Карбид кремния В природе этот କାନ встречается крайне редко. Карбид кремния сущestвует в двух модийхх, из кот чхх? Установлено около 20 ئۇس ، относящихся к гексагональной умеме карборунда. پېرېخود؟ -SiC>? - SiC происходит примерно при 2100 ° С. پرى بۇنې 2400 ° С это превращение происходит весма быстро. До كان 1950-2000 ° С у обецся кубическая модийк, при более визокой мине обуются гексагональные модификации. При чахах свыше 2600-2700 ° С карбид кремния возгоняется. كىرىستاللى كاربىدا кремния могут быть бесцветными, зелеными и черныmi. چىستىي كاربىد كرېمنيا ستېخىومېترىچېسكوگو سوستاۋا бесцветен. При превышении содержания кремния SiC سنوۋتسيا زېلېنيم ، углерода - черным.
كارفورم بۇمېېت очень высокую твердость: H? до 45ГПа, достаточно высокую изгибную прочность :? изг до 700МПа. Карбидокремниевая намамика сохраняет примерно постоянную прочность до всоких ад: كانا پېرېخودا от хрупкого к хрупкопластическому разрушению для нее соарляет 2000 ° С. В то же время для самосвяазного SiC наблюдается падение прочности при высоких چۆах. При комнатной зее разрушение سامосвяазного SiC كانسكرىستититное һәм носит зек сола. При 1050 ° С سارا разрушения становится межкристальитным. Наблюдающееся при визоких киах снижение прочности سامосвяазного SiC в انىۋانو его оислением. Прочность рекрист кализованного SiC с увеличением чы не уменьшается и, boлее того, возможно ее увеличение, свяазное с човованием слоя аморфного SiO2, которя зечач вотч в тр изделий.
كاربۇرت بۇست устойчив против воздействия всех мин, за ключением фос матой и смеси azотной и плавиковой. К действию щелочей SiC менее устойчив. Установлено, что карбид кремния смачивается металлами группы железа и марганцем. سامосвяазный карбид кремния, который содержит свободный кремний, хорошо вазимодействует со сталю.
При изготовлении аб абививных и огнеу كاننىخ изделий из SiC, а takjе карбидокремниевых чаграрегеее, исходными чамами служат кремнезем (кварцевый песок) ۋە كەك. Их нагревают до высокой мины в уктрических пчачах, осществляя синтезомом Аче гона:
SiO2 + 3C = SiC + 2CO2 (24)
Вокруг нагревательного паренента (ياشنا) получается зона синтезированногоукукта, а за на - зоны кристалов низкой одоты һәм непрореагировавших чинов. پولۇچېننىيې в пачиукукты разделяют по этим гамам, измельчают, обра зывают и получают порошок карбида кремния общего назначения. Недостатком كاننىخ порошков карбида кремния являются высокая загрязненность примесями, большое содержание диоксида кремния, плохая спекаемость и др.
Для полученia вйсококачественной مازونسنوي زانيې необходимо использовать вйсокочистые, чингонейе, всокоди ассные порошки SiC, кот чее плеучают различными всокотехногичи способами. При получении порошковаром синтеза ىشودنىي چوڭېرگىيېسكىي كرېمنىي پودۋېرگاюت дроблению и помолу в валковой мельнице. Измельченный порошок кремния отмивают от примесей в смеси неорганических уна и направляют на чеккое измельчение в спе черный вертикальный گىتور. Синтез SiC осществляется в уторторе подачей Si в спе чныные сопла, а вместо сжатого воздуха подается пропан:
t> 1100 ° С.
3Si + C3H8 = 3SiC + 4H2 (25)
В резулькаттате получается высокоди адсный, минжныйный, ئاكتىپированный порошок карбида кремния моно киционного состава, имеющий всокую степень ооты.
Изделия из SiC فورمۇتۇت п زانوۋانىم ، ئېكسترۇزىي ، литьем под داۋلېنىم.
В технологии карбидокремниевой زانى كانى ئوبىكنو ئىسپولزۇيت ھورياچېې پ پانوۋانىې ، مازوننو ۋە ئىۋىرنونو سپېكانيې.
Метод горячего п пововя позволяет получать зан с плотносту зизкой к тететической и с всок мат механическәм свойствами. П كانование про прояят обохно в п كانох из из гарита или нитрида бора при daвлениях 10-50МПа и уахах 1700-2000 ° С. Высокая стабильность кристаллических решеток тугоплавких неметаллических соединений, свяазная с наличием жестких направленных ко ковентентных связей, определяет низкую ванчры в دى دىففۇز كۈننىخ پروسوۋ. Это затрудняет كانكانие ماسا دىفۇززنو-вязкого течения, ответственного за опероперенос и уп паннение при твердофазном спекании. Учитывая это, перед п كانованием в زارۇۇ ۋانيات ئاكتىپирующие спекание добавки или про проятт фиическое активирование (ىسپولزۇۇيت ئۇلتترادى كىنسنىيې پوروشكى ، ئوبرا ئاۋالۋايۋت ед віры влч у вдры) поверхности влагу и осидные слои и т.д.).
Метод горячего п пововя позволяет получать только изделия довольно простой матми и относительно небольших размеров. پولۇچات из изделия сложной فورمى с высокой плотностью можно киом горячего изостатического п повования. ماتېريېز ، پولۇچېننىيې مېتودامى об обного и изостатического горячего п زانوۋانىيا ، مازىزكى پو своим свойствам.
Путем проведения горячего изостатического п повования при всоких daвлениях чововой среды (1000МПа), п لۇززтическая дефорация.
Используя зир активированного спекания удается спечь отмормованные изделия из SiC до плотности свше 90% пр приложения daвления. Так получают зар на основе SiC с добавками бора, углерода и алюминия. Благодаря этим добавкам за уд овованя дифуз знного слоя на поверхности частиц, ناخشا пололциции и урупнения при зернограничной дифузии происходит увеличение плащще межчастичхдчикчов у овеличение площа межчастичхдчикч учле.
Для получения изделий из карбида кремния также широко используется занционного спекания, который позволяет про проитить процесс при более низких чахах и получать изделия сложной воим. Для получения tak называемого “سامосвяазного” карбида кремния про проят спекание п пановок из SiC и углерода в присутствии кремния. При этом происходит обование вторичного SiC ۋە پېرېكرىستلىق يەن سىچ چېرز кремниевый расплав. В نىгоге обруются беспористые ئاار ، سودېرجاچيې 5-15% свободного кремния в карбидокремниевой матрице. مېتودوم سەھنىسىنوگو سپېكانىيە پولۇچاюت تاكجې مەنارۇ из SiC ، сммованную литьем под daвлением. При этом шихту на основе кремния и других веществ смешивают с расплавленным легкоплавким матическим связующим (парафином) до получения шл унной массы, из которой затем отливюк зот Затем изделие помещают в науглероживающую среду, в которой сначала про прояят отгонку легкоплавкого связующего, затем секвозное насщение заготовки углеродом при 11е. В راجۇلاتاتې يونزوننو سپەكانىيا обруются частицы карбида кремния, кот че постепенно осолняют исходные п пин.
Затем следует спекание при 13е ° C. Реакционное спекание является экономикным процессом благодаря применению недорогого Темического оборудования, ча спекания снижается с обохнно применяемой 1600-2000 ° C до 1100-1300 ° C.
Метод шизонного спекания используется в про простстве нагреветельных аминов из карбида кремния. يونوناگرېۋتېلنىيې سوپرويتلېنىيە из карбида кремния предвляют собой так называемые Темистист, т. е. ماكىيا ، مەنяющие свое сопроитление под влиянием нагрева или охлаждения. Черный карбид кремния имеет высокое сопроитление при комнатной гее һәм отрицательный توننىي كوففېنېنت سوپرويتلېنىيە. Зеленый карбид кремния имеет низкое одальное сопроитление и слабоотрицательный توننىي كوففېنتېنت ، پېرېخودياچيې в положительный при приахах 500-800 ° С. كاربىدوكремниевые нагревательные элём бүлек (КНЭ) оббноно предвирлюют собой стержень или трубку, имеющую среднюю рабочую часть с относительно всоким втокрическим сопроялея («Холодные») Такие вы كاننيې كونسي необходимы для надежного контакта с питающей адросетью, а также для предохранения от разрушения аокок пччи, в кот чеве чиввают нагревелеее кун.
پروگلېننость выпускает два типа нагревательных аминов из карбида кремния: совырные нагреватели, получившие название карбор куровые, имеющие рабочий стержень и два отдельных блее кроткич в інчі стержней, и стержни с утолщенныmi вы كاننىمىي كونساممى (مانجېتمىي) - силитовые нагреветели. Составные карморговове нагреватели فورمۇتت из полуухой масsy, состоящей из крупнозернистого порошка зеленого SiC с добавками сажи (1.5%) ۋە жидкого стекла. ئىزدېليا فورمۇتۇت в كارتوننىخ چېخلاخ سپوسوبوم پورسېننوگو ترامبوۋانىيا на скахах. پوسلې отверждения заготовки при 70-80 ° С كارتوننىي چېخول выжигается в трубчатой زىتروپېچى پىرى 800-850 ° С. Силитовые нагре квели формуют экструзией на горизональном гидравлическом прессе. М ما состоит из смеси мелкозернистого SiC, сажи (20%) ۋە فېنولفوردىدەگىدنوي смолы. Формуются раздельно рабочая часть и манж كان. Состав манжетной части рассчитан на большую проводимость и в него входит около 40% Si. Отп كانованные заготовки подвергают Теммическому отверждению, в результате которого смола полимизуется. На отвержденные стержни насаживают манжетные трубки. Трамбованные заготовки обжигают в засыпке из уг клиесочной смеси при оеколо 2000 ° С. Нагреветель предварительно обмазывают адопро зящей пастой, состоящей из кокса, گراتىتا ۋە кварцевого песка. Изделие спекают прямым з чтертермическим нагревом в спе чныных пачах при проканкии через заготовку тока в 80-100А в تېچېنې 40-50 مىن.
При спекании силитовых нагревее имеющиеся в массе углерод и кремний превращаются во «вторичный» SiC پو مېخانىزىمۇ مادسېرنوگو سپېككانيا ۋە ئوسلوۋىيەخ ۋېلدېنيا كاروب كىندوم нагреветель. В kaчестве зяпки используют смесь из молотого песка, نىتيانوگو كوكا ۋە كاربىدا кремния. Эта смесь при зее 1800-2000 ° С выделяет парооб كاننىي кремний и СО, проникающие внутрь заготовки и реагирующие с твердыми Si и С. Одновременно происходит синтез вторичного карбида кремния путем вазимодействия кремния, содержащегося в шихте, с углеродом.
Следует отметить, что минционное спекание впервые нашло свое babaтическое применение именно в про простстве нагревее и и изделий из карбида кремния.
Для получения плотной заи из SiC высокой миноты используют также у осаждения изизовой фазы, نو из-за технологических трудностей и невозможности получать изделия трощиной б ле не нанесения защитных покрытий. Для этого применяются методы шофофазного синтеза SiC из летучих рингидов кремния и угле матородов или чи тимчеческой ди اساسييېبوب چاننىخ كرېمنىييورگانچىچكى سودېنېنيي. Для восстановления Si из киидидов необходимо участие в пиролизе гиобобнного водорода. В kaчестве углеродсодержащих соединений применяют толуол, бензол, гесекан, метан и др. Для про проленленного получения карбидокремниевых покрытий более удобен тел термической ди зониати метилх медисиланов, имеющих стехометрическое соотношение Si: C = 1: 1. Пиролиз СН3SiСl3 водороде при митит к оброванию осадка SiC ، فورمىريющего покрытие при маах до 1400 ° С.
Очень важную при при ововании пиролитического SiC играет водород. پرى دى دىزاسياسى ترىخ مامېتمىلي مەن в ئىنېرتننوي ئات فېرفېرې ستاستيا ۋودورودا زاكايت فانتازىي ، پرىياناچيې ك обованию кремния и углерода, а не SiC. Поэтому замена инцертного чаа-носителя на водород при тмимиском разложении метилхсисиланов значительно повшает выход SiC и снижает или полностю прекращает сажеоб кование. Процесс вазимодействия трих уметметилси с с водородом кикает в дведидии. На первоначальнойдидии ماسا устанавливается ا babبىلنوې راۋنوۋىسيې ، при котором в kaчестве адден зованной фазы выступают кремний ۋە углерод, а не карбид кремния. На второййдиди зообобныны х хсилиля и угле матороды, обовавшиеся на первойдидии в чырах, отвечающих метас абилному равновесию, реагируют друг с другом с шовованием SiC. Регулируя كاني كانكانيا ماسا ئوسادېنيا ، موجنو варьировать свойствами полученных покрытий. Так С повышением зы размер кристалов расет. При 1400 ° С и низких скоростях осаждения обруются монокристаллы и эпитаксиальные слои SiC. Средний размер кристалов в слое SiC, осажденном из трих метметилси при при 1400 ° С, равен 1мкм, а при 1800 ° С - 15mm.
При 1100-1200 ° С может обровываться неравновесный тверда раствор со сверхстехометрическим содержанием атомов углерода, замещающих атомы кремния, что сказывается на уеменши рет рет рет рет. С повышением كاني отжига до 1300 ° С или в результате последующего отжига избыточный углерод выделяется в свободном состоянии. При повышенных كاناھ осаждения и низких daвлениях чововой среды наблюдается ориентированный рост кристалов һәм формирование столбчатой мары. Пиролитические покрытия поти полностью состоят из? -SiC. Доля гексагональных политипов совирляет мнее% 5. Скорость роста пиролитического карбида кремния не превшает 0,5мм / ч. В то же время сравнительно низкие мины осаждения (1100-1550 ° С) позволяют совмещать карбидокремниевые покрытия с любыми чинсинными чамами.
Основным недостатком этих покрытий является возникновение остаточных напр медиений, в чванноное покрытия. Из-за сравнительно низкой мины осаждения напр адения не релак зуются и покрытия растрескиваются. Одним из способов устранения этого недостатка является получение слоистых покрытий, т.е. пок ھۆەلليات с رгууяянный чиваеваев халу и sickевнынынынынынын исарет хларсина слу х метанонон.
Кроме описанных способов получения технической زانى زى из SiC ، ئىزپولزۇيتسيا ۋە درۇگىيې. Методом испарения SiC ۋە его последующей за зацаи при 2100-2300 ° С с использования связок и активирующих добавок получают так называемый فىرىستالزازارىن كاربىد كرېمنيا.
Матери г на основе карбида кремния تەرەققىيали применгася значительно раньше, чем мат на основе Si3N4, AlN, В4С и ВН. Уже в 20-е годы использовались карбидокремниевые огнеуп у на связке из диоксида кремния (90% SiC + 10% SiO2), a 50-е годы из карбида кремния на нитритокремниевой связки; сопла ракек. В настоящее время наамика на основе карбида кремния применяется для изготовления уп пиннительнех колец для насосов, ча мороров, смесителе, подшипников ۋە گلزز دليا валов, д ир ар ар и д كورروز كاننىخ ۋە ئاباب سىۋىنىخ سرېد ، دې ماكىي مەنار مالا ، كپوپرو ماكانوۋ для жидких чанов. Разработаны новые композиционные ئاكار с карбидокремниевой матрицей. Они используются в различных областях, например в سام состостроении һәм в осомавтике.
يوللانغان ۋاقتى: 8-ئاۋغۇستتىن 22-ئاۋغۇستقىچە