Карбид кремния (карборм уд) SiC является единственным соединением кремния и углерода. В природе этот зан встречается крайне редко. Карбид кремния существует в двух модиирхх, из котинх? -Модийка является политипной һәм предверялят собой сложную гиду гексагональной чимы. Установлено около 20 баш, относящихся к гексагональной омме карборунда. Переход? -SiC>? - SiC происходит примерно при 2100 ° С. При чине 2400 ° С это превращение происходит весьма быстро. До зан 1950-2000 ° С обруется кубическая модич, при более визокой обе обруюця гексагональные модификации. При чахах 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.
Карборм буме имеет очень высокую твердость: Н? до 45ГПа, достаточно высокую изгибную прочность :? изг до 700МПа. Карбидокремниевая гарамика сохраняет примерно постоянную прочность до визоких адин: бана перехода от хрупкого к хрупкопластическому разрушению для не со совляет 2000 ° С. В то же время для самосвяазного SiC наблюдается падение прочности при визоких гахах. При комнатной зуе разрушение самосвязанного SiC чискскристититное һәм носит кек скола. При 1050 ° С серя разрушения становится межкристалитным. Наблюдающееся при визоких адах снижение прочности самосвязного SiC видвано его окислением. Прочность рекристистизизованного SiC с увеличением чыры не уменьшается и, более того, возможно е увеличение, свяазное с серовованием слоя аморфного SiO2, которя зечический вотчомы изделий.
Карборт устойчив против воздействия всех гар, за класлючением фос аной 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 чаграгреателее, исходными чамами служат кремнезем (кварцевый песок) и кдек. Их нагревают до визокой кины в чактрических паччах, осуществляя синтезомом Аче гоня:
SiO2 + 3C = SiC + 2CO2 (24)
Вокруг нагревательного паренента (яшьна) получается зона синтезированногоукукта, за за за - зони кристалов низкой осоты һәм непрореагировавших чинов. Полученныны в в паччукукты разделяют по этим гамам, измельчают, обра кинявают һәм получают порошок карбида кремния общего назначения. Недостатком Канных порошков карбида кремния являются всокая загрязненность примесями, большо содержание диоксида кремния, плохая спекаемость и др.
Для получения высококачественной ацизонной зири необходимо использовать визокочистые, чизокоди аксные порошки SiC, кот челе получают различными всокотехногичи способами. При получении порошковаром синтеза исходный конгурический кремний подвергают дроблению и помолу в валковой мельнице. Измельченный порошок кремния отмивают от примесей в смеси неорганических ака и направляют на чеккое измельчение в спе червный вертикальный адвор. Синтез SiC осуществляется в киторторе подачей Си в спе чныные сопла, вместо сжатого воздуха подается пропан:
t> 1100 ° С.
3Si + C3H8 = 3SiC + 4H2 (25)
В резулькаттате получается визокоди ацсный, консорный, активированный порошок карбида кремния моно чиснисно состава, имеющий всокую степень ановты.
Изделия из SiC формуют п паровованием, экструзией, литьем под давлением.
В технологии карбидокремниевой зири о обикно используют горячее п човование, зизонное һәм активированное спекание.
Метод горячего п зовования позволяет получать зан с плотностю чизизкой к тететической и с визоким механическми свойствами П. Высокая стабильность кристаллических решеток тугоплавких неметаллических соединений, свяазная с наличием жестких направленных ко ковентентных связей, определяет низкую кранчические в ди дифузузныных процессов. Это затрудняет Канкание Казса Дифуз Азно-Вязкого Течения, Ответственного За Апоперенос и уп Сирнение при твердофазном спекании. Учитывая это, перед п серованием в гаряу в чяят активирующие спекание добавки или про проятят физическое активирование (используют ультради асссные порошки, обра аквявают и взрывомы поверхности влагу һәм осидные слои и т.д.).
Метод горячего п зовования позволяет получать только изделия довольно простой офми и относительно небольших размеров. Получать изделия сложной форми с высокой плотностью можногом горячего изостатического п читования. Матери чар, полученные методами обикного һәм изостатического горячего п човования, зизизки по своим свойствам.
Путем проведения горячего изостатического п серованя при всоких давлениях чиновой среды (1000МПа), п чятствующих ди дисазияи тугоплавких неметаллических соединений, удается повситощы пластическая деканция.
Используя зир активированного спекания удается спечь отформованные изделия из SiC до плотности свыше 90% пр приложения давления. Так получают зар на основе SiC с добавками бора, углерода һәм алюминия. Благодаря этим добавкам за одовования дифуз занного слоя на поверхности частиц, чинололияции и йруппенения при зернограничной дифузии происходит увеличение площа межчастичхик кчов.
Для получения изделий из карбида кремния также широко используется зиссионного спекания, который позволяет про прогить про про про более низких чиха һәм получать изделия сложной вимы. Для получения так называемого “самосвяазного” карбида кремния про прояят спекание п зановок из SiC и углерода в присутствии кремния. При этом происходит обрование вторичного SiC и перекристал аи SiC через кремниевый расплав. В ногоге обруются беспористые ацар, содержащие 5-15% свободного кремния в карбидокремниевой матрице. Методом зизонного спекания получают также зиру из SiC, смармованную литьем под давлением. При этом шихту на основе кремния и других веществ смешивают с расплавленным легкоплавким киническим связующим (парафином) до получения шл чамной 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 зизонного спекания обруются частицы карбида кремния, кот че постепенно адолняют исходные п акин.
Затем следует спекание при 1300 ° С. Реакционное спекание является экономикным процессом благодаря применению недорогого Темического оборудования, чи спекания снижается с оббовно применяемой 1600-2000 ° C до 1100-1300 ° C.
Метод чизонного спекания используется в про простстве нагревательных аминов из карбида кремния. Электронагревательные сопроитления из карбида кремния предверляют собой так называемые Темистист а, т. е. чар чан, меняющие свое сопроитление под влиянием нагрева или охлаждения. Черный карбид кремния имеет визокое сопроитление при комнатной чее һәм отрицательный гильный коэффентент сопроитления. Зеленый карбид кремния имеет низкое одальное сопроитление и слабоотрицательный кинный коэфафентент, переходящий в положительный при адахах 500-800 ° С. Карбидокремниевые нагревательные элмм квант (КНЭ) оббноно предверляют собой стержень или трубку, имеющую среднюю рабочую часть с относительно всоким адтрическим сопроялея («Холодные») Такие вы Кансные концы необходимы для надежного контакта с питающей адросетью, а также для предохранения от разрушения апок пччи, в котеве чиввают нагреветельеевер к.
Про кенленность выпускает два типа нагревательных аминов из карбида кремния: соверные нагреатели, получившие название карбу куровые, имеющие рабочий стержень һәм два отдельных болье кроткихы стержней, и стержни с утолщенными вы Канными концами (манжемеми) - силитовы нагреватели. 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 порсионного трамбования на скаках. После отверждения заготовки при 70-80 ° С картонный чехол выжигается в трубчатой зтропечи при зе 800-850 ° С. Силитовые нагреатели формуют экструзией на горизональном гидравлическом прессе. Мя состоит из смеси мелкозернистого SiC, сажи (20%) и фенолар чиддегидной смолы. Формуются раздельно рабочая часть һәм манж кино. Состав манжетной части рассчитан на большую проводимость и в него входит около 40% Si. Отп кинованные заготовки подвергают Теммическому отверждению, в резульката которого смола полимеризуется. На отвержденные стержни насаживают манжетные трубки. Трамбованные заготовки обжигают в засыпке из уг гепесочной смеси при около 2000 ° С. Нагреватель предварительно обмазывают адопопро зянящей пастой, состоящей из кокса, гарита 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 нагревате клэме имеющиеся в масса углерод и кремний превращаются во «вторичный» SiC по механизму ассорсного спекекания в условиях выделения гарооб кного кримы нагреветель. В качечестве засипки используют смес из из молотого песка, читтяного кокса һәм карбида кремния. 1800-2000 ° С выделяет Парооб Канный Кремний и СО, проникающие внутрь заготовки һәм реагирующие с твердыми Си и С. Одновременно происходит синтез вторичного карбида кремния путем вазимодействия кремния, содержащегося в шихте, с углеродом.
Следует отметить, что офисционное спекание впервие нашло свое Бистическо применение именно в про простстве нагревате Ала һәм изделий из карбида кремния.
Для получения плотной заи из SiC высокой адоты используют также осаждения изизовой фазы, но из из за технологических трудностей и невозможности получать изделия трощиной бл нанесения защитных покрытий. Для этого применяются методыйофазного синтеза SiC из летучих консингидов кремния и угле кинородов илиг термической ди диасасииигооб чинных кремнийорганических соединений. Для восстановления Си изингидидов необходимо застие в пиролизе зооб чинного водорода. В качечестве углеродсодержащих соединений применяют толуол, бензол, геекан, метан и др. Для про проленленного получения карбидокремниевых покрытий более удобенг термической ди дисации метилх ксисиланов, имеющих стехиометрическое соотношение Si: C = 1: 1. Пиролиз СН3СиСл3 водороде при приитит к оброванию осадка SiC, формирующего покрытие при приахах до 1400 ° С.
Очень важную при привовании пиролитического SiC играет водород. При ди диазасии трих омметилси ч в интцертной ат аферфере частастия водорода адкают акциции, при зящие к оборованию кремния и углерода, а не SiC. П. Процесс вазимодействия трих амеметилси з с с водородом кикает в дведидии. На первоначальнойдидии засса устанавливается щабтабильное равновесие, при котором в качестве адден адонованной фазы выступают кремний һәм углерод, не не карбид кремния. На второйдидии зообоб канные х хсилланя һәм угле Кансороды, оборовавшиеся на первойдидии в чирахх, отвечающих метастабильному равновесию, реагируют друг с другом с серованием SiC. Регулируя Кырыканкания Акса осаждения, можно варьировать свойствами полученных покрытий. Так, при низких адах обруются мелкозернистые һәм метастабильныя зыгы. С повшением зыы размер кристалов расетта. При 1400 ° С и низких скоростях осаждения обруются монокристаллы һәм эпитаксиальны 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 повышением зыгы отжига до 1300 ° С или в резулькатате последующего отжига избчочный углерод выделяется в свободном состоянии. При повышенных чахах осаждения и низких давленияхиновой среды наблюдается ордиентированный рост кристалов һәм формирование столбчатой киногы. Пиролитические покрытия поти полностью состоят из? -СиК. Доля гексагональных политипов соверляет менее 5%. Скорость роста пиролитического карбида кремния не превишает 0,5мм / ч. В то же время сравнительно низкие зыя осаждения (1100-1550 ° С) позволяют совмещать карбидокремниевые покрытия с любыми чинсиннымиамамами.
Основным недостатком этих покрытий является возникновение остаточных напр зенений, в чиванное чироответствием мынных коэфафентентов чимогого расширения покрития һәм подложки (кроме случя) покрытия. Из-за сравнительно низкой кины осаждения напр аденения не релак агуются 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 зани изи SiC, используются и другие. Методом испарения SiC и его последующей зан амацаи при при 2100-2300 ° С использования связок һәм активирующих добавок получают так называемый кристральвазалный карбид кремния.
Матери гар на основе карбида кремния аскали применатася значительно раньше, чем чар на основе Si3N4, АЛН, В4С и ВН. Уже в 20-е годы использовались карбидокремниевые огнеуп ад на связке из диоксида кремния (90% SiC + 10% SiO2), 50-е годы из карбида кремния на нитритокремниевой связы сопла ракета. В настоящее время наамика на основе карбида кремния применяется для изготовления уп пиннительных колец для насосов, ча чороров, смесителея, подшипников һәм гильз для валов, дрожный Бюлчюч корроз كانных и аб абививных сред, де кейей миря глик, копопро читов для жидких чинов. Разработаня новые Козозисионные Аск с карбидокремниевой матрицей. Они используются в различных областях, например в сам систостроении һәм в косомавтике.
Пост вакыты: 22-2018 август