самосвяазного SiC чискскрититное һәм носит кек скола. При 1050 ° С серя разрушения становится межкристалитным. Наблюдающееся при высоких адах снижение прочности самосвяазного SiC видвано его окислением. Прочность рекрист зизованного SiC с увеличением чы не уменьшается и, более того, возможно ее увеличение, свяазное с човованием слоя аффорфного SiO2, которя зечический вотчомещик изделий.
Карбори ку устойчив против воздействия всех гар, за кулючением фос планой һәм смеси азотной и плавиковой. К действию щелочей SiC менее устойчив. Установлено, что карбид кремния смачивается металлами группы железа һәм марганцем. Самосвяазный карбид кремния, который содержит свободный кремний, хорошо вазимодействует со сталью
При изготовлении аб абививных һәм огнеу канных изделий из SiC, а также карбидокремниевых чаграгреателе, исходными чамами служат кремнезем (кварцевый песок) и кдек. Их нагревают до высокой киноы в читрических паччах, осществляя синтезомом Аче гон:
SiO2 + 3C = SiC + 2CO2 (24)
Вокруг нагревательного паренента (сяна) получается зона синтезированногоукукта, за за - зоны кристалов низкой одоты һәм непрореагировавших чинов. Полученные в паччукукты разделяют по этим гамам, измельчают, обра кинявают һәм получают порошок карбида кремния общего назначения. Недостатком Канных порошков карбида кремния являются высокая загрязненность примесями, большо содержание диоксида кремния, плохая спекаемость и др.
Для получения вйсококачественной ацизной зо чи необходимо использовать высокочистые, чизокоди ассснее порошки SiC, кот че получают различными всокотехногичми способами. При получении порошковаром синтеза исходный конгический кремний подвергают дроблению и помолу в валковой мельнице. Измельченный порошок кремния отмивают от примесей в смеси неорганических ад и направляют на чеккое измельчение спе червный вертикальный аторор. Синтез SiC осуществляется в курсторе подачей Si в спе чныные сопла, вместо сжатого воздуха подается пропан:
t> 1100 ° С.
3Si + C3H8 = 3SiC + 4H2 (25)
В результаттате получается высокоди ацсный, аджорный, активированный порошок карбида кремния моно киноционного состава, имеющий высокую степень ановоты.
Изделия из SiC формуют п зовованием, экструзией, литьем под daвлением
В технологии карбидокремниевой зири о обикно используют горячее п повование, зизонное һәм активированное спекание.
Метод горячего п зовования позволяет получать зан с плотностью чизизкой к тететической и с визокәм механическми свойствами П. Высокая стабильность кристаллических решеток тугоплавких неметаллических соединений, свяазная с наличием жестких направленных ко ковентентных связей, определяет низкую крагиты вя дифузузныны процессов. Это затрудняет Канкание Касса Дифуз Казно-Вязкого Течения, Ответственного за опероперенос һәм уп чернение при твердофазном спекании. Учитывая это, перед п повованием в нару в чяят активирующие спекание добавки или про проятят матическое активирование (используют ультради асссные порошки, обра адывают и взрывом сляы поверхности влагу һәм осидные слои и т.д.).
Метод горячего п зовования позволяет получать только изделия довольно простой офми һәм относительно небольших размеров. Получать изделия сложной матми с высокой плотностью можногом горячего изостатического п оновования Матери чар, полученные методами обикного һәм изостатического горячего п човования, зизизки по своим свойствам.
Путем проведения горячего изостатического п зованя при всоких давленияхидовой среды (1000МПа), п чятстствующих ди дисации тугоплавких неметаллических соединений, удается повсит щеч ае пластическая дегранция.
Используя зирә активированного спекания удается спечь отформованные изделия из SiC до плотности свише 90% пр приложения давления Так получают зар на основе SiC с добавками бора, углерода һәм алюминия. Благодаря этим добавкам за оборования дифуз занного слоя на поверхности частиц, чинололиции и йруппенения при зернограничной дифузии происходит увеличение площа межчастичхед кчов.
Для получения изделий из карбида кремния также широко используется зионционного спекания, который позволяет про проитить про про про про про более низких чахах һәм получать изделия сложной вим. Для получения так называемого “самосвяазного” карбида кремния про прояят спекание п пановок из SiC и углерода в присутствии кремния. При этом происходит оборование вторичного SiC и перекристал чит SiC через кремниевый расплав. В ногоге обруются беспористые Аск, содержащие 5-15% свободного кремния в карбидокремниевой матрице. Методом гаризонного спекания получают также зиру из SiC, смормованную литьем под daвлением. При этом шихту на основе кремния и других вществ смешивают с расплавленным легкоплавким чическим связующим (парафином) до получения шл имной массы, из которой затем Затем изделие помещают в науглероживающую среду, в которой сначала про прояят отгонку легкоплавкого связующего, затем секвозное насщение заготовки углеродом причее 1100 ° С. В результаттате ссионекного спекания обруются частицы карбида кремния, кот че постепенно осолняют исходные п а.
Затем следует спекание при 1300 ° C. Реакционное спекание является экономикным процессом благодаря применению недорогого Темического оборудования, чи спекания снижается с обохнно применяемой 1600-2000 ° C до 1100-1300 ° C.
Метод чизонного спекания используется в про простстве нагреветельных аминов из карбида кремния. Ка срезя пева преватель кыза п серевя Газае Твае Траемые Твае Твае Траемые Төргстытае Газав е. зяр, мяяющие свое сопроитление под влиянием нагрева или охлаждения. Черный карбид кремния имеет высокое сопроитление при комнатной чее һәм отрицательный телевизор коэффентент сопроитления Зеленый карбид кремния имеет низкое Зуральное сопроитление и слабоотрицательный телевизор коэфафентент, переходящий в положительный при приах 500-800 ° С. Карбидокремниевые нагревательные элём квант (КНЭ) оббноно предверляют собой стержень или трубку, имеющую среднюю рабочую часть с относительно всоким витоким втсоким витоким вя вим («Холодные») Такие вы Кансные концы необходимы для надежного контакта с питающей адросетью, а также для предохранения от разрушения медиок печчи, в че че чвавают нагревеельее кун.
Про кенленность выпускает два типа нагреветельных аминов из карбида кремния: соверные нагреатели, получившие название карбу куровые, имеющие рабочий стержень и два отдельнех болье кротких в інді стержней, и стержни с утолщенными вы зныными концами (манжемеми) - силитовые нагреветели. Составные карборм читовые нагреватели формуют из полусухой массы, состоящей из крупнозернистого порошка зеленого SiC с добавками сажи (1,5%) һәм 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 зе 800-850 ° С. Силитовые нагреватели формуют экструзией на горизональном гидравлическом прессе. Мы состоит из смеси мелкозернистого SiC, сажи (20%) и фенолмярдедегидной смолы. Формуются раздельно рабочая часть һәм манж зан. Состав манжетной части рассчитан на большую проводимость и него входит около 40% Si. Отп кинованные заготовки подвергают Темическому отверждению, в результате которого смола полимеризуется. На отвержденные стержни насаживают манжетные трубки. Трамбованные заготовки обжигают в засыпке из углепесочной смеси при около 2000 ° С. Нагреватель предварительно обмазывают адопопро зящей пастой, состоящей из кокса, графита һәм кварцевого песка. Изделие спекают прямым кртертермическим нагревом в спе чныных пачах при проканкании через заготовку тока в 80-100А в течение 40-50 мин.
При спекании силитовых нагревателе имеющиеся в масса углерод и кремний превращаются во «вторичный» SiC по механизму черснного спеккана в условиях выделения гарооб кного кримнигы нагреветель. В kaчечеве засипки используют смес из из молотого песка, читтяного кокса һәм карбида кремния. 1800-2000 ° С выделяет Парооб Кныйный Кремний һәм СО, проникающие внутр заготовки һәм реагирующие с твердыми Si и С. Одновременно происходит синтез вторичного карбида кремния путем вазимодействия кремния, содержащегося в шихте, с углеродом.
Следует отметить, что стациононное спекание впервие нашло свое Бистическое применение именно в про простстве нагреветеле и изделий из карбида кремния.
Для получения плотной зири из SiC высокой адоты используют также у осаждения изизовой фазы, но из из за технологических трудностей и невозможности получать изделия трощиной блогы нанесения защитных покрытий. Для этого применяются методыйофазного синтеза SiC из летучих конгидидов кремния и угле мянородов илиг Темической ди диасасииигооб чинных кремнийорганических соединений. Для восстановления Си из кигидидов необходимо застие в пиролизе зооб чиного водорода. В kaчестве углеродсодержащих соединений применяют толуол, бензол, геекан, метан һәм др. Для про проленленного получения карбидокремниевых покрытий более удобенг термической ди өлкәсии метилх ксисиланов, имеющих стехиометрическое соотношение Si: C = 1: 1. Пиролиз СН3СиСл3 водороде при митит к оборованию осадка SiC, формирующего покрытие приахах до 1400 ° С.
Очень важную при привовании пиролитического SiC играет водород. При ди диазасии трих амеметилси ч в интертной ат аферфере частастия водорода адкают зциции, при зящие к оборованию кремния һәм углерода, а не SiC. Поэтому замена инцертного каа-носителя на водород при Темическом разложении метилх цисиланов значительно повшает выход SiC и снижает или полностю прекращает сажеоб кование. Процесс взаимодействия трих амеметилси з с с водородом кикает в дведидии. На первоначальнойдидии заса устанавливается нес кабтабильное равновесие, при котором в качестве адден адованной фазы выступают кремний һәм углерод, не не карбид кремния. На второййдиди зигооб канные х хсилланя һәм угле Кансороды, оборовавшиеся на первойдидии в чирахх, отвечающих метастабильному равновесию, реагируют друг с другом с серованием SiC. Регулируя Кыры Канкания Асаса Осаждения, можно варьировать свойствами полученных покрытий. Так, при низких адах обуются мелкозернистые һәм метастабильные зыы. С повышением зыы размер кристалов расетта. При 1400 ° С и низких скоростях осаждения обруюця монокристаллы һәм эпитаксиальные слои SiC. Средний размер кристалов в слое SiC, осажденном из трих аметметилси при при 1400 ° С, равен 1мкм, при 1800 ° С - 15мкм.
При 1100-1200 ° С. С повшением зыг отжига до 1300 ° С или в результате последующего отжига избыточный углерод выделяется в свободном состоянии. При повышенных чахах осаждения и низких давленияхидовой среды наблюдается ордиентированный рост кристалов һәм формирование столбчатой киногы. Пиролитические покрытия поти полностью состоят из? -SiC. Доля гексагональных политипов соверляет менее 5%. Скорость роста пиролитического карбида кремния не превишает 0,5мм / ч. В то же время сравнительно низкие зы осаждения (1100-1550 ° С) позволяют совмещать карбидокремниевые покрятия с любыми зин ксинсямиамамами.
Основным недостатком этих покрытий является возникновение остаточных напр зенений, в чиванное нес чоответствием мәннех коэффетентов чи чимогого расширения покрития һәм подложки (кроме случя) покрытия. Из-за сравнительно низкой киноя осаждения напр адения не релак аюются и покрития растрескиваются. Одним из способов устранения этого недостатка является получение слоистых покрытий, т.е. покрытий с зныным чередованием слоев равной толщины пироуглерода и SiC, осажденным из смеси х хетметилси с сетаном.
Кроме описанных способов получения технической зай зи из SiC, используются и другие. Методом испарения SiC и его последующей зан амацаи при 2100-2300 ° С использования связок һәм активирующих добавок получают так называемый кристральвальмарный карбид кремния.
Матери гран на основе карбида кремния аскали применагся значительно раньше, чем чар на основе Si3N4, АЛН, В4С и ВН. Уже в 20 е е годы использовались карбидокремниевые огнеуп ад на связке из диоксида кремния (90% SiC + 10% SiO2), 50-е годи из из карбида кремния на нитридокремниевой свяцкий сопла ракет. В настоящее время замика на основе карбида кремния применяется для изготовления уп пиннительнех колец для насосов, ча чисоров, смесителей, подшипников һәм гильз для валов, дрящикы корроз كانных и аб абививных сред, де кейей дир миля, копопро читов для жидких чинов. Разработаня новые Козозиционные зар с карбидокремниевой матрицей Они используются в различных областях, например в сам состостроении һәм в косомавтике.
Iş wagty: Awgust-22-2018