Карбид кремния (карборунд) SiC является единственным соединением кремния и углерода. В природе этот материал встречается крайне редко. Карбид кремния существует в двух модификациях, из которых ?-موڈیفیکیشن является политипной и представляет и представляет существует структуру гексагональной формы. 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. DO температур 1950-2000°С 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.
کاربورنڈ имеет очень высокую твердость: H؟ до 45ГПа, достаточно высокую изгибную прочность: ?изг до 700МПа. Карбидокремниевая керамика сохраняет примерно постоянную прочность до высоких температур: температура перехода ограда хрупкопластическому разрушению для нее составляет 2000°С. В то же время для самосвязанного SiC наблюдается падение прочности при высоких температурах. При комнатной температуре разрушение самосвязанного SiC TRANскристаллитное и носит характер skola. При 1050°С характер разрушения становится межкристаллитным. Наблюдающеся 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, более того, возможно ее увеличением температуры, слоя аморфного SiO2، который залечивает дефекты на поверхности и во внутренних слоях изделий.
karborund устойчив против воздействия всех кислот, за исключением фосфорной и 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 и огнеупорных изделий из SIC кремнезем (кварцевый песок) اور کوکس۔ Их нагревают до высокой температуры в электрических печах, осуществляя синтез методом Ачесона:
SiO2+3C=SiC+2CO2 (24)
Вокруг нагревательного элемента (kerna) получается зона синтезированного продукта, а за ней – зоны кристаллов низкой. непрореагировавших компонентов. Полученные в печи продукты разделяют по этим зонам, измельчают, обрабатывают и получают порошок карбичают порошок карбичают. Недостатком данных порошков карбида кремния являются высокая загрязненность примесями, большое содержание, большое содержание диоакт спекаемость и др.
Для получения высококачественной конструкционной керамики необходимо использовать высокочистые, гомогенные, гомогенные, всыпода SiC، которые получают различными высокотехнологичными способами. При получении порошков методом синтеза исходный металлургический кремний подвергают дроблению и помолу в цельков. Измельченный порошок кремния отмывают от примесей в смеси неорганических кислот اور направляют на тонкое измельченный verticalnыy reactor. سنٹیز SiC осуществляется в реакторе подачей Si в специальные сопла, а вместо сжатого воздуха подается пропан:
t>1100°С
3Si+C3H8=3SiC+4H2 (25)
В результате получается высокодисперсный, гомогенный, активированный порошок карбида кремния монофракционногия высокую степень чистоты.
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 высокимичевскими. Прессование проводят обычно в прессформах из графита или нитрида бора при давлениях 10-50МПа и температурах 17002-. Высокая стабильность кристаллических решеток тугоплавких неметаллических соединений, связанная с наличием жесткинхных налических связей, определяет низкую концентрацию и подвижность дефектов решетки، заторможенность в ней дифузионных подвижность. Это затрудняет протекание процесса дифузионно-вязкого течения, ответственного за массоперенос и уплотнение процесса спекании. Учитывая это, перед прессованием в керамику вводят активирующие спекание добавки или проводят физическое активодят физическое активирующие ультрадисперсные порошки، обрабатывают их взрывом для увеличения дефектности، удаляют с поверхности влагу иодин).
Метод горячего прессования позволяет получать только изделия довольно простой формы и относительно небольших размель 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) тугоплавких неметаллических соединений, удается повысить температуру процесса до уровня, при котором обесплахечеческий соединений ڈیفورماشیا
Используя метод активированного спекания удается спечь отформованные изделия из SiC до плотности свыше свыше спекания удается спечь. Так получают материалы на основе SiC с добавками бора, углерода и алюминия. بلاگوڈاریا ایٹیم ڈوباوکام زا счет образования диффузионного слоя на поверхности частиц, их консолидации и укрупногения диффузии происходит увеличение площади межчастичных контактов и усадка.
Для получения изделий из карбида кремния также широко используется метод реакционного спекания, который позволовесть спользуется более низких температурах и получать изделия сложной формы. Для получения так называемого "самосвязанного" карбида кремния проводят спекание прессовок из SiC и углерода в пиврися. При этом происходит образование вторичного SiC اور 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 и других веществ смешивают с расплавленным легкоплавким органическим связуающим связуающим) шликерной массы, из которой затем отливают под давлением заготовку. Затем изделие помещают в науглероживающую среду, в которой сначала производят отгонку легкоплавкого связуающего связуающего, насыщение заготовки углеродом при температуре 1100°С. В результате реакционного спекания образуются частицы карбида кремния, которые постепенно заполняют исходные порые.
درجہ حرارت پر درجہ حرارت 1300 °C۔ Реакционное спекание является экономичным процессом благодаря применению недорогого термического оборудовамичным, снижается с обычно применяемой 1600-2000°C سے 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 при комнатной температуре и отрицательный температурный коэфил. Зеленый карбид кремния имеет низкое начальное сопротивление и слабоотрицательный температурный коэфициент при температурах 500-800°С. Карбидокремниевые нагревательные элёменты (КНЭ) относительно высоким электрическим сопротивлением («горячая» зона) и выводные («холодные») концы с более низкимотиротим электрическим не нагреваются в процессе эксплуатации печи. Такие выводные концы необходимы для надежного контакта с питающей электросетью, а также для предохранения от предохранения от. которые укладывают нагревательные элементы.
Промышленность выпускает два типа нагревательных элементов из карбида кремния: составные нагреватели, получившие набордовие имеющие рабочий стержень и два отдельных более коротких контактных вывода в виде пропитанных металлом карборженых металлом стержни с утолщенными выводными концами (манжетами) – силитовые нагреватели. Составные карборундовые нагреватели формуют из полусухой массы, состоящей из крупнозернистого порошка зелевкадогина (1,5%) اور жидкого стекла. ITZELIA FORMуют в картонных чехлах способом порционного трамбования на станках. После отверждения заготовки при 70-80°С картонный чехол выжигается в трубчатой электропечи при температуре 800-800. Силитовые нагреватели формуют экструзией на горизонтальном гидравлическом прессе. Масса состоит из смеси мелкозернистого SiC، сажи (20%) и фенолформальдегидной смолы. Формуются раздельно рабочая часть и манжеты. Состав манжетной части рассчитан на большую проводимость и в него входит около 40%Si. Отпрессованные заготовки подвергают термическому отверждению, в результате которого смола полимеризуется. На отвержденные стержни насаживают манжетные трубки. TRAMBOVANNые заготовки обжигают в засыпке из углепесочной смеси при температуре около 2000°С. Нагреватель предварительно обмазывают токопроводящей пастой، состоящей из кокса، графита и кварцевого песка. ISDELIE спекают прямым электротермическим нагревом в специальных печах при пропускании через заготовку тока в 80-401-401 منٹ
При спекании силитовых нагревателей имеющиеся в массе углерод и кремний превращаются во «вторичный» SiC по механизмовых нагревателей условиях выделения парообразного 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 реавидирь заготовки С Одновременно происходит синтез вторичного карбида кремния путем взаимодействия кремния, содержащегося в шихогем.
Следует отметить, что реакционное спекание впервые нашло свое практическое применение именно в производействе спекание karbida kremnia.
Для получения плотной керамики из SiC высокой чистоты используют также метод осаждения из газовой фазы, но из газовой фазы трудностей и невозможности получать изделия толщиной более нескольких миллиметров он применяется для нанесения зыможности. Для этого применяются методы газофазного синтеза SiC из летучих галогенидов кремния и углеводородов или методов диссоциации газообразных кремнийорганических соединений. Для восстановления Si из галогенидов необходимо участие в пиролизе газообразного водорода. В качестве углеродсодержащих соединений применяют толуол, бензол, гексан, метан и др. Для промышленного получения карбидокремниевых покрытий более удобен метод термической диссоциации метилхоциации стехиометрическое соотношение Si:C=1:1۔ Пиролиз СН3SiСl3
Очень важную roll при образовании пиролитического SiC играет водород. При диссоциации трихлорметилсилана в инертной атмосфере без участия водорода протекают реакции, приводящие приводящие углерода, а не SiC. Поэтому замена инертного газа-носителя на водород при термическом разложении метилхлорсиланов значительно повыхалино или полностью прекращает сажеобразование. Процесс взаимодействия трихлорметилсилана с водородом протекает в две стадии. На первоначальной стадии процесса устанавливается нестабильное равновесие, при котором в качестве конденсированной фазуам углерод, а не karbid kremnia. На второй стадии газообразные хлорсиланы и углеводороды, образовавшиеся на первой стадии в концентрациях, отубразные хлорсиланы равновесию، реагируют 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. При 1400°С и низких скоростях осаждения образуются монокристаллы и эпитаксиальные слои SiC۔ Средний размер кристаллов в слое SiC، осажденном из трихлорметилсилана при 1400°С, RAven 1mkm, а при 1800°С - 15mk.
PRI 1100-1200°С может образовываться неравновесный твердый раствор со сверхстехиометрическим содержанием , содержанием замещающих атомы кремния، что сказывается на уменьшении параметра решетки SiC. С повышением температуры отжига до 1300°С или в результате последующего отжига избыточный углерод выделовявявотего состоянии При повышенных температурах осаждения и низких давлениях газовой среды наблюдается ориентированный рост кристаловерный столбчатой структуры. Пиролитические покрытия почти полностью состоят из ?-SiC. dolya гексагональных политипов составляет менее 5%۔ Скорость роста пиролитического карбида кремния не превышает 0,5mm/ч. В то же время сравнительно низкие температуры осаждения (1100-1550° С) позволяют совмещать карбидокремниевые боляют CONSTRUкционныmi materialami.
Основным недостатком этих покрытий является возникновение остаточных напряжений, вызванное несоответствием турытий коэффициентов линейного расширения покрытия и подложки (кроме случая нанесения SiC на SiC) اور анизотропией покрытия. Из-за сравнительно низкой температуры осаждения напряжения не релаксируются اور покрытия растрескиваются. Одним из способов устранения этого недостатка является получение слоистых покрытий, т.е. покрытий с регулярным чередованием слоев равной толщины пироуглерода и SIC
Кроме описанных способов получения технической керамики из SiC، используются и другие. Методом испарения SiC и его последующей сублимации при 2100-2300°С без использования связок и активирующей сублимации и активирующей называемый рекристаллизационный карбид кремния.
материалы на основе карбида кремния начали применяться значительно раньше, чем материалы на основе Si3N4, ALN, Вин4. 20-е годы использовались карбидокремниевые огнеупоры на связке из диоксида кремния (90%SiC+10%SiO2)، карбида кремния на нитридокремниевой связке (75%SiC+25%Si3N4) изготавливали сопла ракет. В настоящее время керамика на основе карбида кремния применяется для изготовления уплотнительных колец для насомове, смесителей, подшипников и гильз для валов, дозирующей и регулирующей арматуры для коррозионных и абразионных и абразионных двигателей, металлопроводов для жидких металлов. Разработаны новые композиционные материалы с карбидокремниевой матрицей. Они используются в различных областях, например в самолетостроении и в космонавтике.
پوسٹ ٹائم: اگست 22-2018